基于多頻點多波束的相控陣雷達天線接收測量方法

摘 要

相控陣雷達天線工作頻點多、波束指向角度多，天線的暗室測試工作量大。傳統相控陣雷達天線測試方法采用固定頻點固定波束天線測試方法，測試效率低、周期長。本文提出多頻點多波束的相控陣雷達天線接收測量方法可大幅度提高天線測試的速度、縮短天線測試周期。

【關鍵詞】相控陣雷達 天線測試 多頻點 多波束

相控陣雷達天線接收測試主要進行天線的接收和通道增益、接收和通道波束寬度、接收和通道副瓣水平、接收差通道零深和接收差通道零深零位等指標的校正和測試。這些指標影響到雷達的威力范圍和雷達角度探測的精度，因此進行相控陣雷達天線的校正和測試十分重要。目前，常用的相控陣雷達天線測試方法是固定波束和固定頻點的暗室近場測試方法。由于相控陣雷達天線波束指向多、工作頻點多，采用固定波束和固定頻點的暗室近場測試方法測試工作量大、效率比較低。本文分析固定波束和固定頻點的暗室近場天線接收測量方法存在的問題，提出高效的多波束和多頻點的暗室近場天線接收測量方法，大幅度提高相控陣雷達天線的暗室近場測試效率。

1 傳統相控陣雷達天線接收測量方法

目前，相控陣雷達天線接收測試采用單頻點單波束近場反演測試方法，測試方案具體如下：

相控陣雷達天線陣的和通道和差通道按圖1引出來，在雷達接收校正測試模式時，和、差通道的連接開關與雷達系統連接，開展雷達的接收校正；在雷達接收測試模式時，和、差通道的連接開關與天線測試系統連接，開展雷達的接收暗室測試。脈沖發生器利用雷達的工作時序調節脈沖信號，作為暗室測試的數據采集同步信號。

假設相控陣雷達工作模式控制時序負脈沖信號的重頻為500Hz，脈寬80us，每個波束10個脈沖。暗室天線測試時，利用脈沖發生器把雷達系統送過來的工作模式時序負脈沖信號轉換成正脈沖，展寬和延遲，作為暗室測試系統的采樣同步信號。此外，傳統相控陣雷達天線接收測量方法在測試前設置好固定頻點和固定波束信息，如圖2所示，即可進去接收校正和測試環節。

2 相控陣雷達天線單頻點單波束測量數據冗余分析

相控陣雷達天線單頻點單波束測量方法的天線掃描速度0.25m/s，相控陣雷達天線陣掃描范圍為5m×1m，天線測試掃描一次需要1000s。采用傳統相控陣雷達天線接收測量方法進行一個頻點和一個波束的天線接收測試需要花1000s時間。由于相控陣雷達工作頻點數量多、波束多，因此采用傳統相控陣雷達天線接收測量方法測試周期長。

假設T/R間隔0.05m，在單個T/R單行的測試時間為0.2s。根據雷達工作模式控制時序的重復頻率為1000，計算得在單個T/R單元單行的采樣100個脈沖接收測試數據。然而，暗室測試只需要單個T/R單元單行采樣4個數據即可，數據冗余量大，即測試96%時間產生冗余數據。

3 相控陣雷達天線多頻點多波束接收測試方法

根據相控陣雷達天線單頻點單波束測量方法的數據冗余分析結果，如果設計好相控陣系統的暗室測試時序和控制信息，最高可以將相控陣雷達天線的暗室測試效率提高25倍。

3.1 多頻點多波束接收測量方法時序設計

由于相控陣系統在空海模式下，每個波束包含10個脈沖。單個T/R單元單行單頻點單波束的采樣點取5個，滿足暗室測試要求。天線掃描速度還是0.25m/s，這樣天線在單個T/R單元單行采樣的脈沖數量為100個脈沖。進行天線在單個T/R單元單行采樣奇跡的時序設計和控制信息設計，如圖3所示，可以一遍掃描實現2頻點10波束測試。本文把該方法定義為相控陣雷達天線多頻點多波束接收測量方法。因此，采用相控陣雷達天線多頻點多波束接收測量方法，天線大范圍掃描一次，占用時間1000s，實現2頻點10波束相控陣天線接收測量，天線測量效率為傳統單頻點單波束接收測量方法的20倍。

3.2 相控陣雷達天線多頻點多波束接收測量實現流程

相控陣雷達天線多頻點多波束接收測量操作流程如圖4所示，具體如下：

3.2.1 完成2頻點10波束天線等權校正測試

步驟一、雷達天線測試開始，在雷達操作臺上進行測試頻點信息和波束信息設置；

步驟二、加載原始耦合度文件生成，形成幅度為1，相位為0的原始耦合度（101×21矩陣）文件；

步驟三、進行2頻點和10波束的接收校正，依照幅度和相位的一致性進行校正合格判定；如不合格再次點擊更新校正數據，直到合格 （注：一般點擊2-4次即可） ；合格后保存校正數據；

步驟五、進行2頻點和10波束的等權接收測試，進行等權接收測試的合格判定；如果不合格則將測試結果導入暗室測控計算機，暗室測控計算機進行耦合度補償值計算并把把補償值導入校正計算機進行耦合度補償；重復步驟一到步驟五進行第二次等權校正和測試，直到測試結果滿足等權校正測試判定，完成2頻點和10波束的等權接收校正測試；

3.2.2 完成2頻點10波束天線加權校正測試

步驟六、在暗室測控計算機上進行加權耦合度文件生成，加權耦合度（101×21矩陣）文件，將加權耦合度文件傳至校正計算機；

步驟七、進行2頻點和10波束的加權接收校正，依照天線波瓣要求和相位的一致性進行校正合格判定；如不合格再次點擊更新校正數據，直到合格 （注：一般點擊2-4次即可）；合格后保存校正數據；

步驟八、進行2頻點10波束的加權校正測試和合格判定，如果合格則完成接收測試；如果不合格則將測試結果導入暗室測控計算機，暗室測控計算機進行耦合度補償值計算并把把補償值導入校正計算機進行耦合度補償；重復步驟一至步驟七，進行第二次加權校正和測試，直到測試結果滿足天線波瓣要求和相位的一致性。

4 總結

本文提出雷達相控陣天線多頻點多波束接收測量方法，進行了該測量方法的時序設計和實現流程設計，將雷達相控陣天線固定頻點固定波束接收測量方法的效率提高20倍。

參考文獻

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[2]束咸榮，何炳發，高鐵.相控陣雷達天線[M].國防工業出版社，2007：319-325.

作者簡介

張敏（1981-），男，博士，高級工程師。2012年畢業于哈爾濱工業大學。研究方向為雷達和電抗系統設計。

作者單位

江蘇金陵機械制造總廠 江蘇省南京市 211106endprint