基于多频点多波束的相控阵雷达天线接收测量方法

摘 要

相控阵雷达天线工作频点多、波束指向角度多，天线的暗室测试工作量大。传统相控阵雷达天线测试方法采用固定频点固定波束天线测试方法，测试效率低、周期长。本文提出多频点多波束的相控阵雷达天线接收测量方法可大幅度提高天线测试的速度、缩短天线测试周期。

【关键词】相控阵雷达 天线测试 多频点 多波束

相控阵雷达天线接收测试主要进行天线的接收和通道增益、接收和通道波束宽度、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标的校正和测试。这些指标影响到雷达的威力范围和雷达角度探测的精度，因此进行相控阵雷达天线的校正和测试十分重要。目前，常用的相控阵雷达天线测试方法是固定波束和固定频点的暗室近场测试方法。由于相控阵雷达天线波束指向多、工作频点多，采用固定波束和固定频点的暗室近场测试方法测试工作量大、效率比较低。本文分析固定波束和固定频点的暗室近场天线接收测量方法存在的问题，提出高效的多波束和多频点的暗室近场天线接收测量方法，大幅度提高相控阵雷达天线的暗室近场测试效率。

1 传统相控阵雷达天线接收测量方法

目前，相控阵雷达天线接收测试采用单频点单波束近场反演测试方法，测试方案具体如下：

相控阵雷达天线阵的和通道和差通道按图1引出来，在雷达接收校正测试模式时，和、差通道的连接开关与雷达系统连接，开展雷达的接收校正；在雷达接收測试模式时，和、差通道的连接开关与天线测试系统连接，开展雷达的接收暗室测试。脉冲发生器利用雷达的工作时序调节脉冲信号，作为暗室测试的数据采集同步信号。

假设相控阵雷达工作模式控制时序负脉冲信号的重频为500Hz，脉宽80us，每个波束10个脉冲。暗室天线测试时，利用脉冲发生器把雷达系统送过来的工作模式时序负脉冲信号转换成正脉冲，展宽和延迟，作为暗室测试系统的采样同步信号。此外，传统相控阵雷达天线接收测量方法在测试前设置好固定频点和固定波束信息，如图2所示，即可进去接收校正和测试环节。

2 相控阵雷达天线单频点单波束测量数据冗余分析

相控阵雷达天线单频点单波束测量方法的天线扫描速度0.25m/s，相控阵雷达天线阵扫描范围为5m×1m，天线测试扫描一次需要1000s。采用传统相控阵雷达天线接收测量方法进行一个频点和一个波束的天线接收测试需要花1000s时间。由于相控阵雷达工作频点数量多、波束多，因此采用传统相控阵雷达天线接收测量方法测试周期长。

假设T/R间隔0.05m，在单个T/R单行的测试时间为0.2s。根据雷达工作模式控制时序的重复频率为1000，计算得在单个T/R单元单行的采样100个脉冲接收测试数据。然而，暗室测试只需要单个T/R单元单行采样4个数据即可，数据冗余量大，即测试96%时间产生冗余数据。

3 相控阵雷达天线多频点多波束接收测试方法

根据相控阵雷达天线单频点单波束测量方法的数据冗余分析结果，如果设计好相控阵系统的暗室测试时序和控制信息，最高可以将相控阵雷达天线的暗室测试效率提高25倍。

3.1 多频点多波束接收测量方法时序设计

由于相控阵系统在空海模式下，每个波束包含10个脉冲。单个T/R单元单行单频点单波束的采样点取5个，满足暗室测试要求。天线扫描速度还是0.25m/s，这样天线在单个T/R单元单行采样的脉冲数量为100个脉冲。进行天线在单个T/R单元单行采样奇迹的时序设计和控制信息设计，如图3所示，可以一遍扫描实现2频点10波束测试。本文把该方法定义为相控阵雷达天线多频点多波束接收测量方法。因此，采用相控阵雷达天线多频点多波束接收测量方法，天线大范围扫描一次，占用时间1000s，实现2频点10波束相控阵天线接收测量，天线测量效率为传统单频点单波束接收测量方法的20倍。

3.2 相控阵雷达天线多频点多波束接收测量实现流程

相控阵雷达天线多频点多波束接收测量操作流程如图4所示，具体如下：

3.2.1 完成2频点10波束天线等权校正测试

步骤一、雷达天线测试开始，在雷达操作台上进行测试频点信息和波束信息设置；

步骤二、加载原始耦合度文件生成，形成幅度为1，相位为0的原始耦合度（101×21矩阵）文件；

步骤三、进行2频点和10波束的接收校正，依照幅度和相位的一致性进行校正合格判定；如不合格再次点击更新校正数据，直到合格 （注：一般点击2-4次即可） ；合格后保存校正数据；

步骤五、进行2频点和10波束的等权接收测试，进行等权接收测试的合格判定；如果不合格则将测试结果导入暗室测控计算机，暗室测控计算机进行耦合度补偿值计算并把把补偿值导入校正计算机进行耦合度补偿；重复步骤一到步骤五进行第二次等权校正和测试，直到测试结果满足等权校正测试判定，完成2频点和10波束的等权接收校正测试；

3.2.2 完成2频点10波束天线加权校正测试

步骤六、在暗室测控计算机上进行加权耦合度文件生成，加权耦合度（101×21矩阵）文件，将加权耦合度文件传至校正计算机；

步骤七、进行2频点和10波束的加权接收校正，依照天线波瓣要求和相位的一致性进行校正合格判定；如不合格再次点击更新校正数据，直到合格 （注：一般点击2-4次即可）；合格后保存校正数据；

步骤八、进行2频点10波束的加权校正测试和合格判定，如果合格则完成接收测试；如果不合格则将测试结果导入暗室测控计算机，暗室测控计算机进行耦合度补偿值计算并把把补偿值导入校正计算机进行耦合度补偿；重复步骤一至步骤七，进行第二次加权校正和测试，直到测试结果满足天线波瓣要求和相位的一致性。

4 总结

本文提出雷达相控阵天线多频点多波束接收测量方法，进行了该测量方法的时序设计和实现流程设计，将雷达相控阵天线固定频点固定波束接收测量方法的效率提高20倍。

参考文献

[1]张祖稷，金林.雷达天线技术[M].电子工业出版社，2005：349-362.

[2]束咸荣，何炳发，高铁.相控阵雷达天线[M].国防工业出版社，2007：319-325.

作者简介

张敏（1981-），男，博士，高级工程师。2012年毕业于哈尔滨工业大学。研究方向为雷达和电抗系统设计。

作者单位

江苏金陵机械制造总厂 江苏省南京市 211106endprint