一种阵列天线的诊断方法、设备、系统以及计算机可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种阵列天线的诊断方法，包括如下步骤：S1.获得阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；S2.馈入端口激励I；S3.获得M个第一测量点的位置以及阵列天线在M个第一测量点处的电/磁场的第一测量数据E；S4.根据阵元方向图、阵元方向图中心的位置、第一测量点的位置以及第一测量数据E获得口径场激励I′；S5.计算口径场激励I′与参考口径场激励I′R的差值，对于单个阵元而言，如果差值大于预设阈值，则该阵元判定为故障阵元，反之则该阵元判定为正常阵元。本发明专利技术通过较少的测量数据，结合阵列天线已知的先验知识，能够快速、高效地对阵列天线进行诊断，并且将故障定位至单个阵元，对研发和产线上的阵列天线诊断有着重要的意义。

A Diagnostic Method, Equipment, System and Computer Readable Storage Medium for Array Antenna

The invention discloses a diagnostic method for array antenna, which includes the following steps: S1. Obtaining the array antenna element pattern and the position of the center of the array element pattern; S2. Feed-in port excitation I; S3. Obtaining the position of M first measurement points and the first measurement data E of the array antenna at M first measurement points; S4. Calculate the difference between the aperture field excitation I', the reference aperture field excitation I', and the reference aperture field excitation I'R. For a single element, if the difference is greater than the preset threshold, the element is determined to be a fault element. On the contrary, the element is judged to be a normal element. The invention can diagnose the array antenna quickly and efficiently by using less measurement data and prior knowledge of the array antenna, and locate the fault to a single array element, which is of great significance to the research and development of the array antenna and the diagnosis of the array antenna on the production line.

【技术实现步骤摘要】
一种阵列天线的诊断方法、设备、系统以及计算机可读存储介质
本专利技术涉及天线
，具体而言，涉及一种阵列天线的诊断方法、设备、系统以及计算机可读存储介质。
技术介绍
天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛的应用，起到了传播无线电波的作用，是有效地辐射和接受无线电波必不可少的装置。阵列天线是一类由不少于两个天线阵元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的天线。近年来，阵列天线作为民用和军用天线技术的一个重要发展方向备受关注。阵列天线由多个天线阵元组成，每个阵元馈以一定幅度和相位的信号以形成特定的波束并实现波束扫描，各阵元的信号叠加形成阵列天线的信号。一般情况下，通过控制连接阵元的衰减器对阵元的信号幅度进行调节并形成所需要的波束，通过改变连接阵元的移相器的相位对阵元信号的相位进行控制以实现波束扫描。阵列天线在实际制造过程中，由于加工精度等造成的结构不对称，以及器件本身的不一致性，另外天线本身的波动、天线阵元之间的互耦等使得部分天线阵元的幅度和相位可能与预期值不同，甚至部分阵元失效，阵元的幅相偏差或失效会造成阵列天线口径场的变化，进而造成阵列的输出与理想情况存在偏差，影响天线的性能和使用。因此需要对阵列天线进行诊断以判断其指标是否达到设计预期。传统的天线测试方法主要是远场测试和近场测试两类，这些方法以进行阵列天线整体特性测试为主，无法将故障定位到辐射阵元。现在常用的中场单通道测试通过控制阵列天线依次开关各个辐射阵元，在阵面的中场区，即相对于辐射阵元的远场区利用宽瓣测试天线进行测试，通过接收功率下降幅度判断阵元是否故障。这种方法虽然可将故障进行定位，但每次只能测试一个阵元。一种更高效的、能够将故障定位至阵元的阵列天线的诊断方法亟待提出。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种阵列天线的诊断方法，通过较少的测量，能够快速高效地对阵列天线的进行诊断。为实现上述目的，本专利技术一方面提出了一种阵列天线的诊断方法，其特征在于，所述阵列天线包括N个阵元，所述诊断方法包括如下步骤：S1.获得所述阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；S2.馈入端口激励I；S3.获得M个第一测量点的位置以及阵列天线在M个第一测量点处的电/磁场的第一测量数据E，所述第一测量数据E包含幅度和相位信息，M≥N/3；S4.根据所述阵元方向图、阵元方向图中心的位置、第一测量点的位置以及第一测量数据E获得口径场激励I′；S5.计算所述口径场激励I′与参考口径场激励I′R的差值，对于单个阵元而言，如果差值大于预设阈值，则该阵元判定为故障阵元，如果差值小于预设阈值，则该阵元判定为正常阵元。作为本专利技术的进一步限定，所述阵元方向图由阵元的孤立方向图经过修正获得。作为本专利技术的进一步限定，所述修正的实施方式为：基于预设修正矩阵通过计算进行修正，或者基于阵列天线的物理参数或/和机械模型或/和仿真模型通过仿真进行修正，所述阵列天线的物理参数包括天线形式和阵列结构。作为本专利技术的进一步限定，所述步骤S4中阵元方向图、阵元方向图中心的位置、第一测量点的位置、第一测量数据E以及口径场激励I′满足关系式：E＝YI′，其中E是所述M个第一测量点测得的电/磁场，为M×1的矩阵，Y是阵元到第一测量点的幅相变换矩阵，Y根据阵元方向图、阵元方向图中心的位置以及第一测量点的位置获得。作为本专利技术的进一步限定，以任意参考点为原点建立球坐标系，第n个阵元的阵元方向图中心的位置的坐标为(Rn,θn,φn)，n＝1,2,…,N，第n个阵元的阵元方向图表示为fn(θ,φ)，第m个第一测量点位置的坐标为(R′m,θ′m,φ′m)，m＝1,2,…,M，所述阵元到测量点的幅相变换矩阵Y为是第n个阵元在第m个第一测量点的位置的幅相变换因子，其中(θ′mn,φ′mn)是第m个第一测量点的位置相对于第n个阵元的阵元方向图中心的位置所在的角度，fn(θ′mn,φ′mn)是第n个阵元在(θ′mn,φ′m)角度的阵元方向图信息，包含幅度和相位信息，是对第n个阵元的阵元方向图在第m个第一测量点的位置进行的相位修正，是第m个第一测量点的位置指向第n个阵元的阵元方向图中心的位置的矢量的模长，k是电磁波传播常数。作为本专利技术的进一步限定，所述阵列天线各阵元的阵元方向图相同，f1(θ,φ)＝f2(θ,φ)＝…＝fN(θ,φ)＝f(θ,φ)，所述阵元到测量点的幅相变换矩阵Y为作为本专利技术的进一步限定，所述测量点位于阵元的辐射远场。作为本专利技术的进一步限定，当M＞N/3时，通过最小二乘法计算得到所述口径场激励I′。作为本专利技术的进一步限定，所述参考口径场激励I′R根据如下任一所述的方法获得：A.预先挑选辐射性能合格的阵列天线标记为金机，获得所述金机的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置，馈入端口激励I，获得M′个第二测量点的位置以及金机在M′个第二测量点处的电/磁场的第二测量数据E′，所述第二测量数据E′包含幅度和相位信息，M′≥N/3，根据所述金机的阵元方向图、阵元方向图中心的位置、第二测量点的位置以及第二测量数据E′获得参考口径场激励I′R；或者，B.预先挑选辐射性能合格且方向图已知的阵列天线标记为金机，获得所述金机的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置，根据所述金机的阵元方向图、阵元方向图中心的位置以及金机方向图FM获得所述参考口径场激励I′R；或者，C.根据所述阵列天线的设计阵元方向图、设计阵元方向图中心的位置以及阵列天线的设计方向图FD获得参考口径场激励I′R。作为本专利技术的进一步限定，所述方法A中，金机的阵元方向图、阵元方向图中心的位置、第二测量点的位置、第二测量数据E′以及参考口径场激励I′R满足关系式：E′＝Y′I′R，其中Y′的意义与所述Y类似，此处不再赘述；所述方法B中，金机的阵元方向图、阵元方向图中心的位置、金机方向图FM以及参考口径场激励I′R满足关系式：FM＝(I′R)TXM，其中()T表示转置，XM是阵元到金机方向图FM参考面的幅相变换矩阵，XM根据阵元方向图、阵元方向图中心的位置以及金机方向图FM参考面获得；所述方法C中，设计阵元方向图、设计阵元方向图中心的位置、阵列天线的设计方向图FD以及参考口径场激励I′R满足关系式：FD＝(I′R)TXD，其中()T表示转置，XD的意义与XM类似，此处不再赘述。作为本专利技术的进一步限定，所述阵元到金机方向图FM参考面的幅相变换矩阵XM为是第n个阵元在金机方向图FM参考面的幅相变换因子，其中，(θn,φn)是金机方向图FM参考面上的点相对第n个阵元的阵元方向图中心的位置所在的角度，fn(θn,φn)是第n个阵元在(θn,φn)角度的阵元方向图信息，包含幅度和相位信息，是对第n个阵元的阵元方向图在金机方向图FM参考面所在位置进行的相位修正，是金机方向图FM参考面所在位置指向第n个阵元的阵元方向图中心的位置的矢量的模长，k是电磁波传播常数；XD的意义与XM类似，此处不再赘述。本专利技术另一方面提出了一种阵列天线的诊断设备，其特征在于，所述诊断设备包括：阵元方向图获取模块，用于获取所述阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；馈电模块，用于向所述阵列天线馈入端口激励；信号收发模块，与所述测量天线连接，用于获得M个测量点的位置、通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列天线的诊断方法，其特征在于，所述阵列天线包括N个阵元，所述诊断方法包括如下步骤：S1.获得所述阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；S2.馈入端口激励I；S3.获得M个第一测量点的位置以及阵列天线在M个第一测量点处的电/磁场的第一测量数据E，所述第一测量数据E包含幅度和相位信息，M≥N/3；S4.根据所述阵元方向图、阵元方向图中心的位置、第一测量点的位置以及第一测量数据E获得口径场激励I′；S5.计算所述口径场激励I′与参考口径场激励I′R的差值，对于单个阵元而言，如果差值大于预设阈值，则该阵元判定为故障阵元，如果差值小于预设阈值，则该阵元判定为正常阵元。

【技术特征摘要】
1.一种阵列天线的诊断方法，其特征在于，所述阵列天线包括N个阵元，所述诊断方法包括如下步骤：S1.获得所述阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；S2.馈入端口激励I；S3.获得M个第一测量点的位置以及阵列天线在M个第一测量点处的电/磁场的第一测量数据E，所述第一测量数据E包含幅度和相位信息，M≥N/3；S4.根据所述阵元方向图、阵元方向图中心的位置、第一测量点的位置以及第一测量数据E获得口径场激励I′；S5.计算所述口径场激励I′与参考口径场激励I′R的差值，对于单个阵元而言，如果差值大于预设阈值，则该阵元判定为故障阵元，如果差值小于预设阈值，则该阵元判定为正常阵元。2.根据权利要求1所述的阵列天线的诊断方法，其特征在于，所述阵元方向图由阵元的孤立方向图经过修正获得。3.根据权利要求2所述的阵列天线的诊断方法，其特征在于，所述修正的实施方式为：基于预设修正矩阵通过计算进行修正，或者基于阵列天线的物理参数或/和机械模型或/和仿真模型通过仿真进行修正，所述阵列天线的物理参数包括天线形式和阵列结构。4.根据权利要求1-3中任一所述的阵列天线的诊断方法，其特征在于，所述步骤S4中阵元方向图、阵元方向图中心的位置、第一测量点的位置、第一测量数据E以及口径场激励I′满足关系式：E＝YI′，其中E是所述M个第一测量点测得的电/磁场，为M×1的矩阵，Y是阵元到第一测量点的幅相变换矩阵，Y根据阵元方向图、阵元方向图中心的位置以及第一测量点的位置获得。5.根据权利要求4所述的阵列天线的诊断方法，其特征在于，以任意参考点为原点建立球坐标系，第n个阵元的阵元方向图中心的位置的坐标为(Rn，θn，φn)，n＝1，2，...，N，第n个阵元的阵元方向图表示为fn(θ，φ)，第m个第一测量点位置的坐标为(R′m，θ′m，φ′m)，m＝1，2，...，M，所述阵元到测量点的幅相变换矩阵Y为是第n个阵元在第m个第一测量点的位置的幅相变换因子，其中(θ′mn，φ′mn)是第m个第一测量点的位置相对于第n个阵元的阵元方向图中心的位置所在的角度，fn(θ′mn，φ′mn)是第n个阵元在(θ′mn，φ′m)角度的阵元方向图信息，包含幅度和相位信息，是对第n个阵元的阵元方向图在第m个第一测量点的位置进行的相位修正，是第m个第一测量点的位置指向第n个阵元的阵元方向图中心的位置的矢量的模长，k是电磁波传播常数。6.根据权利要求5所述的阵列天线的诊断方法，其特征在于，所述阵列天线各阵元的阵元方向图相同，f1(θ，φ)＝f2(θ，φ)＝…＝fN(θ，φ)＝f(θ，φ)，所述阵元到测量点的幅相变换矩阵Y为7.根据权利要求1，2，3，5，6中任一所述的阵列天线的诊断方法，其特征在于，所述测量点位于阵元的辐射远场。8.根据权利要求1，2，3，5，6中任一所述的阵列天线的诊断方法，其特征在于，当M＞N/3时，通过最小二乘法计算得到所述口径场激励I′。9.根据权利要求1，2，3，5，6中任一所述的阵列天线的诊断方法，其特征在于，所述参考口径场激励I′R根据如下任一所述的方法获得：A.预先挑选辐射性能合格的阵列天线标记为金机，获得所述金机的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置，馈入端口激励I，获得M′个第二测量点的位置以及金机在M′个第二测量点处的电/磁场的第二测量数据E′，所述第二测量数据E′包含幅度和相位信息，M′≥N/3，根据所述金机的阵元方向图、阵元方向图中心的位置、第二测量点的位置以及第二测量数据E′获得参考口径场激励I′R；或者，B.预先挑选辐射性能合格且方向图已知的阵列天线标记为金机，获得所述金机的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置，根据所述金机的阵元方向图、阵元方向图中心的位置以及金机方向图FM获得所述参考口径场激励I′R；或...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆一宏，于伟，沈鹏辉，
申请(专利权)人：深圳市通用测试系统有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44