基于机械臂的天线测试方法及测试控制系统技术方案

本发明专利技术属于天线与微波技术领域，公开了一种基于机械臂的天线测试方法及测试控制系统，用于对天线性能进行测试。本发明专利技术的方法包括：预设扫描范围及扫描面，粗扫确定扫描中心位置；根据上一步骤中所记录的幅度和相位数值，通过与预设的扫描范围条件对比，预估扫描范围；沿所述预估的扫描范围的边界扫描一周，若在此扫描一周的过程中读取的幅度和相位满足预设的扫描范围条件，得到一个封闭区域；生成一个能够覆盖所述封闭区域的矩形扫描范围，作为正式的扫描范围；根据所述矩形扫描范围，自动生成回形扫描路径；沿预先确定的回形扫描路径扫描。采用本发明专利技术能够将基于机械臂的天线测试累积的位置误差控制在一定范围内。试累积的位置误差控制在一定范围内。试累积的位置误差控制在一定范围内。

【技术实现步骤摘要】
基于机械臂的天线测试方法及测试控制系统


[0001]本专利技术属于天线与微波
，具体涉及一种基于机械臂的天线测试方法及测试控制系统。

技术介绍

[0002]近几年来，随着天线技术与固态微波器件的高速发展，使无线通信及雷达系统走向毫米波频段、小型化的方向逐渐成为现实，应用于机场安检、高精度成像等领域。天线作为电磁波的发射与接收装置，是无线通信和雷达系统中的关键部件，其性能对整个无线系统的性能具有决定性作用。因此对天线性能的评估，特别是以方向图测试为代表的辐射特性的评估，成为急需开展的研究课题。近年来，由于毫米波频率高、远场范围较近的特点，对近场测试系统提出了较高的精度要求。因此一些研究人员开始探索采用基于多轴机械臂的毫米波天线测试系统，以满足测试的精度要求。同时，多轴机械臂的测试平台可以根据测试对象的特性，方便地在半球面、柱面、平面扫描之间进行转换；还能根据测试的需要，在机械臂的运动范围之内，进行远场或近场扫描；甚至由于其尺寸小，方便移动的特点，可以为一些难以放入微波暗室的待测系统进行测试，兼顾了测试的精度和灵活性，具有多种应用前景，受到了研究者的广泛关注。
[0003]然而，多轴机械臂本身的一些不足在一定程度上限制了这项技术的应用前景。例如，多轴机械臂虽然重复精度和移动的精度较高，但多次步进会累积位置误差。此外，多轴机械臂在扫描路径发生转向时产生的位置误差会较普通步进更大。除了这些缺陷，传统的基于扫描架的扫描流程，直接应用于机械臂测试系统时，不能最大化地体现机械臂在扫描方位、步进等方面灵活多变的优势。<br/>
技术实现思路

[0004]本专利技术目的是：针对现有技术的不足，提供一种基于机械臂的天线测试方法及测试控制系统，旨在将累积的位置误差控制在一定范围内，同时尽可能地发挥出机械臂测试系统灵活多变、可根据测试任务自适应地进行调整的优势。
[0005]具体地说，本专利技术是采用以下技术方案实现的。
[0006]一方面，本专利技术提供一种基于机械臂的天线测试方法，包括：
[0007]预设扫描范围及扫描面，粗扫确定扫描中心位置：在预设的扫描面的扫描范围内，从初始位置开始进行扫描，并记录幅度和相位数值；若依据所述幅度和相位数值以及预设的相位中心判断标准能够判断相位中心的位置，则移动机械臂至该位置；若无法判断，则扩大扫描范围；直至新的相位中心位置满足预设的相位中心判断标准；
[0008]调整扫描范围，生成回形扫描路径：根据上一步骤中所记录的幅度和相位数值，通过与预设的扫描范围条件对比，预估扫描范围；沿所述预估的扫描范围的边界扫描一周，若在此扫描一周的过程中读取的幅度和相位满足预设的扫描范围条件，向外扩展扫描区域，沿新的扫描区域边界扫描一周，直至读取的幅度和相位低于预设的扫描范围条件，得到一
个封闭区域；生成一个能够覆盖所述封闭区域的矩形扫描范围，作为正式的扫描范围；根据所述矩形扫描范围，自动生成回形扫描路径；
[0009]沿预先确定的回形扫描路径扫描。
[0010]进一步地，所述预设扫描范围及扫描面，粗扫确定扫描中心位置包括：
[0011](1)预设扫描范围及扫描面；(2)在预设的扫描面的扫描范围内，从初始位置开始沿第一轴方向进行一维扫描，并记录幅度和相位的读数；(3)若扫描依据预设的相位中心判断标准足够判断第一轴方向上相位中心的位置，则移动机械臂至该位置；若无法判断，则扩大沿该轴方向上的扫描范围；(4)从第一轴方向上相位中心的位置开始沿第二轴方向重复步骤(2)～(3)，得到满足预设的相位中心判断标准的相位中心位置，作为初始相位中心位置；(5)若机械臂初始位置与初始相位中心位置的距离小于预设的距离，则将初始相位中心位置为相位中心位置，否则用将初始相位中心位置作为新的初始位置，重复步骤(2)～(4)，寻找新的相位中心位置。
[0012]进一步地，所述基于机械臂的天线测试方法还包括：
[0013]所述调整扫描范围，生成回形扫描路径步骤中，还包括生成校准线；
[0014]在所述沿预先确定的回形扫描路径扫描之前，沿校准线进行预扫描，并记录相应的幅度和相位数值；
[0015]在所述沿预先确定的回形扫描路径扫描步骤中，当经过校准线时，将读取的幅度和相位数值与预扫描时读取的相应数据进行对比，当误差超过设定范围时，在扫描范围之内调整探头方位，根据预设的要求，选择误差较小且调整距离小的点继续扫描。
[0016]进一步地，所述校准线为由所述相位中心位置与所述回形扫描路径中拐角位置相连形成的直线。
[0017]进一步地，所述校准线为从所述相位中心位置沿某一轴向向外延伸的直线。
[0018]进一步地，所述基于机械臂的天线测试方法，还包括：
[0019]在扫描过程中，根据之前数个扫描点所采得的幅度和相位的值，在预设范围内调整扫描步进的长度。
[0020]进一步地，所述在预设范围内调整扫描步进的长度包括：如果当前扫描点位于所述之前数个扫描点所采得的幅度和相位相应的数值曲线变化较为平稳的区间，或幅度低于一定阈值的区间，增大扫描步进的长度。
[0021]进一步地，所述基于机械臂的天线测试方法还包括：
[0022]每一次步进运动之前，预判多轴机械臂陷入奇异点的可能性，如果存在陷入奇异点的风险，则调整扫描方式，避免机械臂陷入奇异点。
[0023]进一步地，所述调整扫描方式包括调整机械臂的姿态，或者局部修改扫描步进和移动路径。
[0024]另一方面，本专利技术还提供一种基于机械臂的天线测试控制系统，包括多轴机械臂、测试探头、测试控制模块和矢量网络分析仪；
[0025]待测天线和所述测试探头分别与所述矢量网络分析仪的两个射频信号通道相连；
[0026]所述矢量网络分析仪与所述测试控制模块相连，将采得的幅度和相位数据实时提供给测试控制模块；
[0027]所述测试控制模块根据来自矢量网络分析仪的幅度和相位信息，和来自多轴机械
臂的伺服系统提供的位置信息和机械臂关节状态信息，控制所述多轴机械臂根据上述基于机械臂的天线测试方法进行扫描。
[0028]本专利技术的基于机械臂的天线测试方法及测试控制系统的有益效果如下：
[0029]通过扫描前的粗扫、扫描范围修调两步，近似地确定扫描中心及扫描范围，从而有效地将扫描的截断误差控制在测试所需范围之内，同时避免不必要的扫描区域，节省扫描时间；
[0030]采用回形扫描路径，减少扫描中心区域因扫描路径多次转向而造成的位置误差累积。而扫描外围区域的位置误差累积可以通过预扫描进行修正；
[0031]扫描读数之前进行预扫描过程，当预扫描结束后扫描测试读数再次经过该点时，在一定范围内调整探头位置，是读数与预扫描的误差在一定范围之内。这是由于预扫描的路径简单，转向和步进次数均较少，在测试过程中与预扫描结果比对修正，可以将扫描过程中不断累积的位置误差修正到可以接受的范围之内；
[0032]测试过程中根据扫描读数及测试要求，自适应地调整步进距离，从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机械臂的天线测试方法，其特征在于，包括：预设扫描范围及扫描面，粗扫确定扫描中心位置：在预设的扫描面的扫描范围内，从初始位置开始进行扫描，并记录幅度和相位数值；若依据所述幅度和相位数值以及预设的相位中心判断标准能够判断相位中心的位置，则移动机械臂至该位置；若无法判断，则扩大扫描范围；直至新的相位中心位置满足预设的相位中心判断标准；调整扫描范围，生成回形扫描路径：根据上一步骤中所记录的幅度和相位数值，通过与预设的扫描范围条件对比，预估扫描范围；沿所述预估的扫描范围的边界扫描一周，若在此扫描一周的过程中读取的幅度和相位满足预设的扫描范围条件，向外扩展扫描区域，沿新的扫描区域边界扫描一周，直至读取的幅度和相位低于预设的扫描范围条件，得到一个封闭区域；生成一个能够覆盖所述封闭区域的矩形扫描范围，作为正式的扫描范围；根据所述矩形扫描范围，自动生成回形扫描路径；沿预先确定的回形扫描路径扫描。2.根据权利要求1所述的基于机械臂的天线测试方法，其特征在于，所述预设扫描范围及扫描面，粗扫确定扫描中心位置包括：(1)预设扫描范围及扫描面；(2)在预设的扫描面的扫描范围内，从初始位置开始沿第一轴方向进行一维扫描，并记录幅度和相位的读数；(3)若扫描依据预设的相位中心判断标准足够判断第一轴方向上相位中心的位置，则移动机械臂至该位置；若无法判断，则扩大沿该轴方向上的扫描范围；(4)从第一轴方向上相位中心的位置开始沿第二轴方向重复步骤(2)～(3)，得到满足预设的相位中心判断标准的相位中心位置，作为初始相位中心位置；(5)若机械臂初始位置与初始相位中心位置的距离小于预设的距离，则将初始相位中心位置为相位中心位置，否则用将初始相位中心位置作为新的初始位置，重复步骤(2)～(4)，寻找新的相位中心位置。3.根据权利要求1所述的基于机械臂的天线测试方法，其特征在于，还包括：所述调整扫描范围，生成回形扫描路径步骤中，还包括生成校准线；在所述沿预先确定的回形扫描路径扫描之前，沿校准线进行预扫描，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马天野，张金平，邓晔，李斌，胡啸，李晓峰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：