一种相控阵雷达天线平面标校方法技术

一种相控阵雷达天线平面标校方法，测试天线多通道的幅度和相位，用波控系统合成阵面波瓣图，重构阵面的辐射场分布，计算天线指向

【技术实现步骤摘要】
一种相控阵雷达天线平面标校方法


[0001]本专利技术属于雷达天线
，具体涉及一种天线标校技术
。

技术介绍

[0002]相控阵雷达天线由行
、
列规律排列的数个
TR
收发组件构成，可以快速扫描，搜索精度高
。
在暗室近场调试时，通过标校，测试近场校准探头与阵列天线的距离和平面夹角
。
在天线相位补偿码中，结合近场测试结果，修正基准误差
。
在天线调试阶段，通过修正，保证天线指向精度要求
。
在暗室远场测试时，用全站仪标校校准探头或称作校准喇叭与阵列天线的距离和平面夹角
。
结合
STT
单目标跟踪多次测试结果和远场扫瓣结果，验证天线相位补偿码的符合度
。
[0003]相控阵天线的指向精度误差包括两部分，一部分是天线波束扫描产生的误差，另一部分是天线的相位补偿码带来的基准误差
。
天线有很多移相器，用移相器改变天线的相位，实现天线波束扫描
。
移相器受到移相刻度的限制，天线其它部件也存在安装误差，导致波束的实际指向与理论指向存在扫描误差
。
扫描误差随波束的扫描角度变化，扫描角度越大，扫描误差越大
。
校准天线所有通道的相位，生成各通道的相位补偿码，补偿码的准确性直接影响天线的指向精度
。
[0004]在近场条件下，用一个同频段的标准喇叭，对天线每个通道的相位迭代配平，实现天线的相位校准
。
校准喇叭相对于阵面的位置坐标，在标校时会出现偏差，使阵列天线在标校过程带入三维坐标错误，导致远场雷达指向精度偏差较大
。
为了修正指向精度，天线需要反复拖回近场，重新修调
、
标校和烧写相位补偿码
。
[0005]先测试天线波束在法向时的方位差零深位置
θ0和俯仰差零深位置
ψ0，再测试天线在方位向偏离约
30
度时的方位差零深
θ1和俯仰差零深
ψ0，得到天线在约
30
度的方位指向精度
△
θ
=
θ1‑
30
‑
θ0和俯仰指向精度
△
ψ
=
ψ1‑
30
‑
ψ0。
该方法的前提是天线的法向主瓣位置
θ0和
ψ0绝对正确，一旦标校存在偏差，
θ0和
ψ0就会出现误差
。
扫描之后，这个误差会被忽略掉，无法通过
△
θ
和
△
ψ
体现出来，导致雷达探测目标的角度信息存在误差，影响使用
。

技术实现思路

[0006]为了解决近场喇叭和阵列天线平面夹角存在误差的技术问题，采用了求取校准喇叭与阵列天线位置坐标的技术方案，在暗室近场天线相位补偿码生成阶段，以天线物理中心为原点，用全站仪建立平面，标出校准喇叭与天线平面的夹角，从天线相位补偿码中消除误差，产生了提高远场目标跟踪指向精度的技术效果
。
[0007]近场测试和标校：测试天线多通道的幅度和相位，用波控系统合成阵面波瓣图，重构阵面的辐射场分布，计算天线指向
、
波束宽度
、
主副瓣比，用光学标校测量校准喇叭和阵面之间的距离和角度，校准喇叭和阵面在近场环境中距离较近，衍射和多径效应明显
。
[0008]光学标校：在喇叭四个角分别张贴十字标，向全站仪提供采样基准，测量喇叭开口中心到阵列天线的距离，计算喇叭开口的平面特性
。
[0009]计算通道补偿码：用全站仪标出喇叭的坐标
P(x,y,z)
，设天线规模为
m
行
×
n
列，列间距为
dx
，行间距为
dy
，工作频率为
f
，波长为
λ
=c/f
，使用
s
位移相器，第
i
行第
k
列通道
A
（
i,k
）的二维坐标为
A
（
x
i
,y
k
）
,
其中
x
i
=[(n
‑
1)/2
‑
(k
‑
1)]·
dx、y
k
=[(m
‑
1)/2
‑
(i
‑
1)]·
dy
，通道
A
（
i,k
）到喇叭的距离，通道
A
（
i,k
）辐射的电磁波到达喇叭的相位
ϕ
=2
π
·
mod
（
L,
λ
），其中
mod
（
L,
λ
）表示
L
对
λ
取模运算，最大移相位数为2s
‑1，最小移相刻度为
u=360
°
/(2
s
‑
1),
补偿码为
mod
（
ϕ
·
u/360
°
,2
s
‑1），以此类推，得到各通道的补偿码并烧录
。
[0010]拟合天线方向图：由波控系统拟合出天线差波束零深位置，包括方位差波束零深位置和俯仰差波束零深位置，校准喇叭和雷达天线平面之间的夹角客观存在，传统波控系统忽略该夹角，本专利技术用该夹角修正近场扫描拟合出的方位差和俯仰差波瓣指向位置，消除夹角影响，使远场扫瓣出的差波瓣中心位置接近理论位置
。
[0011]在天线最左边和最右边分别取点1和点2，连接成水平线，用全站仪测量水平线和天线平面之间的水平夹角
α
，设天线法向波束的方位差零深位置为
α
za
，用公式
δ
2az
=
α
az
‑
α
计算水平夹角产生的基准误差，作为波瓣指向的校正因数，代入波控系统运算，用相同的方式计算竖直夹角产生的基准误差
。
[0012]远场测试和验证：测试雷达天线的辐射特性，包括增益
、
方向图
、
极化参数
、
跟踪特性，校准喇叭与阵面在远场环境中距离较远，喇叭作为点源接近平面波照射，用远场光学标校测量喇叭与阵面之间的距离，获取校准喇叭的坐标，计算阵面的平面度
。
[0013]分析指向精度的误差来源：雷达探测目标的精度取决于测量目标坐标的误差，包括雷达跟踪误差...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种相控阵雷达天线平面标校方法，其特征在于，包括：近场测试和标校：测试天线多通道的幅度和相位，用波控系统合成阵面波瓣图，重构阵面的辐射场分布，计算天线指向
、
波束宽度
、
主副瓣比，用光学标校测量校准喇叭和阵面之间的距离和角度，包括光学标校
、
计算通道补偿码
、
拟合天线方向图；远场测试和验证：测试雷达天线的辐射特性，包括增益
、
方向图
、
极化参数
、
跟踪特性，用远场光学标校测量喇叭与阵面之间的距离，获取校准喇叭的坐标，计算阵面的平面度，包括分析指向精度的误差来源
、
跟踪验证远场目标的指向精度
、
构建远场暗室目标跟踪精度验证平台
、
记录目标跟踪参数
、
计算跟踪误差
。2.
根据权利要求1所述的相控阵雷达天线平面标校方法，其特征在于，所述光学标校，包括：在喇叭四个角分别张贴十字标，向全站仪提供采样基准，测量喇叭开口中心到阵列天线的距离，计算喇叭开口的平面特性
。3.
根据权利要求1所述的相控阵雷达天线平面标校方法，其特征在于，所述计算通道补偿码，包括：用全站仪标出喇叭的坐标
P(x,y,z)
，设天线规模为
m
行
×
n
列，列间距为
dx
，行间距为
dy
，工作频率为
f
，波长为
λ
=c/f
，使用
s
位移相器，第
i
行第
k
列通道
A
（
i,k
）的二维坐标为
A
（
x
i
,y
k
）
,
其中
x
i
=[(n
‑
1)/2
‑
(k
‑
1)]
·
dx、y
k
=[(m
‑
1)/2
‑
(i
‑
1)]
·
dy
，通道
A
（
i,k
）到喇叭的距离，通道
A
（
i,k
）辐射的电磁波到达喇叭的相位
ϕ
=2
π
·
mod
（
L,
λ
），其中
mod
（
L,
λ
）表示
L
对
λ
取模运算，最大移相位数为2s
‑1，最小移相刻度为
u=360
°
/(2
s
‑
1),
补偿码为
mod
（
ϕ
·
u/360
°
,2
s
‑1），以此类推，得到各通道的补偿码并烧录
。4.
根据权利要求1所述的相控阵雷达天线平面标校方法，其特征在于，所述拟合天线方向图，包括：由波控系统拟合出天线差波束零深位置，包括方位差波束零深位置和俯仰差波束零深位置，用校准喇叭和雷达天线平面之间的夹角，修正近场扫描拟合出的方位差和俯仰差波瓣指向位置，消除夹角影响，使远场扫瓣出的差波瓣中心位置接近理论位置，在天线最左边和最...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志强，柳尚光，管原，陈崇伟，钟永磊，王凯，李成峰，
申请(专利权)人：南京国睿防务系统有限公司，
类型：发明
国别省市：