本發(fā)明涉及干涉儀校準(zhǔn)及測試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

干涉儀天線體制由于在測向準(zhǔn)確度、靈敏度、測向時效性、仰角測量等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的比幅測向方法，目前廣泛用于雷達(dá)及電子戰(zhàn)領(lǐng)域的高精度測向性能驗(yàn)證。本發(fā)明的技術(shù)背景基于干涉儀測向系統(tǒng)的校準(zhǔn)和測試領(lǐng)域，其干涉儀天線陣一般的布陣方式如圖1所示，由方位面和俯仰面兩個陣列組成，方位面陣列含m個單元天線，俯仰面陣列含n個單元天線，干涉儀天線陣接收信號后進(jìn)入信號處理系統(tǒng)進(jìn)行測向，從而得到信號的方位到達(dá)角。

目前傳統(tǒng)的干涉儀測試方法如圖2所示。傳統(tǒng)測試方法的步驟是先對干涉儀系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，測量出干涉儀系統(tǒng)的測向誤差，然后在遠(yuǎn)場標(biāo)定方位，并在標(biāo)定的方位上架設(shè)天線進(jìn)行信號輻射，干涉儀系統(tǒng)的測向結(jié)果與標(biāo)定的方位進(jìn)行比較，判斷系統(tǒng)測向是否正確并計算出系統(tǒng)的測向誤差。傳統(tǒng)方法測試原理簡單，但過程較為復(fù)雜，缺點(diǎn)有以下幾項(xiàng)：

a.校準(zhǔn)方法復(fù)雜且精度低。校準(zhǔn)一直以來都是干涉儀系統(tǒng)性能測試的技術(shù)難點(diǎn)，其校準(zhǔn)精度取決于輻射源方位的標(biāo)定精度，而方位的標(biāo)定目前大多都通過測繪的手段進(jìn)行，標(biāo)定過程復(fù)雜、精度和一致性較差，因此傳統(tǒng)方法的校準(zhǔn)并不能最大程度地消除干涉儀系統(tǒng)的測向誤差。

b.測試效率及測試精度低。傳統(tǒng)方法完成干涉儀系統(tǒng)的測向性能驗(yàn)證需要三個步驟：方位標(biāo)定、架設(shè)天線和性能測試，一般完成干涉儀系統(tǒng)整個測向范圍內(nèi)的性能測試需要數(shù)小時以上，測試效率低，無法滿足外場快速測試的要求。同樣，測試精度主要取決于方位標(biāo)定的精度，通過測繪手段的標(biāo)定精度一般在1°以上，精度較低，不能準(zhǔn)確表征干涉儀的測向精度。

c.測試場地要求高，條件較苛刻。為滿足遠(yuǎn)場條件，需要開闊的場地，若周圍雜波較多，可能無法進(jìn)行測試，需在暗室進(jìn)行。而在實(shí)際的外場測試中，場地不固定，無法避免雜波，大多情況下也沒有暗室，無法提供有效的測試手段。

因此，基于傳統(tǒng)的測試方法，測試過程復(fù)雜，很難完成在不同場地的環(huán)境中高效、精確的測試要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種干涉儀近場測試裝置、測試方法及校準(zhǔn)方法。

本發(fā)明提供的一種干涉儀近場測試裝置，包括若干測試天線陣元、若干移相器、功分器、射頻信號源及控制器；

控制器與射頻信號源、功分器均具有信號連接；

射頻信號源的射頻信號輸出端與功分器的信號輸入端通過射頻線纜連接，功分器用于將射頻信號分為多路射頻信號，功分器的各個信號輸出端對應(yīng)與各移相器的信號輸入端連接，各移相器的信號輸出端對應(yīng)與各測試天線陣元的信號輸入端連接；

功分器的各信號輸出端與各移相器通過射頻線纜連接，各移相器與各測試天線陣元通過射頻線纜連接。

進(jìn)一步，所述若干測試天線陣元包含方位面測試天線陣元及俯仰面測試天線陣元；方位面測試天線陣元安裝于方位面安裝架上，且各方位面測試天線陣元水平位于一條水平直線上；俯仰面天線陣元安裝于俯仰面安裝架上，且各俯仰面測試天線陣元水平位于一條豎直直線上。

發(fā)明基于前述的測試裝置提出了一種干涉儀近場測試方法，包括：

步驟1：將待測試干涉儀的天線陣元與測試裝置的測試天線陣元一一對準(zhǔn)放置；

步驟2：測試裝置的控制器控制射頻信號源輸出射頻信號，同時控制移相器將接收到的射頻信號偏移一定相位，并將偏移一定相位的射頻信號傳輸給測試天線陣元以便使測試天線陣輻射出一定空間角度的射頻信號；

步驟3：待測試干涉儀的天線陣元接收到測試裝置的測試天線陣元輻射出的射頻信號，待測試干涉儀輸出接收射頻信號的空間角度；

步驟4：比較待測干涉儀輸出的空間角度與測試裝置測試天線陣元輻射出的射頻信號的空間角度，從而確定待測干涉儀的測量精度。

進(jìn)一步，步驟2中，控制器根據(jù)所述一定空間角度分別計算出其他測試天線陣元相對于基準(zhǔn)測試天線陣元輸出射頻信號的相位差，并控制相應(yīng)的移相器將接收到的射頻信號的相位偏移所述相位差。

進(jìn)一步，步驟2中，控制器根據(jù)所述一定空間角度分別計算出其他測試天線陣元相對于基準(zhǔn)測試天線陣元輸出射頻信號的相位差，并在相位差中減去該測試天線陣元相對于基準(zhǔn)測試天線陣元之間的固有相位差得到通道間校準(zhǔn)后的相位差，并控制相應(yīng)的移相器將接收到的射頻信號的相位偏移所述通道間校準(zhǔn)后的相位差。

進(jìn)一步，步驟2中，步驟2中，控制器在通道間校準(zhǔn)后的相位差中減掉其對應(yīng)的測試天線陣元的固有相位偏移誤差得到校準(zhǔn)后的相位差，并控制相應(yīng)的移相器將接收到的射頻信號的相位偏移所述校準(zhǔn)后的相位差。

進(jìn)一步，還包括步驟5：按照一定的步進(jìn)調(diào)整射頻信號輻射的空間角度，重新執(zhí)行步驟2～4；

重復(fù)執(zhí)行步驟5直到得到待測試干涉儀在不同空間角度射頻信號下的輸出結(jié)果。

本發(fā)明還提供了前述測試裝置的校準(zhǔn)方法以便得到各測試天線陣元之間在不同頻點(diǎn)上的固有相位差，包括：

步驟1：將校準(zhǔn)用單元天線與測試裝置的其中一個測試天線陣元對準(zhǔn)，兩者之間的間距與測試過程中待測試干涉儀的天線陣元與測試天線陣元的間距相等；

步驟2：測試裝置的控制器控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出不同頻率的射頻信號，同時控制各移相器將接收到的射頻信號偏移相同的相位，并將偏移一定相位的射頻信號傳輸給測試天線陣元；

步驟3：校準(zhǔn)用單元天線接收與其對準(zhǔn)的測試天線陣元輻射出的射頻信號，校準(zhǔn)用單元天線通過射頻電纜將接收到的射頻信號輸出給矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入端；

步驟4：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀記錄該測試天線陣元輻射出的不同頻率的射頻信號的相位；

步驟5：校準(zhǔn)用單元天線與測試裝置的下一個測試天線陣元對準(zhǔn)，兩者之間的間距與測試過程中待測試干涉儀的天線陣元與測試天線陣元的間距相等，重復(fù)步驟3與步驟4，得到當(dāng)前測試天線陣元輻射出的不同頻率的射頻信號的相位；

重復(fù)步驟5直到得到全部測試天線陣元輻射出的不同頻率的射頻信號的相位，將其他測試天線陣元輻射出的射頻信號相位分別與基準(zhǔn)測試天線陣元輻射出的同頻點(diǎn)的射頻信號相位相減，得到其他各測試天線陣元相對于基準(zhǔn)測試天線陣元的在不同頻點(diǎn)的固有相位差。

本發(fā)明還提供了測試裝置的另一種校準(zhǔn)方法以獲取各測試天線陣元的固有移相誤差，包括：

步驟1：將校準(zhǔn)用單元天線與測試裝置的其中一個測試天線陣元對準(zhǔn)，兩者之間的間距與測試過程中待測試干涉儀的天線陣元與測試天線陣元的間距相等；

步驟2：測試裝置的控制器控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出不同頻率的射頻信號，同時控制各移相器將接收到的射頻信號的相位偏移理論移相相位，并將偏移一定相位的射頻信號傳輸給測試天線陣元；

步驟3：校準(zhǔn)用單元天線接收與其對準(zhǔn)的測試天線陣元輻射出的射頻信號，校準(zhǔn)用單元天線通過射頻電纜將接收到的射頻信號輸出給矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入端；

步驟4：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀記錄該測試天線陣元輻射出的不同頻率的射頻信號經(jīng)移相器移相后的實(shí)際移相相位；

步驟5：校準(zhǔn)用單元天線與測試裝置的下一個測試天線陣元對準(zhǔn)，兩者之間的間距與測試過程中待測試干涉儀的天線陣元與測試天線陣元的間距相等，重復(fù)步驟3與步驟4，得到當(dāng)前測試天線陣元輻射出的不同頻率的射頻信號經(jīng)移相器移相后的實(shí)際移相相位；

重復(fù)步驟5直到得到全部測試天線陣元輻射出的不同頻率的射頻信號的經(jīng)移相器移相后的實(shí)際移相相位，將此實(shí)際移相相位與其對應(yīng)的移相器的理論移相相位相減，便得到各測試天線陣元的固有移相誤差。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1.由于使用本發(fā)明測試裝置測試干涉儀時，將測試裝置上的測試天線陣元與干涉儀的天線陣元一一對準(zhǔn)，且距離較近，在測試過程中受環(huán)境中的電磁雜波干擾較小，因此不需提供暗室、不需標(biāo)定測試方位、不需進(jìn)行大功率輻射，能夠滿足在外場各種環(huán)境條件下的測試需求。

2.提高了測試效率。采用本發(fā)明測試裝置對干涉儀進(jìn)行測試，只需要完成兩個步驟，即架設(shè)設(shè)備與測向性能驗(yàn)證。架設(shè)測試裝置及待測試干涉儀的工作平均在10分鐘內(nèi)可以完成，在輻射信號空間角度在[-90°,90°]范圍內(nèi)以10°的步進(jìn)完成測試過程一般需要2分鐘。而傳統(tǒng)的方法要完成干涉儀的測向驗(yàn)證需要三個步驟：方位標(biāo)定、架設(shè)天線和測向性能驗(yàn)證。方位標(biāo)定根據(jù)方法的不同，在[-90°,90°]范圍內(nèi)以10°的步進(jìn)完成標(biāo)定一般需要2個小時以上。在每個標(biāo)定的方位都需要架設(shè)天線進(jìn)行一次測試，然后再移動到下一個方位進(jìn)行測試，完成所有標(biāo)定方位的測試一般需要1小時以上?？梢姳景l(fā)明較傳統(tǒng)方法測試效率提高了15倍以上。

通過本發(fā)明進(jìn)行干涉儀校準(zhǔn)時，只需將測試天線陣元輻射出的信號入射角設(shè)定為需要校準(zhǔn)的角度即可，完成一次信號入射角設(shè)定不超2s。

3.提高了信號入射角設(shè)定精度。本發(fā)明的測試精度主要取決于移相器的移相精度、校準(zhǔn)精度以及測試天線陣安裝精度，經(jīng)過精確校準(zhǔn)后的測試天線陣進(jìn)行測向時，一般信號入射角設(shè)定精度可控制在0.2°范圍內(nèi)。傳統(tǒng)方法在進(jìn)行方位標(biāo)定時，根據(jù)標(biāo)定方法的不同，誤差平均一般在1°以上。因此本發(fā)明較傳統(tǒng)方法信號入射角的設(shè)定精度提高了5倍以上。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為干涉儀天線陣元布陣示意圖。

圖2為現(xiàn)有的干涉儀測試過程中待測試干涉儀及測試設(shè)備的連接原理圖。

圖3為本發(fā)明測試裝置的原理框圖。

圖4為相控陣天線原理圖。

圖5為測試過程中本發(fā)明測試裝置與待測試干涉儀的連接原理圖。

圖6為校準(zhǔn)過程中本發(fā)明測試裝置與其它設(shè)備的連接原理圖。

具體實(shí)施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

如圖3所示，本發(fā)明提供的干涉儀測試裝置包括：

若干測試天線陣元、若干移相器、功分器、射頻信號源及控制器。

控制器與射頻信號源、功分器均具有信號連接。

射頻信號源的射頻信號輸出端與功分器的信號輸入端通過射頻線纜連接，功分器用于將射頻信號分為多路射頻信號，功分器的各個信號輸出端對應(yīng)與各移相器的信號輸入端連接，各移相器的信號輸出端對應(yīng)與各測試天線陣元的信號輸入端連接。

功分器的各信號輸出端與各移相器通過射頻線纜連接，各移相器與各測試天線陣元通過射頻線纜連接。

測試裝置中的所述若干測試天線陣元與待測試干涉儀的天線陣元布陣方式、尺寸完全一致，以便在測試過程中，能使各測試天線陣元與干涉儀的天線陣元一一對準(zhǔn)，因此測試裝置的測試天線陣元也包含方位面測試天線陣元及俯仰面測試天線陣元；方位面測試天線陣元安裝于方位面安裝架上，且各方位面測試天線陣元水平位于一條水平直線上；俯仰面天線陣元安裝于俯仰面安裝架上，且各俯仰面測試天線陣元水平位于一條豎直直線上。

為了方便拆裝，本實(shí)施例中將移相器也安裝于測試天線陣元安裝架中。本實(shí)施例中功分器包含多個功分單元，射頻信號首先進(jìn)入一個二功分單元，然后二功分單元輸出兩路完全相同的射頻信號，每一路射頻信號再進(jìn)入一個m路功分單元，m路功分單元輸出m路完全相同的射頻信號，m路射頻信號再一對一的輸出到m個方位面測試天線陣元對應(yīng)的移相器。二功分單元輸出的另一路射頻信號再進(jìn)入一個n路功分單元，n路功分單元輸出n路完全相同的射頻信號，n路射頻信號再一對一的輸出到n個俯仰面測試天線陣元對應(yīng)的移相器。這里，輸入每個測試天線陣元的射頻信號都是相同的。

各個移相器通過射頻電纜一對一的將射頻信號輸出到測試天線陣元。

改變輸入到測試天線陣元的射頻信號間的相位差便可改變測試天線陣元輻射出射頻信號的空間角度，如出射角或入射角。

參見圖4，移相器調(diào)節(jié)相位的基本原理簡述如下：

空間放置的兩個天線A、B，其間距為d，則可推導(dǎo)A、B兩信號的相位差如公式(1)所示：

式中：

d為基線長度，即天線A、B之間的距離，為已知值。

λ為射頻信號波長，λ＝c/f，c＝3×108m/s為常數(shù)，f為射頻信號的頻率。

信號空間入射角θ為測試時的已知量。

通過以上參數(shù)便可解算出A、B兩信號的相位差取2π的模，使相位差轉(zhuǎn)換為0到2π之間。因此通過調(diào)節(jié)移相器，使兩個測試天線陣元輻射出的信號之間的相位差滿足即可按照預(yù)設(shè)空間角度輻射射頻信號。

下面介紹本測試裝置的使用方法，即對干涉儀進(jìn)行測試的步驟。

步驟1：將待測試干涉儀的天線陣元與測試裝置的測試天線陣元一一對準(zhǔn)放置；參見圖5。測試天線陣元與干涉儀的天線陣元間距為D，一般D取2cm～5cm。

步驟2：測試裝置的控制器控制射頻信號源輸出射頻信號，同時控制移相器將接收到的射頻信號的偏移一定相位，并將偏移一定相位的射頻信號傳輸給測試天線陣元以便使測試天線陣輻射出一定空間角度的射頻信號。

步驟3：待測試干涉儀的天線陣元接收到測試裝置的測試天線陣元輻射出的射頻信號，待測試干涉儀輸出接收射頻信號的空間角度。

步驟4：比較待測干涉儀輸出的空間角度與測試裝置測試天線陣元輻射出的射頻信號的空間角度，從而確定待測干涉儀的測量精度。

在一個具體實(shí)施例中，步驟2中，控制器根據(jù)所述一定空間角度分別計算出其他測試天線陣元相對于基準(zhǔn)測試天線陣元輸出射頻信號的相位差，并控制相應(yīng)的移相器將接收到的射頻信號的相位偏移所述相位差。具體過程參見前述的移相器調(diào)節(jié)相位的基本原理簡述?；鶞?zhǔn)測試天線陣元是測試天線陣元中的一個，一般選擇位于兩端的其中一個測試天線陣元，如A1或B1。

考慮到兩個測量天線陣元之間存在一個固有相位差，即兩個天線陣元接收完全相同的射頻信號，其輻射出的信號仍然會有一個相位差。為了提高精度，控制器根據(jù)所述一定空間角度分別計算出其他測試天線陣元相對于基準(zhǔn)測試天線陣元輸出射頻信號的相位差后，需要在相位差中減去該測試天線陣元相對于基準(zhǔn)測試天線陣元之間的固有相位差得到通道間校準(zhǔn)后的相位差，并控制相應(yīng)的移相器將接收到的射頻信號的相位偏移所述通道間校準(zhǔn)后的相位差。

兩個測試天線陣元A1，Am在頻點(diǎn)f處固有的相位差為若以測試天線陣元A1為基準(zhǔn)，則計算出來的測試天線陣元Am的移相(此處應(yīng)轉(zhuǎn)化為0～360°之間)。由于兩測試天線陣元固有的相位差為若移相要達(dá)到理論值，則控制器需要控制移相器實(shí)際將射頻信號的相位偏移

與此同時，我們還發(fā)現(xiàn)每個測試天線陣元還具有自身的固有相位偏移誤差，即是說，其接收30°相位的射頻信號輻射出的信號相位會變?yōu)?2°。為此，在又一實(shí)施例的步驟2中，控制器在通道間校準(zhǔn)后的相位差中減掉其對應(yīng)的測試天線陣元的固有相位偏移誤差得到校準(zhǔn)后的相位差，并控制相應(yīng)的移相器將接收到的射頻信號的相位偏移所述校準(zhǔn)后的相位差。這樣便可進(jìn)一步提高移相準(zhǔn)確度。

一般說來，需要在不同空間角度的輻射信號下測試干涉儀的測向能力，為此按照一定的步進(jìn)調(diào)整射頻信號輻射的空間角度，重新執(zhí)行步驟2～4。

重復(fù)執(zhí)行前述步驟直到得到待測試干涉儀在不同空間角度射頻信號下的輸出結(jié)果。如以10°為步進(jìn)，依次在-90°、-80°、-70°、0、10°、20°…、90°空間角度的輻射信號下測試干涉儀。

本發(fā)明還提供了前述測試裝置的校準(zhǔn)方法以便得到測試天線陣元之間的相位差，包括：

步驟1：將校準(zhǔn)用單元天線與測試裝置的其中一個測試天線陣元對準(zhǔn)，兩者之間的間距與測試過程中待測試干涉儀的天線陣元與測試天線陣元的間距相等；參見圖6。

步驟2：測試裝置的控制器控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出射頻信號，同時控制各移相器將接收到的射頻信號偏移相同的相位，并將偏移一定相位的射頻信號傳輸給測試天線陣元。

步驟3：校準(zhǔn)用單元天線接收與其對準(zhǔn)的測試天線陣元輻射出的射頻信號，校準(zhǔn)用單元天線通過射頻電纜將接收到的射頻信號輸出給矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；

步驟4：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀記錄該測試天線陣元輻射出的射頻信號的相位；

步驟5：校準(zhǔn)用單元天線與測試裝置的下一個測試天線陣元對準(zhǔn)，兩者之間的間距與測試過程中待測試干涉儀的天線陣元與測試天線陣元的間距相等，重復(fù)步驟3與步驟4，得到當(dāng)前測試天線陣元輻射出的射頻信號的相位；

重復(fù)步驟5直到得到全部測試天線陣元輻射出的射頻信號的相位，將其他測試天線陣元輻射出的射頻信號相位分別與基準(zhǔn)測試天線陣元射出的射頻信號相位相減，便得到其他各測試天線陣元相對于基準(zhǔn)測試天線陣元的固有相位差。

改變矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出射頻信號的頻率可以測出不同頻點(diǎn)上的其他各測試天線陣元相對于基準(zhǔn)測試天線陣元的固有相位差。

本發(fā)明還提供了另一種校準(zhǔn)方法以便得到各個測試天線陣元的固有相位偏移誤差，包括：

步驟1：將校準(zhǔn)用單元天線與測試裝置的其中一個測試天線陣元對準(zhǔn)，兩者之間的間距與測試過程中待測試干涉儀的天線陣元與測試天線陣元的間距相等；連接方式仍然參見圖6。

步驟2：測試裝置的控制器控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出不同頻率的射頻信號，同時控制各移相器將接收到的射頻信號的相位偏移理論移相相位，并將偏移一定相位的射頻信號傳輸給測試天線陣元。

步驟3：校準(zhǔn)用單元天線接收與其對準(zhǔn)的測試天線陣元輻射出的射頻信號，校準(zhǔn)用單元天線通過射頻電纜將接收到的射頻信號輸出給矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入端。

步驟4：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀記錄該測試天線陣元輻射出的不同頻率的射頻信號經(jīng)移相器移相后的實(shí)際移相相位。

步驟5：校準(zhǔn)用單元天線與測試裝置的下一個測試天線陣元對準(zhǔn)，兩者之間的間距與測試過程中待測試干涉儀的天線陣元與測試天線陣元的間距相等，重復(fù)步驟3與步驟4，得到當(dāng)前測試天線陣元輻射出的不同頻率的射頻信號經(jīng)移相器移相后的實(shí)際移相相位。

重復(fù)步驟5直到得到全部測試天線陣元輻射出的不同頻率的射頻信號的經(jīng)移相器移相后的實(shí)際移相相位，將此實(shí)際移相相位與其對應(yīng)的移相器的理論移相相位相減，便得到各測試天線陣元的固有移相偏移誤差。

改變矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出射頻信號的頻率可以測出不同頻點(diǎn)上的各測試天線陣元固有相位偏移誤差。

改變理論移相相位，可得到各個測試天線陣元在不同理論移相相位上的固有相位偏移誤差。實(shí)際中，一般是在0～360°范圍內(nèi)，以一定步進(jìn)改變理論移相相位。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。