本發(fā)明屬于雷達(dá)測試，尤其涉及一種遠(yuǎn)場測量雷達(dá)天線收發(fā)方向圖的方法。

背景技術(shù)：

1、天線方向圖是用來表示天線的方向性的圖，所謂的“天線方向性”，就是指在遠(yuǎn)區(qū)相同距離r的條件下，天線輻射場的相對值與空間方向的關(guān)系。

2、天線波束指向、波束寬度和副瓣抑制等性能是雷達(dá)性能優(yōu)良的重要基礎(chǔ)和要求，這些性能參數(shù)可通過波束方向圖直觀體現(xiàn)。目前，雷達(dá)方向圖或天線方向圖測量主要有幾種方法：近場暗室法、遠(yuǎn)場法和緊縮場等。近場暗室法和緊縮場法測量的方向圖準(zhǔn)確可靠，其劣勢在于需用探頭采集天線近場的幅度和相位分布，測試耗時(shí)較長；近場暗室建設(shè)成本高、投入大，且受場地限制，雷達(dá)一旦出廠就不能再用近場暗室測量波束方向圖；遠(yuǎn)場法測量較為快捷，投入相對近場暗室較低，但是仍然需要建設(shè)專用的場地進(jìn)行測試。這些方法在雷達(dá)外場架設(shè)好之后都很難再使用，或者每臺(tái)雷達(dá)配備一個(gè)遠(yuǎn)場測試平臺(tái)花費(fèi)太高。

3、為了克服這些問題，為了能夠在測試場地或者外場較為方便、快捷、靈活的測試波束方向圖在不斷努力。如申請公開號(hào)為cn113281576a，名稱為一種基于內(nèi)定標(biāo)多波位測試的天線方向圖測試方法的中國專利文獻(xiàn)，其中結(jié)合暗室測試的法向波束和幅相分布數(shù)據(jù)等，利用雷達(dá)內(nèi)標(biāo)定測試可計(jì)算出多波位的波束方向圖，大大提高測試效率。該方法在大型多波束相控陣?yán)走_(dá)的波束天線方向圖測試方面優(yōu)勢明顯，在收發(fā)通道數(shù)量較少的雷達(dá)波束測試時(shí)，將因空間采樣點(diǎn)數(shù)不夠而使得計(jì)算誤差過大；而只有一個(gè)收發(fā)通道的雷達(dá)(如機(jī)械掃描拋物面天線雷達(dá))更是完全無法采用該方法。

4、如申請公開號(hào)為cn113341238a，名稱為一種利用太陽輻射測量天線方向圖的方法的中國專利文獻(xiàn)，其中提出利用太陽輻射的方法，可在外場測試天線方向圖，解決了在微波暗室測試天線方向圖具有局限性的問題，且只需在晴天條件下利用系統(tǒng)自身觀測太陽輻射強(qiáng)度，無需其他測試儀器儀表和特殊測試環(huán)境就可實(shí)現(xiàn)天線方向圖測量。但是該方法也有明顯的局限性，一是該方法只能利用高靈敏度接收機(jī)通過太陽輻射測試亮溫，顯然是只能測試接收波束方向圖而無法測試發(fā)射波束方向圖，二是當(dāng)天線口徑尺寸不夠或者接收機(jī)靈敏度不夠高時(shí)，無法有效利用該方法，也就是該方法適用性不高。

5、由此可知，傳統(tǒng)遠(yuǎn)場法測試方向圖，不同天線口徑尺寸、不同工作頻率條件下遠(yuǎn)場條件各有不同，這就要求收發(fā)天線位于不同的物理位置，測試平臺(tái)的適應(yīng)性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種天線收發(fā)方向圖測試方法，以解決雷達(dá)架設(shè)在外場后，無法方便、低成本的測試發(fā)射和接收方向圖的問題。

2、本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種天線收發(fā)方向圖測試方法，在雷達(dá)架設(shè)外場設(shè)有輔助收發(fā)機(jī)、輔助天線以及反射體，所述輔助收發(fā)機(jī)分別與雷達(dá)、輔助天線連接，所述反射體懸浮于空中且用于將來自于輔助天線或雷達(dá)天線的電磁波信號(hào)后向散射給雷達(dá)天線或輔助天線，在所述反射體上設(shè)有定位裝置；所述收發(fā)方向圖測試包括發(fā)射方向圖測試和接收方向圖測試，所述發(fā)射方向圖測試包括：

3、步驟s11：調(diào)整輔助天線的方位和俯仰朝向，使所述輔助天線主波束對準(zhǔn)所述反射體；調(diào)整雷達(dá)天線，使雷達(dá)天線陣面對準(zhǔn)所述反射體；

4、步驟s12：雷達(dá)在依次發(fā)射不同頻率、不同波束的電磁波信號(hào)的同時(shí)，將同步脈沖信號(hào)和觸發(fā)信號(hào)發(fā)送給所述輔助收發(fā)機(jī)；設(shè)頻率為fn的電磁波信號(hào)的序號(hào)為m的待測波束為bm；

5、所述輔助收發(fā)機(jī)接收、測量和記錄經(jīng)所述反射體反射的信號(hào)所在距離庫的回波強(qiáng)度ptnm，以及雷達(dá)天線陣面法線與連線之間的夾角，并將所述回波強(qiáng)度ptnm傳輸給雷達(dá)；其中，ptnm表示頻率為fn、待測波束為bm的電磁波信號(hào)所對應(yīng)的回波強(qiáng)度；所述連線是指反射體與雷達(dá)天線之間的連接線；

6、步驟s13：保持所述步驟s12的工作狀態(tài)，以所述連線為中心，控制雷達(dá)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并遍歷所需測試的方位角和俯仰角，記錄不同方位角和俯仰角對應(yīng)的電磁波信號(hào)頻率、電磁波信號(hào)的待測波束序號(hào)以及回波強(qiáng)度；

7、步驟s14：根據(jù)步驟s13得到的不同方位角和俯仰角對應(yīng)的回波強(qiáng)度繪制發(fā)射方向圖；

8、所述接收方向圖測試包括：

9、步驟s21：調(diào)整輔助天線的方位和俯仰朝向，使所述輔助天線主波束對準(zhǔn)所述反射體；調(diào)整雷達(dá)天線，使雷達(dá)天線陣面對準(zhǔn)所述反射體；

10、步驟s22：雷達(dá)向所述輔助收發(fā)機(jī)發(fā)送同步脈沖信號(hào)和觸發(fā)信號(hào)，所述輔助收發(fā)機(jī)根據(jù)所述同步脈沖信號(hào)和觸發(fā)信號(hào)依次發(fā)射不同頻率、不同波束的電磁波信號(hào)；設(shè)雷達(dá)接收到的頻率為fi的電磁波信號(hào)的波束為bj；

11、所述雷達(dá)接收、測量和記錄經(jīng)所述反射體反射的信號(hào)所在距離庫的回波強(qiáng)度prij，以及雷達(dá)天線陣面法線與所述連線之間的夾角；其中prij表示頻率為fi、波束為bj的電磁波信號(hào)所對應(yīng)的回波強(qiáng)度；

12、步驟s23：保持所述步驟s22的工作狀態(tài)，以所述連線為中心，控制雷達(dá)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并遍歷所需測試的方位角和俯仰角，記錄不同方位角和俯仰角對應(yīng)的電磁波信號(hào)頻率、電磁波信號(hào)的波束序號(hào)以及回波強(qiáng)度；

13、步驟s24：根據(jù)步驟s23得到的不同方位角和俯仰角對應(yīng)的回波強(qiáng)度繪制接收方向圖。

14、進(jìn)一步地，所述步驟s11或步驟s21中，調(diào)整雷達(dá)天線，使雷達(dá)天線陣面對準(zhǔn)所述反射體，包括：

15、獲取所述反射體和雷達(dá)的地理位置信息，并根據(jù)所述地理位置信息計(jì)算出所述連線的方位角和俯仰角；

16、根據(jù)所述連線的方位角和俯仰角調(diào)整雷達(dá)天線，使雷達(dá)天線陣面對準(zhǔn)所述反射體。

17、進(jìn)一步地，所述反射體的位置滿足以下條件：

18、r≥2d2/λ；

19、其中，r為反射體與雷達(dá)天線之間的距離或反射體與輔助天線之間的距離，d為d與l之和，d為雷達(dá)天線口徑尺寸、輔助天線口徑尺寸中較大者，l為輔助天線與雷達(dá)天線陣面中心的間距，λ為雷達(dá)工作波長。

20、進(jìn)一步地，所述反射體為金屬球，且所述金屬球滿足以下條件：

21、2πr/λ≥20，σ＝2πr；

22、其中，r為金屬球半徑，σ為金屬球的反射截面面積，λ為雷達(dá)工作波長。

23、進(jìn)一步地，在發(fā)射方向圖測試時(shí)，所述輔助天線接收到的最大電磁波功率大于輔助收發(fā)機(jī)接收靈敏度、雷達(dá)天線最大副瓣抑制絕對值以及輔助天線與輔助收發(fā)機(jī)之間系統(tǒng)損耗之和；

24、在接收方向圖測試時(shí)，所述雷達(dá)天線接收到的最大電磁波功率大于雷達(dá)靈敏度、雷達(dá)天線最大副瓣抑制絕對值以及雷達(dá)天線與輔助收發(fā)機(jī)之間系統(tǒng)損耗之和。

25、進(jìn)一步地，在發(fā)射方向圖測試時(shí)，所述輔助天線接收到的電磁波功率的計(jì)算公式為：

26、pr1＝pt1*gt1*gr1*σ*λ2/(4π)3*r4；

27、其中，pr1為輔助天線接收的電磁波功率，pt1為雷達(dá)發(fā)射功率，gt1為雷達(dá)天線的發(fā)射增益，gr1為輔助天線的接收增益，r為反射體與雷達(dá)天線之間的距離，σ為反射體的反射截面面積，λ為雷達(dá)工作波長；

28、在接收方向圖測試時(shí)，所述雷達(dá)天線接收到的電磁波功率的計(jì)算公式為：

29、pr2＝pt2*gt2*gr2*σ*λ2/(4π)3*r4；

30、其中，pr2為雷達(dá)天線接收的電磁波功率，pt2為輔助收發(fā)機(jī)發(fā)射功率，gt2為輔助天線的發(fā)射增益，gr2為雷達(dá)天線的接收增益，r為反射體與雷達(dá)天線之間的距離，σ為反射體的反射截面面積，λ為雷達(dá)工作波長。

31、進(jìn)一步地，在發(fā)射方向圖測試時(shí)，還基于所述步驟s13得到的不同方位角和俯仰角對應(yīng)的電磁波信號(hào)頻率、電磁波信號(hào)的待測波束序號(hào)以及回波強(qiáng)度確定最大回波強(qiáng)度所對應(yīng)的方位角和俯仰角；

32、在接收方向圖測試時(shí)，還基于所述步驟s23得到的不同方位角和俯仰角對應(yīng)的電磁波信號(hào)頻率、電磁波信號(hào)的波束序號(hào)以及回波強(qiáng)度確定最大回波強(qiáng)度所對應(yīng)的方位角和俯仰角。

33、有益效果

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

35、相對于傳統(tǒng)遠(yuǎn)場法直接測量方向圖，本發(fā)明所提供的一種天線收發(fā)方向圖測試方法，利用測量反射體反射的功率間接測試方向圖，發(fā)射電磁波和接收后向散射功率的雷達(dá)天線和輔助天線在同一物理位置，靈活性高且成本低。