一種短波規(guī)模天線陣方向圖的自動測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種短波規(guī)模天線陣方向圖的自動測試方法，包括如下步驟：（1）取2作為最小測試距離,其中，R為待測天線與信號源之間的距離，D為天線陣最大孔徑，λ為工作波長；測試軌跡為逐漸升高半徑逐漸縮短的同心圓圈；（2）將測試場強數(shù)據(jù)與空間GPS方位數(shù)據(jù)結(jié)合起來，并對干擾和噪聲信號進行剔除，最后通過算法反演推算出整體方向圖。本發(fā)明所公開的自動測試方法，整個系統(tǒng)采用無線電通訊手段對測試過程全程遙控、提高了測試效率，實現(xiàn)了以往人力測試無法達到的功能。同時，自動化設(shè)備的介入，降低了人力測試造成的誤差，提高了準確性和精度。
【專利說明】一種短波規(guī)模天線陣方向圖的自動測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域里的一種短波規(guī)模天線陣方向圖的自動測試方法。

【背景技術(shù)】
[0002]天線的方向圖參數(shù)是天線重要的指標參數(shù)之一，它給出了天線發(fā)射時離天線固定的距離上輻射隨角度的變化，表示了一個天線的輻射功率密度的峰值比輻射功率圍繞天線平均分布時的功率密度大多少。方向圖體現(xiàn)了天線輻射場的特征，對天線方向圖的測量，能夠準確的把握實際天線的空間輻射特性。
[0003]短波天線陣跟我們常見的天線系統(tǒng)陣列相比較而言，其尺寸和規(guī)模都較大。常見的3?30MHz的短波天線陣，陣地本身直徑就有一百多到兩百米，滿足其遠場測試條件的空間位置，距離其陣中心也有一兩公里，其垂直面輻射最大仰角處則離地數(shù)百米至上千米，對于仰角高的天線，距離更高。這些固有條件造成了短波天線方向性測試的難度。
[0004]常用的測試方法分為系留懸浮物測試和自由飛行物測試兩大類。這兩類測試方法的原理相同，都是將測試設(shè)備提升到空間遠場的某個位置，通過和地面測試設(shè)備的配合來完成天線方向性的測試。其區(qū)別在于:前者采用的升空裝置自身沒有動力裝置，依靠氣球、飛艇內(nèi)部裝載的密度較輕的氣體如氫氣和氦氣所產(chǎn)生的浮力將測試設(shè)備提升到指定位置，測試過程中位置相對固定。如果需要改變其位置，地面人員和設(shè)備將其牽引移動到指定位置；而自由飛行物自身有動力裝置，可以自主移動到空間所需位置。
[0005]系留懸浮物測試又分為系留氣球和系留飛艇測試兩種，系留氣球和飛艇的區(qū)分主要在于其結(jié)構(gòu)形式復雜程度不同，飛艇具有控制和推進飛行狀態(tài)的裝置，這些裝置用于控制飛艇的航向、俯仰的空中穩(wěn)定性；而氣球本身不具備這些裝置，同時，飛艇體積一般較氣球大很多。由于氫氣穩(wěn)定性較差，遇熱或者遇到明火容易爆炸，十分危險，現(xiàn)在升空氣球和飛艇內(nèi)部都填充氦氣。
[0006]由于體積差別較大，氣球與飛艇升空高度和載重質(zhì)量大小也差別較大，相比較而言，系留飛艇的升空高度和空中姿態(tài)的穩(wěn)定性以及能裝載設(shè)備的重量都要優(yōu)于系留氣球。但是，系留飛艇的升空高度也是有限的，對于較高仰角天線的測試也難以完成。在我們實際測試中，一個30立方的系留飛艇，在無風或微風情況下，海拔200米、載重1kg時，升空高度僅在兩百米左右。
[0007]自由飛行物測試分為載人飛艇、飛機測試和無人機測試。載人飛艇、飛機是采用飛行員駕駛動力飛行物進行測試的方式，飛行路徑可人為控制，但是此類測試方法最大的缺點是:在測試發(fā)射天線陣的時候，發(fā)射陣產(chǎn)生的電磁波很容易對載人飛艇、飛機的動力系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，影響飛艇姿態(tài)的穩(wěn)定性以及起飛降落，甚至熄火，有一定的安全隱患。在實際測試中，也出現(xiàn)過這樣的事故。
[0008]國內(nèi)大型短波天線陣方向性的測試，所完成的測試，其技術(shù)水平還未達到全方位測試的需求，而且，技術(shù)手段單一，受各種條件制約較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種短波規(guī)模天線陣方向圖的自動測試方法。
[0010]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]一種短波規(guī)模天線陣方向圖的自動測試方法，包括如下步驟:
[0012](I)取2D2/λ作為最小測試距離，其中，R為待測天線與信號源之間的距離，D為天線陣最大孔徑，λ為工作波長；測試軌跡為逐漸升高半徑逐漸縮短的同心圓圈；
[0013](2)將測試場強數(shù)據(jù)與空間GPS方位數(shù)據(jù)結(jié)合起來，并對干擾和噪聲信號進行剔除，最后通過算法反演推算出整體方向圖。
[0014]在上述的步驟(2)中，可以采取待測天線波束合成方式。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:
[0016]本發(fā)明所公開的自動測試方法，整個系統(tǒng)采用無線電通訊手段對測試過程全程遙控、提高了測試效率，實現(xiàn)了以往人力測試無法達到的功能。同時，自動化設(shè)備的介入，降低了人力測試造成的誤差。測試數(shù)據(jù)與方位信息同時通過數(shù)傳電臺傳送到主控計算機上，便于實時數(shù)據(jù)處理。整個系統(tǒng)自動化程度高，針對不同形式的天線陣列，選擇不同的測試距離方位和方法，更準確的根據(jù)不同極化情況下對天線進行測試。采用精確的算法對所得數(shù)據(jù)進行處理，降低誤差影響，提高測量精度。提出一種易于實現(xiàn)、相對簡便的測試短波天線方向性的方法。實現(xiàn)了大規(guī)模短波天線陣測試的可行性和可操作性，而且實現(xiàn)了天線陣列測試的實時性。根據(jù)不同形式的天線，有不同的數(shù)據(jù)采集路徑方法，對采集的數(shù)據(jù)通過相應的算法進行誤差估計處理，降低測試誤差率，提高測試精度。
[0017]由于該專利具有自動化、實時性、高精度的優(yōu)點，可以應用于電磁測試測量等領(lǐng)域，對目前主流的各類較難測試的大型短波超短波陣列方向性均可完成測試，該測試方法簡便迅速、高效智能，能夠滿足某些人員難以到達區(qū)域電磁監(jiān)測的需求，如危險環(huán)境等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實施例1所公開的方法所使用的機載天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實施例1所公開的強方向性待測天線陣的示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明實施例1所公開方法中的飛行軌跡示意圖。

【具體實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]實施例1，本實施例公開了一種短波規(guī)模天線陣方向圖的自動測試方法，包括以下步驟:
[0023]步驟A:天線測試系統(tǒng)的構(gòu)成；
[0024]步驟B:全自動實時測試系統(tǒng)；
[0025]步驟C:數(shù)據(jù)處理擬合方法；
[0026]其中，所述步驟A具體包括:
[0027]步驟Al:輔助天線的設(shè)計；
[0028]步驟A2:接收天線及空間定位裝置；
[0029]其中，所述步驟B具體包括:
[0030]步驟B1:天線測試自動記錄系統(tǒng)；
[0031]步驟B2:實時通訊系統(tǒng)；
[0032]其中，所述步驟C具體包括:
[0033]步驟Cl:陣列方向圖擬合；
[0034]步驟C2:測試數(shù)據(jù)判斷、誤差處理方法。
[0035]具體的說，本實施例的技術(shù)方案為:無人機實時自動測試法。該方法涵蓋以下幾個方面:
[0036]機載天線和通訊系統(tǒng)的設(shè)計；
[0037]測試方位及方位軌跡選定方法；
[0038]數(shù)據(jù)處理擬合方法。
[0039]其中，機載天線和通訊系統(tǒng)設(shè)計:
[0040]由于無人機姿態(tài)的局限性，大多數(shù)情況下，一般采用弱方向性的天線作為機載天線，這樣，機載天線接收或者發(fā)射信號的強度受飛機傾斜顛簸的影響較小。同時，機載天線需要滿足重量輕尺寸小的特點，以滿足升空的要求。本專利采用的機載天線形式為無源雙環(huán)天線，天線形式如圖1所示。機載天線和地面之間的通訊主要用于實時傳輸測試數(shù)據(jù)及對機載設(shè)備的遙控。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要有:
[0041]天線空間方位信息
[0042]天線所接收/發(fā)射信號強度
[0043]機載發(fā)射/接收機狀態(tài)信息。
[0044]控制指令主要有:
[0045]無人機姿態(tài)控制，包括速度軌跡等。
[0046]機載發(fā)射機/接收機頻率調(diào)整及開關(guān)機控制。
[0047]整個系統(tǒng)通訊采用加密數(shù)傳電臺完成。
[0048]其中，測試方位及方位軌跡選定方法:
[0049]A)最小測試距離選擇
[0050]不同的測試內(nèi)容，最小測試距離也有所不同。由于接收天線和發(fā)射天線方向圖測試的互易性，我們通過接收天線的方向圖測試方法得出發(fā)射天線測試的最小距離。當天線陣波束合成掃描時，其輻射場呈現(xiàn)強方向性態(tài)勢，其他狀態(tài)為弱方向性，針對這兩種情況我們分別分析如下:
[0051]強方向性待測天線陣
[0052]如圖2所示，電尺寸較小的弱方向性源天線S所輻射的電磁波可視為球面波，經(jīng)距離r到達孔徑最大尺寸為D的待測天線陣時，到達中心O點與邊緣A點射線之行程差為Ar，由幾何關(guān)系，有:
[0053](r + Ar) =r2 +{^-
⑵.......................⑴

【權(quán)利要求】
1.一種短波規(guī)模天線陣方向圖的自動測試方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)取2D2/λ作為最小測試距離，其中，R為待測天線與信號源之間的距離，D為天線陣最大孔徑，λ為工作波長；測試軌跡為逐漸升高半徑逐漸縮短的同心圓圈； (2)將測試場強數(shù)據(jù)與空間GPS方位數(shù)據(jù)結(jié)合起來，并對干擾和噪聲信號進行剔除，最后通過算法反演推算出整體方向圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波規(guī)模天線陣方向圖的自動測試方法，其特征在于:在上述的步驟(2)中，可以采取待測天線波束合成方式。
【文檔編號】G01R29/10GK104133121SQ201410325654
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】朱文軍, 何紹林, 朱金鵬, 鄧冀云 申請人:中國電子科技集團公司第二十二研究所