一种天线波束指向测试方法与流程

本发明涉及雷达探测技术领域，具体涉及一种天线波束指向测试方法。

背景技术：

雷达通过天线发射电磁波来探测目标，天线波束指向的正确性直接影响目标探测威力、探测精度和空域覆盖。雷达在方位上采用机械扫描实现全空域覆盖，在俯仰方向通过对天线上各发射、接收单元进行移相来实现天线波束指向的调整，从而实现较大范围空域的覆盖。频率捷变雷达可在多个工作频点间进行快速切换。工作时，可在脉组间快速调整工作频点和俯仰波束指向。当部分或全部移相单元不工作，将直接影响天线波束指向的正确性，影响雷达探测威力、探测精度和空域覆盖。通常，雷达天线方向图的测试需要在专用的微波暗室完成，在外场进行测试也需要较完善的测试场地、测试仪器和设备，测试难度大、周期长、成本高。在雷达产品交付后的日常维护及周期性维护中，需要一种高效、易行的测试方法来检验天线波束指向的正确性，保证雷达整机的功能、性能正常。

技术实现要素：

本发明提供一种天线波束指向测试方法，通过高效、易行的测试方法来检验天线波束指向的正确性，保证雷达整机的功能、性能正常。

本发明的技术方案如下：

本发明实施例提供一种天线波束指向测试方法，包括：

雷达分别在第一条件和第二条件下对目标进行凝视探测，从目标回波数据中获取回波幅度值；所述第一条件包括设定的工作频点下和俯仰波束指向扫描模式；所述第二条件包括预设俯仰波束指向和捷变频模式；

将在所述第一条件和所述第二条件下获取的回波幅度值与预设标准库中天线波束指向满足雷达使用要求时相同条件下的回波幅度值进行比对；

若所述第一条件和所述第二条件下的比对结果均为相同，则天线波束指向满足雷达使用要求。

更进一步地，所述预设标准库的建立，包括：

在第一条件下测试天线波束指向是否满足雷达使用要求；

在第二条件下测试天线波束指向是否满足雷达使用要求；

若在所述第一条件和所述第二条件下对天线波束指向的测试结果均满足雷达使用要求，则记录满足雷达使用要求的第一条件与回波幅度值的对应关系，以及满足雷达使用要求的第二条件与回波幅度值的对应关系，作为预设标准库。

更进一步地，所述在第一条件下测试天线波束指向是否满足雷达使用要求，包括：

雷达在设定的工作频点下以俯仰波束指向扫描模式对目标进行凝视探测，从目标回波数据中获取回波幅度值；

计算俯仰波束指向扫描模式下各俯仰波束指向的计算值；

计算俯仰波束指向扫描模式下各俯仰波束指向的计算值与实测值之间的误差，若所述误差均不超过第一门限，则第一条件下对天线波束指向的测试结果为满足雷达使用要求。

更进一步地，所述计算俯仰波束指向扫描模式下各俯仰波束指向的计算值，采用如下公式进行计算：

θn＝arcsin(h/ln)

其中，θn为第n个俯仰波束指向an的计算值，h为目标飞行高度，ln为第n个俯仰波束指向an的回波幅度最大值所对应的目标探测距离。

更进一步地，所述第一门限的取值范围为天线俯仰波束宽度的2％～4％。

更进一步地，所述计算俯仰波束指向扫描模式下各俯仰波束指向的计算值与实测值之间的误差，采用如下公式进行计算：

δ＝|θn-an|

其中，△为俯仰波束指向的计算值与实测值之间的误差，an为第n个俯仰波束指向，θn为第n个俯仰波束指向an的计算值。

更进一步地，所述在第二条件下测试天线波束指向是否满足雷达使用要求，包括：

雷达在预设俯仰波束指向上以捷变频模式对目标进行凝视探测，从目标回波数据中获取回波幅度值；

从目标回波数据中提取雷达在不同工作频点时的目标方位角数据，并计算雷达在不同工作频点时的目标方位角数据的均值及标准差；

判断每两个均值之间的差值是否均不超过第二门限，以及每两个标准差之间的差值是否均不超过第三门限；

若每两个均值之间的差值均不超过第二门限，且每两个标准差之间的差值均不超过第三门限，则第二条件下对天线波束指向的测试结果为满足雷达使用要求。

更进一步地，所述雷达在预设俯仰波束指向上以捷变频模式对目标进行凝视探测，从目标回波数据中获取回波幅度值之前，还包括：选取预设俯仰波束指向和目标飞行距离范围，选取条件包括：

目标飞行距离范围为d0～d1，且d0≤d1，使得a+θ俯仰/2≥arcsin(h/d0)且a-θ俯仰/2≤arcsin(h/d1)，其中，a为预设俯仰波束指向，h为目标飞行高度，d0为目标飞行距离下限，d1为目标飞行距离上限，天线俯仰波束指向宽度θ俯仰＝arcsin(h/l)，l为预设俯仰波束指向a的回波幅度最大值所对应目标探测距离。

更进一步地，所述第二门限的取值范围为天线方位波束宽度的2％～4％。

更进一步地，所述第三门限的取值为天线方位波束宽度的5％。

本发明提供了一种高效、易行的天线波束指向测试方法，来检验天线波束指向的正确性，保证雷达整机的功能、性能正常，无需额外的专用测试设备，即可对天线波束指向进行测试；操作简单、快捷、高效，降低了设备外场测试、保障的成本；适用范围广，可广泛用于各类雷达天线波束指向的测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的天线波束指向测试方法流程图；

图2是本发明实施例提供的预设标准库的建立流程图；

图3是本发明实施例提供的在第一条件下测试天线波束指向是否满足雷达使用要求流程图；

图4是本发明实施例提供的在第二条件下测试天线波束指向是否满足雷达使用要求流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例提供一种天线波束指向测试方法，在使用外场简单的保障条件，不需要专用仪器设备的情况下，通过对雷达点迹数据的分析，实现对天线波束指向的测试及初步的故障判断，为雷达的工作状态和故障诊断提供有益参考。

本发明实施例提供一种天线波束指向测试方法，如图1所示，包括：

步骤s1、雷达分别在第一条件和第二条件下对目标进行凝视探测，从目标回波数据中获取回波幅度值。

具体地，第一条件包括设定的工作频点下和俯仰波束指向扫描模式；第二条件包括预设俯仰波束指向和捷变频模式。

雷达在第一条件下对目标进行凝视探测，从目标回波数据中获取回波幅度值，可以包括：

(1)天线俯仰波束宽度记为θ俯仰(由天线设计参数决定)，设置雷达工作于固定的工作频点f，设置雷达工作于俯仰波束指向扫描模式即俯仰方向波束指向在a1\a2\...…\an间轮流切换；

(2)雷达开机，在设定的工作频点f下以俯仰波束指向扫描模式对目标进行凝视探测，目标飞行高度记为h；

(3)雷达获取目标回波数据并通过雷达终端存储(由于凝视探测的目标数据率较高，因此存储数据样本量大)，从目标回波数据中提取回波点迹信息，从提取到的回波点迹信息中获取回波幅度值，回波幅度值为回波强度的量化值。

雷达在第二条件下对目标进行凝视探测，从目标回波数据中获取回波幅度值，可以包括：

(1)记天线方位波束宽度为θ方位，选择工作频点f1\f2…\fm，使雷达工作于捷变频模式；

(2)雷达开机，雷达在预设俯仰波束指向a上以捷变频模式对目标进行凝视探测，目标飞行高度记为h；

(3)雷达获取目标回波数据并通过雷达终端存储(由于凝视探测的目标数据率较高，因此存储数据样本量大)，从目标回波数据中提取回波点迹信息，从提取到的回波点迹信息中获取回波幅度值。

步骤s2、将在第一条件和第二条件下获取的回波幅度值与预设标准库中天线波束指向满足雷达使用要求时相同条件下的回波幅度值进行比对。

具体地，预设标准库中存储有天线波束指向满足雷达使用要求的数据，包括天线波束指向满足雷达使用要求时的第一条件下的回波幅度值和第二条件下的回波幅度值。将第一条件下获取的回波幅度值与预设标准库中存储的天线波束指向满足雷达使用要求时第一条件下的回波幅度值进行比对，将第二条件下获取的回波幅度值与预设标准库中存储的天线波束指向满足雷达使用要求时第二条件下的回波幅度值进行比对。

步骤s3、若第一条件和第二条件下的比对结果均为相同，则天线波束指向满足雷达使用要求。

具体地，第一条件获取的回波幅度值、第二条件下获取的回波幅度值均与预设标准库中相同条件下的回波幅度值相同，则当前天线波束指向满足雷达使用要求。

通过本实施例的方法，在对雷达的周期性维护中，通过将新获取的的回波幅度值与预设标准库中存储的回波幅度值对比分析，来测试天线波束指向是否正常，可高效、便捷地判断雷达的功能、性能是否有异常。

如图2所示，上述预设标准库的建立流程包括：

步骤s21、在第一条件下测试天线波束指向是否满足雷达使用要求。

如图3所示，在第一条件下测试天线波束指向是否满足雷达使用要求，可以进一步包括：

步骤s211、雷达在设定的工作频点下以俯仰波束指向扫描模式对目标进行凝视探测，从目标回波数据中获取回波幅度值。

具体地，雷达工作在设定的工作频点f下，以俯仰波束指向扫描模式对目标进行凝视探测，俯仰波束指向扫描模式，即俯仰方向波束指向在a1\a2\......\an间轮流切换，俯仰波束指向方向a1上回波幅度最大值所对应的目标距离为l1，以此类推，俯仰波束指向方向an上回波幅度最大值所对应的目标距离为ln。雷达获取目标回波数据，从中提取回波点迹信息，从回波点迹信息中获取目标探测距离与回波幅度值，绘制目标探测距离-回波幅度图。

步骤s212、计算俯仰波束指向扫描模式下各俯仰波束指向的计算值。

具体地，计算俯仰波束指向扫描模式下各俯仰波束指向的计算值，采用如下公式进行计算：

θn＝arcsin(h/ln)

其中，θn为第n个俯仰波束指向an的计算值，h为目标飞行高度，ln为第n个俯仰波束指向an的回波幅度最大值所对应的目标探测距离。

步骤s213、计算俯仰波束指向扫描模式下各俯仰波束指向的计算值与实测值之间的误差△，若该误差△均不超过第一门限a(△≤第一门限a)，则第一条件下对天线波束指向的测试结果为满足雷达使用要求。

具体地，计算俯仰波束指向扫描模式下各俯仰波束指向的计算值与实测值之间的误差，采用如下公式进行计算：

δ＝|θn-an|

其中，△为俯仰波束指向的计算值与实测值之间的误差，an为第n个俯仰波束指向，θn为第n个俯仰波束指向an的计算值。

第一门限的取值范围为天线俯仰波束宽度θ俯仰的2％～4％。

步骤s22、在第二条件下测试天线波束指向是否满足雷达使用要求。

如图4所示，在第二条件下测试天线波束指向是否满足雷达使用要求，可以进一步包括：

步骤s221、雷达在预设俯仰波束指向上以捷变频模式对目标进行凝视探测，从目标回波数据中获取回波幅度值；

具体地，捷变频模式下雷达工作在工作频点f1\f2…\fm下，以预设俯仰波束指向对目标进行凝视探测，雷达获取目标回波数据，从中提取回波点迹信息，从回波点迹信息中获取目标探测距离与回波幅度值，绘制目标探测距离-回波幅度图。

步骤s221之前，还可以包括：选取预设俯仰波束指向和目标飞行距离范围，选取条件包括：

选择合适的目标飞行距离范围为d0～d1，且d0≤d1，使得a+θ俯仰/2≥arcsin(h/d0)且a-θ俯仰/2≤arcsin(h/d1)，其中，a为预设俯仰波束指向，h为目标飞行高度，d0为目标飞行距离下限，d1为目标飞行距离上限，天线俯仰波束指向宽度θ俯仰＝arcsin(h/l)，l为预设俯仰波束指向a的回波幅度最大值所对应目标探测距离。也就是说，需要根据目标飞行高度预设合适的俯仰指向波束，或根据预设俯仰波束指向选择合适的飞行高度。

步骤s222、从目标回波数据中提取雷达在不同工作频点时的目标方位角数据，并计算雷达在不同工作频点时的目标方位角数据的均值α1...αm及标准差s1...sm，分别记为数组α＝{α1，α2，…，αm}，记数组s＝{s1，s2，…，sm}。其中的目标方位角数据为使用和差比幅测角算法处理后的目标方位角数据。

步骤s223、判断每两个均值之间的差值是否均不超过第二门限b，以及每两个标准差之间的差值是否均不超过第三门限c。

具体地，计算数组α中的两两元素间的差值和数组s中的两两元素间的差值。第二门限b的取值范围为天线方位波束宽度θ方位的2％～4％。第三门限c的取值为天线方位波束宽度θ方位的5％。

步骤s224、若每两个均值之间的差值均不超过第二门限b，且每两个标准差之间的差值均不超过第三门限c，则第二条件下对天线波束指向的测试结果为满足雷达使用要求。

具体地，若数组α中的两两元素间的差值均≤第二门限b，且数组s中的两两元素间的差值均≤第三门限c，则第二条件下对天线波束指向的测试结果为满足雷达使用要求。

步骤s23、若在第一条件和第二条件下对天线波束指向的测试结果均满足雷达使用要求，则记录满足雷达使用要求的第一条件与回波幅度值的对应关系，以及满足雷达使用要求的第二条件与回波幅度值的对应关系，作为预设标准库。

其中，满足雷达使用要求的第一条件与回波幅度值的对应关系为：设定的工作频点、俯仰波束指向扫描模式中的各俯仰波束指向与回波幅度值的对应关系；满足雷达使用要求的第二条件与回波幅度值的对应关系为：预设俯仰波束指向、捷变频模式中的各工作频点与回波幅度值的对应关系。

本发明实施例所提供的天线波束指向测试方法，可广泛适用于各种天线波束指向测试，包括但不限于：俯仰采用电扫的有源相控阵天线测试，采用和、差波束比幅测角的天线测试，频率捷变雷达的天线波束指向测试，固定阵地架设雷达的周期性维护测试，雷达整机功能、性能的测试，该方法中所提及的目标包括但不限于无人机目标，也可选择有真值来源的其它空中动目标。采用凝视探测方法能够保证数据样本有足够的数据量及可靠性，排除长时间数据采集过程中环境因素的影响。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。