基于内定标数据的星载合成孔径雷达天线方向图获取方法与流程

本发明涉及一种雷达卫星整星雷达载荷测试方法，特别是涉及一种基于内定标数据的星载合成孔径雷达天线方向图获取方法。

背景技术：

合成孔径雷达是一种工作在微波段的主动式遥感器。它不受日照和天气条件等因素影响，可全天时、全天候对地观测成像，因而在灾害监测、环境和海洋监测、资源勘察、农作物估产、测绘和军事等方面具有独特的应用优势，具有其它遥感器不可替代的作用。

平面有源相控阵天线由于具备发射峰值功率高、天线增益大、天线波束可赋形，且可快速切换和大角度扫描等特点，已广泛应用于星载合成孔径雷达系统中。但相控阵天线有源单机数量众多，系统构成极其复杂，在相控阵天线研制阶段主要通过天线近场测量系统对其方向图性能进行测量，对其阵面产品的状态进行确认。一般的宽带星载合成孔径雷达系统，具有信号带宽宽，工作波位多等特点。受到测试波位数量、测试频点数量以及近场测量系统测试能力等因素影响，一般相控阵天线方向图测试周期都比较长。

在相控阵天线交付整星后，其会随整星经历雷达分系统装星测试、整星力学试验、热平衡和热真空试验、emc试验、剩磁试验、与地面应用和运控系统对接试验、整星模飞测试和老练试验等整星大型测试和试验阶段。由于受到测试场地、条件，以及整星阶段研制周期等因素限制，无法在整星测试和试验各阶段，采用天线近场测量系统，对经历整星各项测试和试验的相控阵天线性能进行测试比对和确认。只能通过天线阵面有限的遥测参数对阵面产品状态进行局部监测。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于内定标数据的星载合成孔径雷达天线方向图获取方法，其能够解决传统合成孔径雷达卫星相控阵天线在整星测试各阶段方向图性能无有效验证手段的问题。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于内定标数据的星载合成孔径雷达天线方向图获取方法，其特征在于，所述基于内定标数据的星载合成孔径雷达天线方向图获取方法包括以下步骤：

步骤一，地面单机产品测试时分别获取星载合成孔径雷达天线定标网络各定标通道的幅相误差数据escalornet(f)和典型位置天线子阵方向图fmn(u,v)；

步骤二，选择合适的带宽、脉宽等雷达工作参数，在雷达系统单t/r测试定标工作模式下，逐一获取并记录天线阵面每个t/r通道的发射/接收脉冲定标信号；

步骤三，对记录的t/r通道脉冲定标信号进行脉压处理，获取阵面每个t/r通道发射/接收模式下的幅度和相位分布et/r(f)；

步骤四，将t/r通道发射/接收模式下的幅相分布et/r扣除天线定标网络幅相误差数据escalornet后，得到雷达天线阵的真实激励系数imn；

步骤五，利用不同位置处的天线子阵方向图，通过远场叠加原理，插值求解发射/接收模式下指定方向的场分布，进而获得天线阵面远场二维方向图。

优选地，所述基于内定标数据的星载合成孔径雷达天线方向图获取方法采用脉冲压缩处理后得到的天线阵面单t/r通道的幅相分布。

优选地，所述幅相误差数据escalornet(f)为经过地面处理后的中频误差数据。

优选地，所述典型位置天线子阵方向图fmn(u,v)为经过地面精细求解的天线子阵中频方向图数据。

本发明的积极进步效果在于：本发明在无天线近场测量系统的前提下实现了对相控阵天线方向图性能(近中频或带内平均)的验证测试。本发明解决了传统雷达卫星相控阵天线在整星测试各阶段方向图性能无有效考核验证手段的问题，大大提高了整星阶段雷达载荷的测试效率，缩短了整星的研制周期。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为天线距离方位坐标系的正视图。

图3为天线距离方位坐标系的倒视图。

图4为天线地面测试坐标系的示意图。

图5为32行(y)×12列(x)矩形天线方位向发射方向图反演结果示意图。

图6为32行(y)×12列(x)矩形天线距离向发射方向图反演结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明为基于内定标数据的星载合成孔径雷达天线方向图获取方法，其包括以下步骤：

步骤一，地面单机产品测试时分别获取星载合成孔径雷达天线定标网络各定标通道的幅相误差数据escalornet(f)和典型位置天线子阵方向图fmn(u,v)；

步骤二，选择合适的带宽、脉宽等雷达工作参数，在雷达系统单t/r测试定标工作模式下，逐一获取并记录天线阵面每个t/r通道的发射/接收脉冲定标信号；

步骤三，对记录的t/r通道脉冲定标信号进行脉压处理，获取阵面每个t/r通道发射/接收模式下的幅度和相位分布et/r(f)；

步骤四，将t/r通道发射/接收模式下的幅相分布et/r扣除天线定标网络幅相误差数据escalornet后，得到雷达天线阵的真实激励系数imn；

步骤五，利用不同位置处的天线子阵方向图，通过远场叠加原理，插值求解发射/接收模式下指定方向的场分布，进而获得天线阵面远场二维方向图。

本方法采用脉冲压缩处理后得到的天线阵面单t/r通道的幅相分布，这样实际求解出的单t/r通道幅相分布可认为是幅相分布的“带内均值”，求解出的方向图更接近于中频方向图或带内平均方向图。

地面反演天线方向图所用的天线定标网络各定标通道的幅相误差数据escalornet(f)为经过地面处理后的中频误差数据，这样能够减小误差。

地面反演天线方向图所用的典型位置天线子阵方向图fmn(u,v)为经过地面精细求解的天线子阵中频方向图数据，这样结果更精确。

下面以一个32行(y向)×12列(x向)矩形分布相控阵天线(天线方位向单元间隔dx＝0.6λ，距离向单元间隔dy＝0.7λ)为例，如图2至图6所示，对本发明的方法做进一步详细叙述：

建立如图2、图3所示的天线方位距离坐标系(r,a)，在该坐标系中，距离向扫描角为r(∠doe)，方位向扫描角为a(∠eop)。为便于方向图求解，常将天线方位距离坐标系(a,r)变换为(u,v)坐标系下进行，两者之间转换关系见下式(1)：

在天线地面单机测试时，分别获取32行(y向)×12列(x向)矩形分布相控阵天线定标网络各定标通道的中频幅相误差数据escalornet(f)和典型位置天线子阵中频方向图fmn(u,v)；

获取单通道定标数据：选择合适的带宽、脉宽等雷达工作参数，在雷达系统单t/r测试定标工作模式下，逐一获取并记录天线阵面每个t/r通道的发射/接收脉冲定标信号；

s4：对记录的t/r通道脉冲定标信号进行脉压处理，获取阵面每个t/r通道发射/接收模式下的幅度和相位分布矩阵et/r(f)；

s5：将t/r通道发射/接收模式下的幅相分布et/r扣除天线定标网络幅相误差数据escalornet后，得到雷达天线阵的真实激励系数imn；

利用不同位置处的天线子阵方向图，通过远场叠加原理，插值求解发射/接收模式下指定方向的场分布，进而获得天线阵面远场二维方向图(近中频或带内平均)。

图5和图6分别给出了32行(y)×12列(x)矩形相控阵天线方位向发射方向图和距离向发射方向图反演结果。

综上所述，本方法在无天线近场测量系统前提下能有效对雷达天线性能进行验证确认，填补了整星阶段雷达天线性能验证手段的空白，是对雷达载荷测试手段的有力补充。

与现有技术相比，本发明具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明的方法提出了一种基于内定标数据的星载合成孔径雷达天线方向图获取方法，在无法使用天线方向图近场测量系统的前提下，利用雷达天线单t/r通道发射/接收定标数据、天线定标网络中频幅相误差数据，以及典型位置天线子阵中频方向图和，反演雷达天线近中频(或带内平均)方向图性能。

(2)本发明的方法填补了雷达卫星整星阶段各项大型测试和试验前后，在无法使用天线近场测量系统时，相控阵天线性能测试和验证手段的空白，完善了整星阶段雷达载荷的验证和测试手段。

(3)本发明方法同样适用于后续所有具有单t/r定标工作模式的雷达卫星相控阵天线，在整星各阶段的性能验证测试。

综上所述，采用本发明方法，可以从根本上解决整星阶段各项大型试验前后，在无法使用天线近场测量系统时，雷达天线性能验证和测试手段缺乏的问题，是对整星阶段雷达载荷测试和验证手段的强有力补充。本发明对及时准确获取整星各项大型测试和试验前后，相控阵天线性能变化情况和产品工作状态具有极其显著效果。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。