一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法与流程

本发明涉及测量测试，具体涉及一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法。

背景技术：

1、星载相控阵气象雷达是对云、降水等气象要素进行精确定量测量的主动微波遥感仪器，对仪器自身参数的准确性与稳定性都提出了很高的要求。发射前在地面对雷达收发链路进行严格、充分的测试与精确收发全链路增益波动-温度曲线标定，是保证雷达在轨稳定、可靠、高精度定量测量的关键。

2、通常雷达系统收发全链路温度-增益波动定标是根据在地面对tr组件、驱动放大器、微波通道等收发链路中各级单机自身的温度-增益波动标定试验结果进行分析得到的，属于间接测试，且涉及环节较多，测试定标方法还有待进一步改善。

技术实现思路

1、本发明是为了解决星载相控阵气象雷达标定的问题，提供一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法，采用在相控阵雷达内定标网络耦合输出给地面回波模拟器构成闭环回路的测试方法，实现对雷达收发全链路增益波动的测试，同时在整机热真空试验中，实现对雷达收发全链路增益波动的标定，获得雷达收发全链路温度-增益波动的标定曲线，为雷达在轨温度补偿提供有效定标数据，并且对雷达在高低温下等效接收天线波束宽度、峰值旁瓣进行有效定量评估，对收发双程天线方向图进行定性评估。

2、本发明提供一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法，包括以下步骤：

3、s1、构建星载相控阵气象雷达闭环测试环路，将星载相控阵气象雷达中的各天线单元与内定标网络连接，将内定标网络的公共端与耦合器的a口连接，将耦合器的c口通过电缆与回波模拟器连接；

4、s2、标定出内定标网络各个支路之间的相对幅度和相位，并将内定标网络支路间的幅度差和相位差存储在星载相控阵气象雷达的雷达控制和处理器内；

5、s3、将包含内定标网络、耦合器的星载相控阵气象雷达置于真空罐中，雷达控制和处理器将补偿修订后的波控码下发给tr组件；开始进行全链路增益波动测试与定标，回波模拟器通过耦合器、内定标网络接收星载相控阵气象雷达的发射信号并进行延时转发，反馈给耦合器并通过内定标网络进入星载相控阵气象雷达的接收链路；调节真空罐的温度进行不同温度点的测试，得到雷达温度-增益波动关系，并根据试验前测得的雷达与回波模拟器间测试电缆的温度-增益波动曲线修订电缆带来的影响，得到雷达收发全链路温度-增益波动曲线的标定结果。

6、s4、进行雷达接收等效天线波束宽度、旁瓣等性能的评估，回波模拟器工作于单发射状态、输出一个固定强度的信号并通过耦合器、内定标网络、天线单元输出至tr组件，各tr组件根据雷达控制和处理器下发修正后的波控码对输入信号进行不同增益的低噪声放大和相移后输出至星载相控阵气象雷达的功分网络，通过星载相控阵气象雷达波束的扫描得到雷达等效接收方向图；一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法完成。

7、本发明所述的一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法，作为优选方式，步骤s2中，根据内定标网络各通道的相对幅度和相位数据计算得到补偿修订码并存储在雷达控制和处理器中；在雷达控制和处理器下发各波位的波控码前，将补偿修订码与原波控码进行求和计算，生成补偿修订后波控码并下发给各个tr组件以修正内定标网络各通道的幅度和相位不一致性。

8、本发明所述的一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法，作为优选方式，

9、步骤s2中，tr组件为饱和输出，仅对收/发相位和接收幅度进行修订。

10、本发明所述的一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法，作为优选方式，步骤s3包括以下步骤：

11、s31、对星载相控阵气象雷达与回波模拟器之间的射频电缆进行温度-增益波动标定试验，得到所述测试电缆的温度-增益波动特性曲线；

12、s32、星载相控阵气象雷达处于常规工作模式下，雷达控制和处理器将补偿修订后波控码并下发给各个tr组件；

13、s33、雷达控制和处理器产生中频上行信号，经微波通道的上行信道进行变频、滤波、放大后输出给发射驱动放大器，发射驱动放大器进行功率放大后输入给功分网络，经功分网络分路后送给各tr组件，各tr组件对输入信号进行不同的功率放大并根据补偿修订后波控码要求进行相位调整，经馈线输入给各个天线单元，信号一部分能量辐射至空间、另一部分能量经天线单元负载端连接的内定标网络合成后输出至耦合器，耦合器将耦合信号通过电缆输出给回波模拟器；

14、s34、回波模拟器收到耦合信号后进行放大、延时、转发并通过耦合器c口、a口馈入内定标网络的公共口，信号经过内定标网络分路后从天线单元负载端送入天线并经馈线后送给tr组件，各tr组件根据雷达控制和处理器下发的补偿修订后波控码对输入信号进行不同增益的低噪声放大和相移后输出给功分网络，功分网络进行合成后依次输出至接收驱动放大器、下行信道进行信号放大、变频、滤波处理后输出给雷达控制和处理器，雷达控制和处理器接收信号并进行信号处理后输出回波信号强度；

15、s35、调节真空罐的温度，返回步骤s32，直至全部温度点测试完成得到雷达温度-增益波动关系标定结果，并根据测试电缆的温度-增益波动特性曲线进行修订，得到雷达收发全链路温度-增益波动曲线的标定结果。

16、本发明所述的一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法，作为优选方式，还包括步骤s36：

17、s36、将不同扫描角下的回波信号强度绘制成曲线，得到雷达等效的收发双程天线方向图，通过不同温度点下的测试与定标，可对雷达收发双程方向图的高低温下性能进行定性评估。

18、本发明所述的一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法，作为优选方式，雷达等效的收发双程天线方向图可用于对雷达收发双程天线方向图的波束、主瓣附近的旁瓣性能进行定性评估。

19、本发明所述的一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法，作为优选方式，步骤s4中，不同波位下雷达控制和处理器输出的信号幅度变化曲线可等效为雷达接收天线方向图。

20、本发明所述的一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法，作为优选方式，星载相控阵气象雷达包括依次电连接的天线单元、tr组件、功分网络，与功分网络均电连接的发射驱动放大器、接收驱动放大器，与发射驱动放大器电连接的上行信道，与接收驱动放大器电连接的下行信道和与上行信道、下行信道均电连接的雷达控制和处理器。

21、本发明所述的一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法，作为优选方式，还包括与耦合器b入口相连的内定标单元，内定标单元与上行信道和下行信道电连接，内定标单元为多选一开关组，内定标单元将耦合器的b口与上行信道、所述下行信道或匹配负载电连接。

22、本发明所述的一种星载相控阵气象雷达全链路增益波动测试与定标方法，作为优选方式，步骤s4也在真空罐中通过进行不同温度点的测试完成。

23、本发明包括以下步骤：

24、(1)在相控阵气象雷达内定标网络的公共端配置耦合器，提取部分信号能量送至雷达回波模拟器，构成测试环路，实现对雷达收发全链路增益波动的测试与标定；

25、(2)在雷达控制和处理器中，增加各通道幅度相位补偿寄存器，用于补偿内定标网络中各支路相位和幅度(幅度补偿仅针对雷达接收)不一致性；

26、(3)雷达处于常规工作模式下，雷达各tr组件发射信号经内定标网络合成后经耦合器耦合输出送给雷达回波模拟器，雷达模拟器接收该信号，并延时转发给雷达内部的耦合器，回波信号经内定标网馈给各tr组件接收，经雷达功分网络、接收驱动放大器、微波通道后送给雷达控制和处理器，雷达控制和处理器进行信号处理输出回波强度信息，实现雷达收发全链路增益测试；根据雷达输出回波幅度的波动实现雷达常温下收发链路增益稳定性测试和高低温条件下的温度-增益波动关系，并根据雷达与回波模拟器间电缆的温度-增益波动的标定曲线进行修订，获得雷达收发全链的温度-增益波动定标曲线；同时根据不同波位下信号的强度信息，对等效收发双程天线方向图在不同温度下的性能进行定性的评估；

27、(4)雷达处于常规工作模式下，回波模拟器输出固定功率的信号，通过分析不同波位下雷达输出信号强度的大小，实现对等效接收天线方向图宽度、峰值旁瓣等相关特性进行常温和高低温条件下的定量评估。

28、本发明的技术解决方案是：

29、在雷达内定标网络的公共端配置耦合器，耦合器c口输出通过电缆与回波模拟器相连。在进行雷达收发链路测试与定标前，先提前标定出内定标网络各个支路之间的相对幅度和相位，并将内定标网络支路间的幅度差和相位差存储在雷达控制和处理器内。在进行雷达收发链路测试与定标时，雷达工作于常规工作模式下，雷达控制和处理器首先根据事先存储的内定标网络各通道间幅度和相位差对发射波控码、接收波控码进行补偿，然后下发给tr组件。雷达内各tr组件输出的信号通过内定标网络合成后经耦合器c口输出给回波模拟器。回波模拟器收到该信号后，对其进行延时转发。转发后的信号通过耦合器的c口馈入耦合器和内定标网络的公共口，信号经过内定标网络分路后从天线负载端送入各天线单元，经馈线后送给tr组件，各tr组件根据处理器下发的波控码对输入的信号进行不同增益的低噪声放大和相移后送给功分网络，功分网络合成后经接收驱动放大器、微波通道送给雷达控制和处理器，雷达控制和处理器进行信号处理，输出回波信号强度，实现系统链路收发增益的闭环测试。

30、同时由于雷达波束在进行扫描，不同波位下回波强度的变化可等效为雷达的收发双程天线方向图。但是由于雷达内tr组件采用饱和输出，内定标网络各支路之间的相对幅度误差不能通过波控码补偿，使得发射方向图在偏离主瓣较远处的旁瓣恶化，而主瓣附近的旁瓣影响很小，对天线波束宽度几乎无影响，因此对收发双程天线方向图特性具有一定的评估意义。

31、为了对雷达接收天线性能进行有效评估，令回波模拟器工作于单发射状态，即回波模拟器输出一个固定强度的信号(与雷达发射信号强度无关)，馈入雷达耦合器的耦合口c，通过内定标网络及各天线单元，进入雷达接收链路。通过雷达波束的扫描可以得到雷达的等效接收方向图，可对雷达的接收天线的波束宽度、天线旁瓣等进行相对直观的有效定量评估。

32、雷达在轨工作于真空条件，并且随着外热流及雷达内部热控材料衰变等因素的影响，雷达工作温度存在波动，造成雷达的收发链路增益的波动，带来测量误差。因此需要在地面模拟空间环境标定出雷达收发链路的温度-增益波动曲线。

33、该标定试验在真空罐内完成。根据热仿真结果，设置雷达温度边界，按照一定的温度间隔进行遍历。在各个温度点上采用上述方法对雷达收发链路增益进行测试，获得温度-增益波动关系，并根据雷达与回波模拟器间电缆温度-增益波动的标定曲线进行修订，获得雷达全链的增益波动-温度定标曲线；同时对收发双程天线方向图进行定性评估，对等效接收方向图进行定量评估。

34、本发明具有以下优点：

35、(1)在相控阵气象雷达内定标网络的公共端配置耦合器，提取部分信号能量送至雷达回波模拟器，构成测试环路，实现对雷达收发全链路增益波动的测试与标定，与各单机单独标定相比更接近于实际工作状态，覆盖的环节更多，提高定标精度和定标效率；

36、(2)通过补偿消除内定标网络各支路间的幅度、相位不一致性，可在真空环境中不同温度条件下对等效接收天线方向图的波束宽度、天线旁瓣等指标做定量评估；

37、(3)通过补偿消除内定标网络各支路间的幅度相位不一致性，可在真空环境中不同温度条件下对收发双程天线方向图进行定性评估。