周鋒　衛(wèi)學(xué)新　丁迪

摘??要：近年來，隨著計算機(jī)信息技術(shù)、電子科技的發(fā)展與應(yīng)用，促進(jìn)了相控陣天線系統(tǒng)的發(fā)展。數(shù)字化相控陣天線具有高分辨率、抗干擾性好、搜索速度快、可靠性高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在相控陣?yán)走_(dá)工作中，可以實現(xiàn)多功能雷達(dá)探測工作。本文主要闡述了數(shù)字化相控陣天線的發(fā)射方向圖測試和接受方向圖測試兩種方法，并基于數(shù)字化相控陣天線工作需求，設(shè)計一種數(shù)字化相控陣天線多任務(wù)測試系統(tǒng)，可以滿足大型數(shù)字化相控陣天線測試的需求，提高測試效率。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化相控天線;測試方法;測試系統(tǒng)設(shè)計

引言

雷達(dá)設(shè)備具有全天候、全天時，且不受到自然環(huán)境影響的優(yōu)勢，成為全天候進(jìn)行探測的設(shè)備之一，因此成為軍事領(lǐng)域、資源探測、環(huán)境檢測、氣象預(yù)報以及科學(xué)研究等領(lǐng)域必不可少的電子設(shè)備。然而隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代雷達(dá)設(shè)備的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，在工作時受到有源/無源電磁干擾、反輻射武器以及隱身目標(biāo)等工作需求，對雷達(dá)設(shè)備提出了更高的要求。線控陣天線可以改變雷達(dá)波速方向，通過電子方式控制波束，提高了雷達(dá)探測準(zhǔn)確性。數(shù)字化相控陣天線的上行鏈路微波激勵源來自于自身的DDS移相，并通過中頻采樣將下行鏈路的光信號發(fā)射到目標(biāo)，導(dǎo)致數(shù)字陣天線發(fā)射方向圖失去同頻率的參考基準(zhǔn)，導(dǎo)致接受方向圖測試儀失去了作用。因此，需要設(shè)計新的測試系統(tǒng)，滿足數(shù)字化相控陣天線工作需求。

1.數(shù)字化相控陣天線測試方法

相控陣天線是通過控制陣列天線輻射單元中的饋電相位改變雷達(dá)探測方向圖形狀的天線，通過相位就可以改變天線方向圖的指向，從而完成波速掃描的探測對象的目的。數(shù)字化相控陣天線通過電子方式進(jìn)行采樣、處理信號形成波速，相控陣天線發(fā)射與接收波速全部采用數(shù)字化T/R組件，它將發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、激勵器以及信號采集器集成一個完整的數(shù)字發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分系統(tǒng)。雷達(dá)發(fā)射信號時，數(shù)字層DA產(chǎn)生調(diào)頻信號，并經(jīng)過兩級混頻，上變頻轉(zhuǎn)化為帶寬所需的射頻信號，并通過激勵器進(jìn)行放大信號，實現(xiàn)移相放大后進(jìn)入到輻射單元進(jìn)行輻射[1]。接受信號器通過T/R組件將接收通道的信號進(jìn)行處理，移相衰減后進(jìn)入到下變頻通道，并經(jīng)過A/D進(jìn)行數(shù)字采樣，形成數(shù)字信號發(fā)送到DBF模塊。根據(jù)數(shù)字化相控陣天線的工作原理，可以看出相控陣天線的信號發(fā)射器和接受器沒有形成完整且同頻的射頻信號閉環(huán)回路，所以射頻儀器無法測試天線的性能。所以，數(shù)字化相控陣天線測試系統(tǒng)無法利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試，而是通過數(shù)字T/R組件進(jìn)行閉環(huán)測試。目前數(shù)字化相控陣天線測試方法主要有發(fā)射方向圖測試和接收方向圖測試兩種。

1.1發(fā)射方向圖測試

數(shù)字化相控陣天線發(fā)射方向圖測試時，整個天線陣處于發(fā)射狀態(tài)，測試計算機(jī)掃描件探頭移動測試每一個位置的數(shù)據(jù)，接受陣面輻射發(fā)出的額微波信號，并將信號發(fā)射到監(jiān)測組件。監(jiān)控組件本質(zhì)是一個數(shù)字化的T/R組件，不僅可以對接收到的數(shù)字微波信號進(jìn)行采集，而且還可以通過綜合數(shù)字技術(shù)合成發(fā)射微波信號[2]。同時還可以輸出測試專用的數(shù)字信號，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到天線數(shù)據(jù)記錄儀。記錄儀將測試到的數(shù)據(jù)信息與參考信號數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而計算出探頭移動測試到的每一個位置采集的微波信號頻率、幅度以及相位。掃描設(shè)備完成天線陣面各個測試點的測試后，將測試陣面相位數(shù)合成矩陣，最后通過方向圖軟件得出天線的放射方向圖。

1.2接收方向圖測試

接收方向圖測試方法與發(fā)射方向圖測試方法的區(qū)別在于監(jiān)測組件的收發(fā)狀態(tài)和DBF技術(shù)的介入。數(shù)字化相控陣天線接收方向圖測試過程中，天線陣面全部呈現(xiàn)接收狀態(tài)，監(jiān)測組件呈現(xiàn)發(fā)射狀態(tài)。雷達(dá)探頭在每一個測試位置上將監(jiān)測組件發(fā)射的微波信號輻射到天線陣面，天線陣面接收的探測信號必須經(jīng)過數(shù)字T/R組件的數(shù)字化采集并傳輸?shù)紻BF發(fā)射通道，綜合數(shù)字技術(shù)根據(jù)發(fā)射信號的要求，對采集數(shù)據(jù)信息幅度、相位進(jìn)行加權(quán)，產(chǎn)生所需的頻率、帶寬滿足雷達(dá)工作所需的調(diào)制信號，再通過上變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換達(dá)到雷達(dá)所需的射頻波段，并對波束進(jìn)行合成[3]。數(shù)字波束合成信號和監(jiān)測組件發(fā)送的參考信號利用光線通信系統(tǒng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄儀，記錄儀將測試得到的數(shù)據(jù)信息與參考信號數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而計算出探頭移動測試到的每一個位置采集的微波信號頻率、幅度以及相位。掃描設(shè)備完成天線陣面各個測試點的測試后，將測試陣面相位數(shù)合成矩陣，最后通過方向圖軟件得出天線的接收方向圖。

2.數(shù)字化相控陣天線多任務(wù)測試系統(tǒng)設(shè)計方案

數(shù)字化相控陣天線的工作頻率范圍比普通相控陣更廣、測試任務(wù)量多、流程復(fù)雜，往往需要測試數(shù)百個頻率點，普通的近場天線測試系統(tǒng)無法滿足數(shù)字化相控陣天線測試系統(tǒng)的工作要求，因此需要建立多任務(wù)測試系統(tǒng)，滿足數(shù)字化相控陣天線工作需求。

2.1硬件設(shè)計

鑒于數(shù)字化相控陣天線多任務(wù)測試系統(tǒng)的硬件設(shè)備包括計算機(jī)、綜合頻率源、控制模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、測試模塊、交換機(jī)、功率放大器、上變頻器、下變頻器、DDS中間件、限幅器、收發(fā)開關(guān)、數(shù)字接收器、數(shù)字發(fā)射器、光纖電纜、光纖轉(zhuǎn)接盒等硬件設(shè)備。其中控制模塊是整個多功能測試系統(tǒng)的關(guān)鍵，多任務(wù)測試系統(tǒng)的雷達(dá)探測頭可以單次掃描測試多個頻率點、多個波束、多個通道的天線方向圖[4]。所以，掃描探頭、陣面狀態(tài)切換以及數(shù)字化采集需要同步控制。利用任務(wù)控制模塊，在測試前，將天線測試的所有頻率點、波束指向等相關(guān)數(shù)據(jù)信息預(yù)存到控制模塊進(jìn)行緩存，測試時可以按照緩存的數(shù)據(jù)掃描制定的測試點，合成數(shù)字光束，提高測試的效率和速度。

2.2軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)是整個數(shù)字化相控陣測試系統(tǒng)的關(guān)鍵，數(shù)字化相控陣多任務(wù)測試系統(tǒng)需要為用戶提供一個可操作的人機(jī)界面，不僅可以完成多任務(wù)測試任務(wù)，而且還具備全陣面監(jiān)測功能，將方向圖測試結(jié)果以多維度、多角度、多層次可視化方式展現(xiàn)出來。多任務(wù)測試系統(tǒng)軟件包括服務(wù)模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)模塊、執(zhí)行模塊、硬件驅(qū)動程序等。服務(wù)模塊是將相控陣天線測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示與管理;控制模塊是對整個數(shù)字化相控陣天線系統(tǒng)進(jìn)行控制，按照預(yù)設(shè)的測量要求進(jìn)行工作;數(shù)據(jù)模塊是將所有測試系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲、分析與管理;執(zhí)行模塊是根據(jù)測試任務(wù)的需求，按照用戶的測試意圖自動生成一系列測試任務(wù)，并進(jìn)行智能分配和精準(zhǔn)調(diào)度，讓多任務(wù)天線測試系統(tǒng)的硬件設(shè)備與被測目標(biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制[5]。在執(zhí)行模塊的調(diào)度下，硬件驅(qū)動系統(tǒng)訪問各個控制模塊和數(shù)據(jù)模塊的信息，從而達(dá)到快速采集、記錄、分析、計算以及評估天線測量數(shù)據(jù)信息。采用多任務(wù)測試系統(tǒng)，掃描探頭一次可以完成多個頻率點下多個波束以及多個方向圖的測試，并與單任務(wù)測試系統(tǒng)的精度、準(zhǔn)確度保持一致。

結(jié)束語

數(shù)字化相控陣多任務(wù)測試系統(tǒng)不僅解決了數(shù)字化相控陣天線測試系統(tǒng)無法利用網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀進(jìn)行計算的難題，而且極大地提升了相控陣天線的測試效率。經(jīng)過實驗證明，多任務(wù)測試系統(tǒng)的精度與單任務(wù)測試系統(tǒng)的精度基本保持一致。

參考文獻(xiàn)

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