一种相控阵雷达发射通道相位校准测试方法与流程

本发明属于雷达技术领域，具体涉及相控阵雷达发射通道相位校准测试，应用于相控阵雷达发射信号时不同发射通道间满足相位一致性，从而便于各发射通道发射信号在空间合成雷达设计要求的波形。

背景技术：

随着微电子化和数字技术的飞速发展，为保证相控阵雷达在探测距离、波束控制和旁瓣电平等方面达到设计指标，目前常采用发射数字波束形成技术，它可以快速、灵活地实现波束扫描，并具有抗干扰能力强、可靠性好等多方面的优点，但是，由于发射通道间相位特性的不一致，导致发射波束指向不正确和旁瓣抬高等问题，这就需要通过发射通道相位校准来补偿不同发射通道间的相位差。以X波段雷达为例，假设有N个天线，即N个发射通道，目前常用发射通道相位校准测试方法原理图见图1，其中，雷达前端和远场测试系统对应的硬件连接关系见图2、图3。

在图1中，为了降低不同发射通道的天线相对X波段喇叭因距离不同而带来的相位测量误差，一般将测试系统布置在远场，这样做的好处是在不移动X波段喇叭的情况下，不同发射通道的天线相对X波段喇叭的距离近似相同，测量出来的相位差可以更准确的反映雷达不同发射通道间的相位差。假设雷达有M个工作频点，需要依次测试M个频点下N个发射通道间的相位差，一般通过对比N个发射通道发射信号与基准信号的相位差来获得N个发射通道间的相位差，进而获得N个发射通道需要补偿的相位值。下面以频点1为例介绍常用发射通道相位校准测试方法的实现过程，其它频点实现过程一样。

在雷达前端，如图2所示，信号处理机控制频率综合器产生基准信号S_J(一般为几十MHz的中频信号)，作为测试发射通道相位差的基准信号，需要通过信号源1把基准信号S_J倍频到射频S_JF，为了避免与雷达X波段发射信号互相干扰，可以将基准信号S_JF设定在C波段，并通过C波段喇叭发射出去；在通过C波段喇叭发射基准信号S_JF的同时，信号处理机控制频率综合器产生射频信号S_F，并经过1分N功分器功分后输入N个T/R组件，射频信号S_F在T/R组件内部进行功率放大并在信号处理机控制下通过X波段天线发射出去，为了测试N个发射通道射频信号S_F相对于基准信号S_JF的相位差，信号处理机控制N个发射通道依次开发射，首先让第1个发射通道开发射，这样可以保证在测试第1个发射通道发射信号相对基准信号的相位差时，不会受其它发射通道发射信号的影响。

在远场测试系统，如图3所示，X波段喇叭和C波段喇叭分别接收X波段射频信号S_F和C波段基准信号S_JF，受射频信号S_F和基准信号S_JF频率不同及示波器性能限制影响，无法在X波段或者C波段直接测试相位差，需要把射频信号S_F和基准信号S_JF下变频到同一中频进行相位差测试。射频信号S_F输入频谱仪，频谱仪输出中频信号S_0F到示波器；同时，基准信号S_JF经分频工装输出基准信号S_J到信号源2，信号源2输出与信号S_0F同频率的中频信号S_0J到示波器，通过示波器测得信号S_0F相对于信号S_0J的相位差即发射通道1发射信号相对于基准信号的相位差。

重复发射通道1发射信号相对于基准信号相位差的测试过程，信号处理机控制发射通道2～发射通道N依次开发射，可得频点1时N个发射通道发射信号相对基准信号的相位差为：

则频点1时通道2～通道N相对于通道1的相位差为：

则N个发射通道在频点1时需要补偿的相位值为：

采用上述方法依次测得N个发射通道在频点2～频点M时需要补偿的相位值得到M个频点下N个发射通道需要补偿的相位值：

对于上述常用发射通道相位校准测试方法，在实际测试中容易受周围电磁环境影响，而这种影响在市区表现的更为明显，此外，基准信号S_J通过信号源1上变频、C波段发射喇叭、C波段接收喇叭和分频工装下变频再回到S_J，整个传输通道对基准信号S_J的信号质量带来一定影响，影响测试准确度。

技术实现要素：

要解决的技术问题

常规雷达进行发射通道相位校准测试时需要把雷达和测试设备远距离部署，测试时容易受周边电磁环境辐射干扰，因为雷达和测试设备在露天分开部署，发射通道相位校准测试遇到问题时不便于快速分析及定位问题根源，影响测试效率，当气象条件不允许时，必须中断测试，影响测试进度。

为了避免现有发射通道相位校准测试方法的测试效率低和测试精度低，本发明提出一种相控阵雷达发射通道相位校准测试方法。该方法不受外界电磁环境影响，在保证基准信号的信号质量和稳定性的同时，提高了测试效率，使整个雷达系统精度高。

技术方案

一种相控阵雷达发射通道相位校准测试方法，将雷达前端和测试系统布置在微波暗室，将待测波段喇叭安装在升降机构上，通过升降机构调整喇叭位置，保证喇叭对准被测试发射通道；其特征在于步骤如下：

步骤1：控制升降机构，将待测波段喇叭对准雷达前端待测波段天线1；

步骤2：信号处理机控制频率综合器产生基准信号S_J和射频信号S_F，基准信号S_J输入信号源，信号源输出中频信号S_0J到示波器；射频信号S_F输入功分器，经T/R组件1功率放大后，通过待测波段天线1发射出去；

步骤3：待测波段喇叭接收射频信号S_F，并输入频谱仪，频谱仪输出与中频信号S_0J同频率的中频信号S_0F到示波器；

步骤4：通过示波器测得信号S_0F相对于信号S_0J的相位差，即发射通道1发射信号相对于基准信号的相位差；

步骤5：通过升降机构调整待测波段喇叭位置，并让对应发射通道开发射，重复步骤1～步骤4，依次测得频点1时N个发射通道发射信号相对基准信号的相位差：

则频点1时通道2～通道N相对于通道1的相位差为：

则N个发射通道在频点1时需要补偿的相位值为：

步骤6：切换雷达工作频点，重复步骤1～步骤5，依次测得N个发射通道在频点2～频点M时需要补偿的相位值

步骤7：得到M个频点下N个发射通道需要补偿的相位值为：

所述的待测波段为X波段或者S波段。

有益效果

本发明提出的一种相控阵雷达发射通道相位校准测试方法，在微波暗室环境下进行发射通道相位校准测试，雷达前端和测试设备布置在一起，避免了外界电磁辐射和气象环境对发射通道相位校准测试的影响，可以在测试遇到问题时快速定位问题根源，极大提高测试效率，同时，因为不用把基准信号S_J通过信号源1、C波段发射喇叭、C波段接收喇叭和分频工装，保证了基准信号S_J的信号质量，减少了设备使用量，方法简单可行。测试设备使用量小，最大程度保证基准信号的信号质量和稳定性，用较少测试人员就能完成测试并快速定位测试中遇到问题的根源，提高发射通道相位校准测试效率。

与现有技术相比较，具有的有益效果是：

1)本发明中发射通道相位校准测试在微波暗室进行，避免外接电磁环境和气象环境影响；

2)本发明中雷达前端和测试设备布置在一起，当发射通道相位校准遇到问题时，可以通过检查雷达前端和测试设备快速定位问题根源，在减少测试人员的同时，极大提高效率；

3)本发明中基准信号S_J无需通过信号源1、C波段发射喇叭、C波段接收喇叭和分频工装，在减少测试设备使用量的前提下，可以避免上述传输通道对基准信号S_J的信号质量带来的影响。

附图说明

图1常用发射通道相位校准测试方法原理图

图2雷达前端硬件连接示意图

图3远场测试系统硬件连接示意图

图4微波暗室发射通道相位校准测试方法原理图

图5微波暗室发射通道相位校准测试后窄波束发射方向图

图6微波暗室发射通道相位校准测试后宽波束发射方向图

具体实施方式

本发明采用的发射通道相位校准测试方法见图4，雷达前端和测试系统均布置在微波暗室，X波段喇叭固定在升降机构上，省去设备包括信号源1、C波段发射喇叭、C波段接收喇叭和分频工装，实际测试时，雷达首先工作在频点1，信号处理机控制N个发射通道依次开发射，首先打开第1个发射通道，发射通道相位校准测试步骤如下：

1)控制升降机构，将X波段喇叭升到位置1，X波段喇叭对准雷达前端X波段天线1；

2)信号处理机控制频率综合器产生基准信号S_J和射频信号S_F，基准信号S_J输入信号源，信号源输出中频信号S_0J到示波器；射频信号S_F输入功分器，经T/R组件1功率放大后，通过X波段天线1发射出去；

3)X波段喇叭接收射频信号S_F，并输入频谱仪，频谱仪输出与中频信号S_0J同频率的中频信号S_0F到示波器；

4)通过示波器测得信号S_0F相对于信号S_0J的相位差即发射通道1发射信号相对于基准信号的相位差；

5)通过升降机构调整X波段喇叭位置，并让对应发射通道开发射，重复步骤1)～步骤4)，依次测得频点1时N个发射通道发射信号相对基准信号的相位差：

则频点1时通道2～通道N相对于通道1的相位差为：

则N个发射通道在频点1时需要补偿的相位值为：

6)切换雷达工作频点，重复步骤1)～步骤5)，依次测得N个发射通道在频点2～频点M时需要补偿的相位值

7)得到M个频点下N个发射通道需要补偿的相位值为：

实施例1为工作在S波段的相控阵雷达：

该目标指示雷达工作在S波段，有32个发射通道，16个工作频点。发射通道相位校准测试方法见图4，需要将图4中的X波段天线换成S波段天线，X波段喇叭换成S波段喇叭。雷达前端和测试系统均布置在微波暗室，S波段喇叭固定在升降机构上，实际测试时，雷达首先工作在频点1，信号处理机控制32个发射通道依次开发射，首先打开第1个发射通道，发射通道相位校准测试步骤如下：

1)控制升降机构，将S波段喇叭升到位置1，S波段喇叭对准雷达前端S波段天线1；

2)信号处理机控制频率综合器产生基准信号SJ和射频信号SF，基准信号SJ输入信号源，信号源输出中频信号S0J到示波器；射频信号SF输入功分器，经T/R组件1功率放大后，通过S波段天线1发射出去；

3)S波段喇叭接收射频信号SF，并输入频谱仪，频谱仪输出与中频信号S0J同频率的中频信号S0F到示波器；

4)通过示波器测得信号S0F相对于信号S0J的相位差即发射通道1发射信号相对于基准信号的相位差；

5)通过升降机构调整S波段喇叭位置，并让对应发射通道开发射，重复步骤1)～步骤4)，可得频点1时32个发射通道发射信号相对于基准信号的相位差：

则频点1时通道2～通道N相对于通道1的相位差为：

则32个发射通道在频点1时需要补偿的相位值为：

6)切换雷达工作频点，重复步骤1)～步骤5)，依次测得32个发射通道在频点2～频点16时需要补偿的相位值

7)得到16个频点下32个发射通道需要补偿的相位值为：

雷达做完发射通道相位校准测试后，需要通过发射方向图验证相位校准是否达标，图5和图6分别给出雷达在频点1时的窄波束发射方向图和宽波束发射方向图，分析可知，窄波束和宽波束发射方向图满足雷达设计要求。

本发明介绍了一种在微波暗室环境下进行发射通道相位校准测试的方法，该方法不受外界电磁环境和气象环境影响，最大程度保证基准信号的信号质量和稳定性，提高发射通道相位校准测试效率，使整个雷达系统精度高，具有较高的工程应用价值。