一种基于多通道同时测试的宽带rcs测试方法
【专利摘要】本发明提供一种基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，充分利用四端口矢量网络分析仪的四个通道可以同时测试四路不同频段信号的能力，通过并排摆放4组不同频段的天线，并将收发天线的端口同矢量网络分析仪收发端口直接连接，主控计算机系统通过LAN或GPIB等总线进行协调控制。采用上述方案，通过充分发挥仪器多个端口同时测试的能力，再配合相应的软件处理，可同时进行多个频段的测试，能有效解决传统RCS测试效率低下的问题。
【专利说明】一种基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于多通道同时测试的宽带RCS测试【技术领域】，尤其涉及的是一种基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法。
【背景技术】
[0002]目标的雷达散射截面(RCS)特性通常是一个宽频带指标，因此需要在很宽的频率范围下测试目标的RCS值。
[0003]对于目标的RCS特性测试，从硬件系统上来说，其原理框图如图1所示，主要由主控计算机10、矢量网络分析仪12、测试转台18及其转台控制器11、接收天线15、发射天线14、收发天线支架13和低散射支架17等部分组成，各部分通过协调配合共同完成测试工作。以远场测试为例介绍系统的具体测试过程为:首先将收发天线14、15架设在天线支架13上，被测目标16或校准用标准金属球19放置在远处转台18上面的低散射支架17上；首先对系统进行RCS校准，先在转台的低散射支架17上固定RCS值已知(经过严格定标已经确定其RCS值，或者是可以经理论计算或仿真得出其精确RCS值)的标准金属球19，主控计算机10通过LAN总线控制矢量网络分析仪12，在其控制下，设置测量参数为S21，矢量网络分析仪12端口 I产生连续波激励信号，通过发射天线14辐射出去，照射到标准金属球19，反射回来的信号由接收天线15接收后送入矢量网络分析仪12端口 2中，矢量网络分析仪12对接收到的信号进行处理，主控计算机10通过LAN总线从矢量网络分析仪12中获取原始测试数据，从而得到一组数据作为频响项Al，再将标准金属球19除去、测量背景信号作为隔离项BI，最后将被测目标16固定到低散射支架17上，通过控制转台18的旋转得到一组数据作为测试项Cl，按照如下公式Dl = (Cl-Bl)/(Al-Bl)进行数据处理，即可得到被测目标在该频段内的不同方向的RCS特性曲线。目标的RCS宽频带特性测试主要包括手动更换天线直接测试和通过开关矩阵切换通道进行测试等两种方式。
[0004]手动更换天线直接测试方式连线原理框图如图1所示，主控计算机10根据所接天线的频段设置起始/终止频率，按照上述测试过程，完成相应频段的RCS特性曲线的测试，再换成下一个频段的收发天线，完成测试，直到将所有频段全部测试完毕，最后由计算机软件按照频率值为X轴，回波损耗数据为Y轴，将所测数据合并在一张图中，即可得到被测目标的宽频带RCS特性曲线。
[0005]通过开关矩阵切换通道测试方式为，主控计算机控制矢量网络分析仪和开关矩阵，通过开关矩阵的通道切换，将矢量网络分析仪的收发端口分别与收发天线连通，通过主控计算机控制，可以依次完成各个频段的RCS校准，放上被测目标后可以依次读出不同频段的RCS值，最后合并而成被测目标的宽频带RCS特性曲线。
[0006]通过分析国内外参考文献和类似技术，为了增加目标RCS特性测试系统的测量动态范围，系统用收发天线大多采用大增益标准增益喇叭天线，而大增益天线的频段一般较窄，在进行宽频带RCS特性测试时，需要经常更换喇叭天线分别进行测试，并将测试结果合并以最终得到目标在很宽频率范围下的RCS特性。现有目标的RCS特性测试方法主要有两种，一种是手动更换天线直接测试法，另一种是通过开关矩阵切换通道测试法。
[0007]手动更换天线直接测试法需要在一个频段内进行校准并测试目标的RCS值，测试结束后更换另一个频段的收发天线，同样再进行校准并测试，直到完成所有频段的测试，这就导致在更换天线的过程中易引起重复性连接误差，同时所需的测试时间较长。
[0008]通过开关矩阵切换通道测试法可以实现一次连接，通过切换不同的通道，同时设置相应的起始/终止频率，实现系统的校准、测试。本方法可以有效去除更换天线的过程中所引起的重复性连接误差，但由于增加了外配开关矩阵，导致系统动态范围具有一定程度的减小，并降低了整个系统的可靠性。
[0009]因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法。
[0011]本发明的技术方案如下:
[0012]一种基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其中，包括以下步骤:
[0013]步骤1:主控计算机通过网线与四端口矢量网络分析仪及转台控制器相连接，收发天线架设在收发天线支架上，四端口矢量网络分析仪前面板跳线端口 I源输出端口接发射天线，前面板跳线B输入端口接接收天线，前面板跳线端口 2源输出端口接发射天线，前面板跳线A输入端口接接收天线，前面板跳线端口 3源输出端口接发射天线，前面板跳线D输入端口接接收天线，前面板跳线端口 4源输出端口接发射天线，前面板跳线C输入端口接接收天线，转台控制器与转台连接控制电缆、低散射支架放置在转台上；
[0014]步骤2:在低散射支架上放置RCS值已知的标准金属球，在主控计算机的控制下，设置四端口矢量网络分析仪的四个不同的通道，分别对应设置四个S参数:S21、S12、S43、S34，根据所连接的收发天线的频段设置各通道的起始/终止频率；首先四端口矢量网络分析仪前面板跳线端口 I源输出端口发射第一个频段的连续波激励信号，由发射天线辐射出去，照射到标准金属球，反射回来的信号由接收天线接收后送入四端口矢量网络分析仪前面板跳线B输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S21，接着四端口矢量网络分析仪前面板跳线端口 2源输出端口发射第二个频段的连续波激励信号，由发射天线辐射出去，照射到标准金属球，反射回来的信号由接收天线接收后送入四端口矢量网络分析仪前面板跳线A输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S12，然后四端口矢量网络分析仪前面板跳线端口 3源输出端口发射第三个频段的连续波激励信号，由发射天线辐射出去，照射到标准金属球，反射回来的信号由接收天线接收后送入四端口矢量网络分析仪前面板跳线D输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S43，最后四端口矢量网络分析仪前面板跳线端口 4源输出端口发射第四个频段的连续波激励信号，由发射天线辐射出去，照射到标准金属球，反射回来的信号由接收天线接收后送入四端口矢量网络分析仪前面板跳线C输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S34 ；
[0015]步骤3:主控计算机从四端口矢量网络分析仪中分别获取原始测试数据S21、S12、S43、S34，从而得到一组测量标准金属球的矢量回波数据，该组数据包括随频率变化的幅度与相位信息，将该组数据作为频响项Al、A2、A3、A4 ;
[0016]步骤4:将标准金属球拿掉，重复步骤2、3，从而得到一组测量背景信号的矢量数据作为隔离项B1、B2、B3、B4 ；
[0017]步骤5:将被测目标放置到低散射支架上，在主控计算机的控制下，转台控制器控制转台旋转，同时触发四通道矢量网络分析仪开始扫描，重复步骤2、3，从而获得被测目标在不同方向上的四个频段内的矢量数据Cl、C2、C3、C4 ；
[0018]步骤6:主控计算机将四通道矢量网络分析仪存储的四个频段的矢量数据Al?A4、B1 ?B4、C1 ?C4 读入后，按照如下公式(D1 = (Cl-Bl)/(Al-Bl), D2 = (C2-B2)/(A2-B2)、D3 = (C3-B3)/(A3-B3)、D4 = (C4-B4) / (A4-B4))进行数据处理，即可得到被测目标在各频段上的矢量回波数据Dl?D4 ;
[0019]步骤7:在直角坐标系中，以频率值为X轴，回波损耗数据为Y轴，将步骤6中得到的数据Dl?D4合并到一张图中，即可得到被测目标在整个频段上的RCS值的变化曲线。
[0020]所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其中，所述系统控制单元为主控计算机，通过LAN总线或GPIB总线实现测试系统的自动控制。
[0021]所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其中，所述信号产生与处理单元由矢量网络分析仪组成，用于实现激励信号的产生及接收信号的处理。
[0022]所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其中，所述方位控制单元包括测试转台、转台控制器及低散射支架，用于实现远程控制转台进行方位旋转，以实现被测目标的方位改变。
[0023]所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其中，所述多通道由四端口矢量网络分析仪前面板跳线中的四个源输出端口和四个接收端口组成，工作频段与所连接的收发天线工作频率相对应。
[0024]所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其中，所述收发天线包括发射天线和接收天线，分别由两组相同的高增益喇机天线构成。
[0025]所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其中，所述被测目标包括背景、标准金属球和被测目标。
[0026]充分利用四端口矢量网络分析仪的四个通道可以同时测试不同频段信号的能力，通过并排摆放4组不同频段的天线，并将收发天线的端口同矢量网络分析仪收发端口直接连接，主控计算机系统软件通过LAN或GPIB等总线进行协调控制，首先对系统进行RCS校准，先在转台的低散射支架上固定RCS特性已知(经过严格定标已经确定其RCS值，或者是可以经理论计算或仿真得出其精确RCS值)的标准金属球，矢量网络分析仪的四个不同的发射源端口依次产生不同频率的连续波激励信号，分别通过相应的发射天线辐射出去，照射到金属球，反射回来的信号由相对应的接收天线接收后送入相应的矢量网络分析仪接收端口中，矢量网络分析仪同时对接收到的四组不同信号进行处理，主控计算机通过LAN总线从矢量网络分析仪中获取原始测试数据，从而得到一组数据作为频响项，再将标准金属球除去、同样测量背景信号作为隔离项，完成各频段的系统校准。再将被测目标固定到低散射支架上，通过控制转台的旋转就可以得到被测目标的不同方向的各个频段的RCS特性。这样即可在不更换天线的情况下同时在4个频段进行目标RCS特性的测试，最后再合并成全频段的RCS特性曲线，使得一次测试可以覆盖更宽的频率范围，因此可大大提高测试效率，简化测试流程。
[0027]采用上述方案，通过充分发挥仪器多个端口同时测试的能力，再配合相应的处理，可同时进行多个频段的测试，能有效解决传统RCS测试效率低下的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为现有技术中RCS测试原理框图。
[0029]图2为本发明RCS测试方法原理框图。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0031]实施例1
[0032]如图2所示，本发明提供一种基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，包括以下步骤:
[0033]步骤1:主控计算机20通过网线与四端口矢量网络分析仪21及转台控制器22相连接，收发天线30?37架设在收发天线支架26上，四端口矢量网络分析仪21前面板跳线端口 I源输出端口接发射天线30，前面板跳线B输入端口接接收天线31，前面板跳线端口 2源输出端口接发射天线32，前面板跳线A输入端口接接收天线33，前面板跳线端口 3源输出端口接发射天线34，前面板跳线D输入端口接接收天线35，前面板跳线端口 4源输出端口接发射天线36，前面板跳线C输入端口接接收天线37，转台控制器22与转台25连接控制电缆、低散射支架24放置在转台25上；
[0034]步骤2:在低散射支架24上放置RCS值已知(经过严格定标已经确定其RCS值，或者是可以经理论计算或仿真得出其精确RCS值)的标准金属球23，在主控计算机20的控制下，设置四端口矢量网络分析仪的四个不同的通道，分别对应设置四个S参数:S21、S12、S43、S34，根据所连接的收发天线的频段设置各通道的起始/终止频率。首先四端口矢量网络分析仪21前面板跳线端口 I源输出端口发射第一个频段的连续波激励信号，由发射天线30辐射出去，照射到标准金属球23，反射回来的信号由接收天线31接收后送入四端口矢量网络分析仪21前面板跳线B输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S21，接着四端口矢量网络分析仪21前面板跳线端口 2源输出端口发射第二个频段的连续波激励信号，由发射天线32辐射出去，照射到标准金属球23，反射回来的信号由接收天线33接收后送入四端口矢量网络分析仪21前面板跳线A输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S12，然后四端口矢量网络分析仪21前面板跳线端口 3源输出端口发射第三个频段的连续波激励信号，由发射天线34辐射出去，照射到标准金属球23，反射回来的信号由接收天线35接收后送入四端口矢量网络分析仪21前面板跳线D输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S43，最后四端口矢量网络分析仪21前面板跳线端口 4源输出端口发射第四个频段的连续波激励信号，由发射天线36辐射出去，照射到标准金属球23，反射回来的信号由接收天线37接收后送入四端口矢量网络分析仪21前面板跳线C输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S34 ；
[0035]步骤3:主控计算机20从四端口矢量网络分析仪21中分别获取原始测试数据S21、S12、S43、S34，从而得到一组测量标准金属球23的矢量回波数据，该组数据包括随频率变化的幅度与相位信息，将该组数据作为频响项A1、A2、A3、A4 ；
[0036]步骤4:将标准金属球23拿掉，重复步骤2、3，从而得到一组测量背景信号的矢量数据作为隔离项B1、B2、B3、B4 ；
[0037]步骤5:将被测目标27放置到低散射支架24上，在主控计算机20的控制下，转台控制器22控制转台25旋转，同时触发四通道矢量网络分析仪21开始扫描，重复步骤2、3，从而获得被测目标27在不同方向上的四个频段内的矢量数据Cl、C2、C3、C4 ;
[0038]步骤6:主控计算机20将四通道矢量网络分析仪21存储的四个频段的矢量数据Al ?A4、B1 ?B4、C1 ?C4 读入后，按照如下公式(D1 = (Cl-Bl) / (Al-Bl), D2 = (C2-B2) /(A2-B2)、D3= (C3-B3)/(A3-B3)、D4 = (C4-B4) / (A4-B4))进行数据处理，即可得到被测目标在各频段上的矢量回波数据Dl?D4 ;
[0039]步骤7:在直角坐标系中，以频率值为X轴，回波损耗数据为Y轴，将步骤6中得到的数据Dl?D4合并到一张图中，即可得到被测目标在整个频段上的RCS值的变化曲线。
[0040]上述方法中，所述系统控制单元为主控计算机，通过LAN总线或GPIB总线实现测试系统的自动控制。
[0041]上述方法中，所述信号产生与处理单元由矢量网络分析仪组成，用于实现激励信号的产生及接收信号的处理。
[0042]上述方法中，所述方位控制单元包括测试转台、转台控制器及低散射支架，用于实现远程控制转台进行方位旋转，以实现被测目标的方位改变。上述方法中，所述多通道由四端口矢量网络分析仪前面板跳线中的四个源输出端口和四个接收端口(A输入、B输入、C输入、D输入)组成，工作频段与所连接的收发天线工作频率相对应。
[0043]上述方法中，所述收发天线包括发射天线和接收天线，分别由两组相同的高增益喇口八天线构成。
[0044]上述方法中，所述被测目标包括背景、标准金属球和被测目标。
[0045]本发明充分利用四端口矢量网络分析仪的四个通道可以同时测试不同频段信号的能力，通过并排摆放4组不同频段的天线，并将收发天线的端口同矢量网络分析仪收发端口直接连接，主控计算机系统软件通过LAN或GPIB等总线进行协调控制，首先对系统进行RCS校准，先在转台的低散射支架上固定RCS特性已知(经过严格定标已经确定其RCS值，或者是可以经理论计算或仿真得出其精确RCS值)的标准金属球，矢量网络分析仪的四个不同的发射源端口依次产生不同频率的连续波激励信号，分别通过相应的发射天线辐射出去，照射到金属球，反射回来的信号由相对应的接收天线接收后送入相应的矢量网络分析仪接收端口中，矢量网络分析仪同时对接收到的四组不同信号进行处理，主控计算机通过LAN总线从矢量网络分析仪中获取原始测试数据，从而得到一组数据作为频响项，再将标准金属球除去、同样测量背景信号作为隔离项，完成各频段的系统校准。再将被测目标固定到低散射支架上，通过控制转台的旋转就可以得到被测目标的不同方向的各个频段的RCS特性。这样即可在不更换天线的情况下同时在4个频段进行目标RCS特性的测试，最后再合并成全频段的RCS特性曲线，使得一次测试可以覆盖更宽的频率范围，因此可大大提高测试效率，简化测试流程。
[0046]本发明:1、利用矢量网络分析仪的多通道可不同频段同时测试的能力实现多路信号的同时测试；2、利用计算机的多线程、分时复用能力实现数据的快速处理。
[0047]采用上述方案，通过充分发挥仪器多个端口同时测试的能力，再配合相应的处理，可同时进行多个频段的测试，能有效解决传统RCS测试效率低下的问题。并且通过架设多组天线、多通道不同频率范围同时测试并优化数据采集处理方法，最终达到宽频带、快速测量被测目标RCS特性的目的，可有效去除重复性连接误差，并大大减小所用测试时间。
[0048]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:主控计算机(20)通过网线与四端口矢量网络分析仪(21)及转台控制器(22)相连接，收发天线架设在收发天线支架(26)上，四端口矢量网络分析仪(21)前面板跳线端口 I源输出端口接发射天线(30)，前面板跳线B输入端口接接收天线(31)，前面板跳线端口 2源输出端口接发射天线(32)，前面板跳线A输入端口接接收天线(33)，前面板跳线端口 3源输出端口接发射天线(34)，前面板跳线D输入端口接接收天线(35)，前面板跳线端口 4源输出端口接发射天线(36)，前面板跳线C输入端口接接收天线(37)，转台控制器(22)与转台(25)连接控制电缆、低散射支架(24)放置在转台(25)上； 步骤2:在低散射支架(24)上放置RCS值已知的标准金属球(23)，在主控计算机(20)的控制下，设置四端口矢量网络分析仪的四个不同的通道，分别对应设置四个S参数:S21、S12、S43、S34，根据所连接的收发天线的频段设置各通道的起始/终止频率；首先四端口矢量网络分析仪(21)前面板跳线端口 I源输出端口发射第一个频段的连续波激励信号，由发射天线(30)辐射出去，照射到标准金属球(23)，反射回来的信号由接收天线(31)接收后送入四端口矢量网络分析仪(21)前面板跳线B输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S21，接着四端口矢量网络分析仪(21)前面板跳线端口 2源输出端口发射第二个频段的连续波激励信号，由发射天线(32)辐射出去，照射到标准金属球(23)，反射回来的信号由接收天线(33)接收后送入四端口矢量网络分析仪(21)前面板跳线A输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S12，然后四端口矢量网络分析仪(21)前面板跳线端口 3源输出端口发射第三个频段的连续波激励信号，由发射天线(34)辐射出去，照射到标准金属球(23)，反射回来的信号由接收天线(35)接收后送入四端口矢量网络分析仪(21)前面板跳线D输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S43，最后四端口矢量网络分析仪(21)前面板跳线端口 4源输出端口发射第四个频段的连续波激励信号，由发射天线(36)辐射出去，照射到标准金属球(23)，反射回来的信号由接收天线(37)接收后送入四端口矢量网络分析仪(21)前面板跳线C输入端口中，四端口矢量网络分析仪记录所测得的矢量数据S34 ； 步骤3:主控计算机(20)从四端口矢量网络分析仪(21)中分别获取原始测试数据S21、S12、S43、S34，从而得到一组测量标准金属球(23)的矢量回波数据，该组数据包括随频率变化的幅度与相位信息，将该组数据作为频响项Al、A2、A3、A4 ； 步骤4:将标准金属球(23)拿掉，重复步骤2、3，从而得到一组测量背景信号的矢量数据作为隔离项B1、B2、B3、B4 ； 步骤5:将被测目标(27)放置到低散射支架(24)上，在主控计算机(20)的控制下，转台控制器(22)控制转台(25)旋转，同时触发四通道矢量网络分析仪(21)开始扫描，重复步骤2、3，从而获得被测目标(27)在不同方向上的四个频段内的矢量数据C1、C2、C3、C4 ; 步骤6:主控计算机(20)将四通道矢量网络分析仪(21)存储的四个频段的矢量数据Al ?A4、B1 ?B4、C1 ?C4 读入后，按照如下公式(D1 = (Cl-Bl) / (Al-Bl), D2 = (C2-B2) /(A2-B2)、D3= (C3-B3)/(A3-B3)、D4 = (C4-B4) / (A4-B4))进行数据处理，即可得到被测目标在各频段上的矢量回波数据Dl?D4 ; 步骤7:在直角坐标系中，以频率值为X轴，回波损耗数据为Y轴，将步骤6中得到的数据Dl?D4合并到一张图中，即可得到被测目标在整个频段上的RCS值的变化曲线。
2.如权利要求1所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其特征在于，所述系统控制单元为主控计算机，通过LAN总线或GPIB总线实现测试系统的自动控制。
3.如权利要求1所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其特征在于，所述信号产生与处理单元由矢量网络分析仪组成，用于实现激励信号的产生及接收信号的处理。
4.如权利要求1所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其特征在于，所述方位控制单元包括测试转台、转台控制器及低散射支架，用于实现远程控制转台进行方位旋转，以实现被测目标的方位改变。
5.如权利要求1所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其特征在于，所述多通道由四端口矢量网络分析仪前面板跳线中的四个源输出端口和四个接收端口组成，工作频段与所连接的收发天线工作频率相对应。
6.如权利要求1所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其特征在于，所述收发天线包括发射天线和接收天线，分别由两组相同的高增益喇叭天线构成。
7.如权利要求1所述的基于多通道同时测试的宽带RCS测试方法，其特征在于，所述被测目标包括背景、标准金属球和被测目标。
【文档编号】G01R29/08GK104133120SQ201410366816
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】年夫顺, 唐敬双, 王亚海, 常庆功, 张文涛, 金羲宸 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所