一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法与流程

1.本发明涉及测量测试技术领域，具体涉及一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法。


背景技术：

2.星载气象雷达是对云、降水等气象要素进行精确定量测量的主动微波遥感仪器，要求该仪器在轨长期稳定可靠工作。提高雷达测试覆盖性、增大测试强度是地面检验雷达能否工作稳定性可靠性的一种有效的手段。但是雷达在测试过程中存在以下几方面的困难：
3.1)雷达内部单机数量较多，且采用交叉备份方式，存在大量的组合方式，雷达工作状态多；
4.2)雷达工作模式多，雷达在同一种工作状态下，具有多种工作模式；
5.3)工作时，雷达脉冲重复频率(prf)、回波采样窗口等工作参数根据雷达当前的卫星平台经纬度位置、姿态、雷达波束扫描角动态调整，因此需要具备动态测试能力；
6.4)雷达采用天线波束电扫描方式，难以判断天线波束的扫描极性、波位驻留时间等动态扫描特性是否正常；
7.5)为了检验雷达产品的稳定性，需对雷达进行长期测试，测试强度大，产生海量的测试数据，数据分析工作量巨大。
8.因此需要研究出一种对雷达在轨工作过程进行自动化的动态测试与检测方法，实现对雷达进行全面高效的自动化测试。


技术实现要素：

9.本发明是为了解决雷达在轨测试的问题，提供一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，可实现对星载相控阵雷达功能、性能、流程等进行全自动的动态测试，并对长时间测得的海量数据比对分析，判断雷达工作是否稳定可靠，及时发现设备出现的偶发性问题。
10.本发明提供一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
11.s1、构建测试系统：根据待测试星载相控阵气象雷达的工作特点构建测试系统，测试系统包括与待测试星载相控阵气象雷达均电连接的卫星接口模拟器和回波模拟器，卫星接口模拟器与回波模拟器电连接，卫星接口模拟器用于模拟卫星平台与待测试星载相控阵气象雷达的电气接口并为待测试星载相控阵气象雷达提供接口服务、接收待测试星载相控阵气象雷达的输出数据、接收回波模拟器的输出数据并判断待测试星载相控阵气象雷达的状态，回波模拟器用于接收射频信号、测量射频信号、调制回波信号并输出至待测试星载相控阵气象雷达；
12.s2、参数预设：设置测试系统的测试任务表、参数表、判决表后进行测试系统的自
检并判断测试系统的状态是否正常，如果正常，进入步骤s3；如果异常，定位问题并处理后进入步骤s3；
13.s3、自动化测试：卫星接口模拟器根据测试任务表模拟下达工作指令至待测试星载相控阵气象雷达，待测试星载相控阵气象雷达根据工作指令进行工作，卫星接口模拟器检测待测试星载相控阵气象雷达的工作模式数据；待测试星载相控阵气象雷达根据工作指令进行波束扫描并输出射频信号，回波模拟器接收射频信号并测量信号特征参数输出至卫星接口模拟器，回波模拟器将接收的射频信号调制成回波信号并延时转发至待测试星载相控阵气象雷达，待测试星载相控阵气象雷达接收回波信号并处理得到遥感数据后反馈至卫星接口模拟器，卫星接口模拟器根据工作模式数据、信号特征、遥感数据判断待测试星载相控阵气象雷达是否正常并输出测试结果，星载相控阵气象雷达动态自动化测试完成。
14.本发明所述的一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，作为优选方式，步骤s3包括以下步骤：
15.s31、下达工作指令：卫星接口模拟器为待测试星载相控阵气象雷达提供接口服务后根据测试任务表模拟下达工作指令至待测试星载相控阵气象雷达，接口服务包括提供电源、控制、通信、遥感数据接收和模拟量采集；
16.s32、雷达进入工作状态：待测试星载相控阵气象雷达根据工作指令进行波束扫描，并根据卫星平台的位置、姿态及波束扫描角选择脉冲重复频率、回波采样窗的起止时间输出射频信号，卫星接口模拟器检测测量待测试星载相控阵气象雷达的对应工作模式下的参量；
17.s33、射频信号接收：回波模拟器接收射频信号并测量信号特征参数输出至卫星接口模拟器，信号特征参数包括：幅度、脉冲宽度、到达时间和频率；
18.s34、回波信号延时转发：回波模拟器将接收的射频信号调制成回波信号并延时转发至待测试星载相控阵气象雷达；
19.s35、遥感数据产生并输出：待测试星载相控阵气象雷达接收回波信号并处理后打上时间戳、组帧得到遥感数据后通过遥感数据通道反馈至卫星接口模拟器；
20.s36、工作状态判断：卫星接口模拟器根据工作模式数据、信号特征、遥感数据使用判决表判断待测试星载相控阵气象雷达是否正常并输出测试结果，星载相控阵气象雷达动态自动化测试完成。
21.本发明所述的一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，作为优选方式，步骤s1中，卫星接口模拟器(1)用于模拟卫星平台与待测试星载相控阵气象雷达之间的电源接口、指令接口、1553b总线接口、遥感数据传输接口和模拟遥测量接口；电源接口用于为所述待测试星载相控阵气象雷达供电，指令接口为用于为所述待测试星载相控阵气象雷达提供开关机指令；1553接口用于输出指令、状态参数信息和接收数字信息，数字信息包括指令响应和数字遥测量；遥感数据传输接口用于接收所述待测试星载相控阵气象雷达输出的遥感数据；模拟遥测量接口用于模拟卫星平台采集雷达模拟遥测量，模拟遥测量包括温度和供电电压；
22.步骤s2中，测试任务表中包括待测试星载相控阵气象雷达的内部单机是主机工作还是备机工作、雷达工作模式切换顺序和各模式工作时长。
23.本发明所述的一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，作为优选方式，步
骤s2中，参数表包括需模拟的卫星轨道参数和需模拟的降水目标参数，需模拟的卫星轨道参数包括平台位置信息和姿态信息，需模拟的降水目标参数包括降水强度、降水高度和降水层数量。
24.本发明所述的一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，作为优选方式，步骤s2中，根据判决表判断待测试雷达系统的状态是否正常。
25.本发明所述的一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，作为优选方式，步骤s32中，工作模式数据包括数字遥测量、遥感数据、雷达各单机温度和电压类模拟遥测量。
26.本发明所述的一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，作为优选方式，步骤s33中，信号特征包括雷达脉冲宽度、中心频率、脉冲重复间隔、波位驻留时间和波位内发射脉冲个数。
27.本发明所述的一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，作为优选方式，步骤s34中，回波信号的产生方式为：回波模拟器根据卫星接口模拟器输出的位置计算星地距离，再根据卫星接口模拟器输出的平台姿态和待测试星载相控阵气象雷达输出的波位信息计算在当前波束方向上模拟目标距离，然后计算转发延时时间t0，依据参数表将模拟回波信号调制到来波信号延时t0后通过射频链路转发至待测试星载相控阵气象雷达。
28.本发明所述的一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，作为优选方式，步骤s36中，测试结果包括：待测试星载相控阵气象雷达的工作状态测试结果、工作参数测试结果、波束扫描特性测试结果和工作稳定性测试结果。
29.本发明所述的一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，作为优选方式，波束扫描特性测试的方法为：在待测试星载相控阵气象雷达天线阵面前放置回波模拟器的测试天线，当雷达波束从一边扫到另一边时，待测试星载相控阵气象雷达的模拟信号强度随着天线波束扫描角的变化而变化，根据包络出现的位置判断波束扫描的方向是否正确；
30.工作稳定性测试的方法为：卫星接口模拟器将回波信号数据和检波数据与历史数据进行比对分析，绘制变化曲线，根据变化曲线的趋势判断工作稳定性。
31.一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，步骤如下：
32.(1)测试过程中用卫星接口模拟器模拟卫星平台与雷达之间的5类接口，具体包括电源接口、指令接口、1553b总线接口、遥感数据传输接口和模拟遥测量接口，对雷达与平台间的物理接口和软件接口进行全面测试。其中电源接口为雷达供电；指令接口为雷达提供开关机指令；1553接口给雷达发送各种指令或状态参数信息，同时接收雷达输出的数字信息，包括指令响应、数字遥测量等；遥感数据传输接口用于接收雷达输出的遥感数据；模拟遥测量接口模拟卫星平台采集雷达模拟遥测量，如温度、电源电压等。
33.(2)利用回波模拟器测试雷达输出射频信号的波形特征，如脉冲宽度、中心频率、脉冲重复间隔、波位驻留时间及该波位内发射脉冲个数等信息；
34.(3)可对雷达波束扫描极性、波束扫描步进等相控阵天线波束的动态扫描特性进行测试；
35.(4)采用延时转发方案动态模拟雷达在平台不同姿态、位置、雷达不同扫描角下目标距离的变化情况，对雷达工作的动态特性进行测试；
36.(5)构建时统，将回波模拟器测试的结果打上时标信息，并与雷达遥感数据中的参数信息进行比对，判断雷达工作是否正常；
37.(6)自动将雷达输出的遥测数据、遥感数据，接口模拟器采集的雷达模拟遥测量进行综合比对分析，根据外部输入的判决表进行全自动的数据判读，输出测试结果；
38.测试过程中，雷达输入参量具有可装订能力，即卫星接口模拟器可根据参数表，自动下发相关平台姿态信息及各种工作模式的指令；
39.(7)可根据外部输入的任务工作表，对雷达主备单机工作、工作模式等进行全面的自动测试；
40.(8)该方法兼容雷达与平台联调测试及雷达自身测试两种状态。
41.本发明包括测试方案、测试步骤，可实现雷达自动化动态测试，具有测试全面、效率高的特点，极大地降低了测试人员的工作强度，提高了测试覆盖性
42.本发明具有以下优点：
43.(1)根据卫星平台所处的位置、姿态、雷达波束扫描角等信息，设置适当的延时时间，实时产生模拟回波信号，可实现对雷达动态测试，与未来雷达在轨实际工作方式相同，解决了常规雷达静态测试中与雷达实际工作状态不同、覆盖性不全的问题；
44.(2)测试过程中，根据雷达波束扫描时相对某一个固定方向天线增益变化的特性，利用回波模拟器接收与发射信号，通过分析雷达接收的模拟回波强度及模拟器接收到的信号强度的变化特性，实现对相控阵天线波束扫描极性、波位驻留时间、波束步进量等参数的测量与检查，能够对雷达长时间工作过程中的波束的动态扫描特性进行全面的测试与检查，解决了相控阵雷达波束扫描极性、波位驻留时间等扫描特性难以动态测试的问题；
45.(3)采用测试任务表格化、测试状态参数化、判读自动化等方式，可极大提高了测试效率与灵活性，增大了测试覆盖性。
附图说明
46.图1为一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法测试框图；
47.图2为一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法流程图。
48.附图标记：
49.1、卫星接口模拟器；2、回波模拟器。
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
51.实施例1
52.如图1～2所示，一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，包括以下步骤：
53.s1、构建测试系统：根据待测试星载相控阵气象雷达的工作特点构建测试系统，测试系统包括与待测试星载相控阵气象雷达均电连接的卫星接口模拟器1和回波模拟器2，卫星接口模拟器1与回波模拟器2电连接，卫星接口模拟器1用于模拟卫星平台与待测试星载相控阵气象雷达的电气接口并为待测试星载相控阵气象雷达提供接口服务、接收待测试星载相控阵气象雷达的输出数据、接收回波模拟器2的输出数据并判断待测试星载相控阵气象雷达的状态，回波模拟器2用于接收射频信号、测量射频信号、调制回波信号并输出至待测试星载相控阵气象雷达；
54.卫星接口模拟器1用于模拟卫星平台与待测试星载相控阵气象雷达之间的电源接口、指令接口、1553b总线接口、遥感数据传输接口和模拟遥测量接口；电源接口用于为所述待测试星载相控阵气象雷达供电，指令接口为用于为所述待测试星载相控阵气象雷达提供开关机指令；1553接口用于输出指令、状态参数信息和接收数字信息，数字信息包括指令响应和数字遥测量；遥感数据传输接口用于接收所述待测试星载相控阵气象雷达输出的遥感数据；模拟遥测量接口用于模拟卫星平台采集雷达模拟遥测量，模拟遥测量包括温度和供电电压；
55.s2、参数预设：设置测试系统的测试任务表、参数表、判决表后进行测试系统的自检并判断测试系统的状态是否正常，如果正常，进入步骤s3；如果异常，定位问题并处理后进入步骤s3；
56.测试任务表中包括待测试星载相控阵气象雷达的内部单机是主机工作还是备机工作、雷达工作模式切换顺序和各模式工作时长；
57.参数表包括需模拟的卫星轨道参数和需模拟的降水目标参数，需模拟的卫星轨道参数包括平台位置信息和姿态信息，需模拟的降水目标参数包括降水强度、降水高度和降水层数量；
58.根据判决表判断测试系统的状态是否正常；
59.s3、自动化测试：卫星接口模拟器1根据测试任务表模拟下达工作指令至待测试星载相控阵气象雷达，待测试星载相控阵气象雷达根据工作指令进行工作，卫星接口模拟器1检测待测试星载相控阵气象雷达的工作模式数据；待测试星载相控阵气象雷达根据工作指令进行波束扫描并输出射频信号，回波模拟器2接收射频信号并测量信号特征参数输出至卫星接口模拟器1，回波模拟器2将接收的射频信号调制成回波信号并延时转发至待测试星载相控阵气象雷达，待测试星载相控阵气象雷达接收回波信号并处理得到遥感数据后反馈至卫星接口模拟器1，卫星接口模拟器1根据工作模式数据、信号特征、遥感数据、遥测数据判断待测试星载相控阵气象雷达是否正常并输出测试结果，星载相控阵气象雷达动态自动化测试完成；
60.s31、下达工作指令：卫星接口模拟器1为待测试星载相控阵气象雷达提供接口服务后根据测试任务表模拟下达工作指令至待测试星载相控阵气象雷达，接口服务包括提供电源、控制、通信、遥感数据接收和模拟量采集；
61.s32、雷达进入工作状态：待测试星载相控阵气象雷达根据工作指令进行波束扫描，根据平台的位置、姿态及波束扫描选择脉冲重复频率、回波采样窗的起止时间等，卫星接口模拟器1检测待测试星载相控阵气象雷达的工作模式数据；
62.s33、射频信号接收：回波模拟器2接收雷达发射的射频信号并测量信号特征参数输出至卫星接口模拟器1；信号特征参数包括雷达脉冲宽度、中心频率、脉冲重复间隔、波位驻留时间和波位内发射脉冲个数；
63.s34、回波信号延时转发：回波模拟器2将接收的射频信号调制成回波信号并延时转发至待测试星载相控阵气象雷达；
64.回波信号的产生方式为：回波模拟器2根据卫星接口模拟器1输出的位置计算星地距离，再根据卫星接口模拟器1输出的平台姿态和待测试星载相控阵气象雷达输出的波位信息、星地距离计算在当前波束方向上模拟目标距离，然后计算转发延时时间t0，依据参数
表将模拟回波信号调制到来波信号中延时t0后通过射频链路转发至待测试星载相控阵气象雷达；
65.s35、遥感数据产生并输出：待测试星载相控阵气象雷达接收回波信号并处理后打上时间戳、组帧得到遥感数据后通过遥感数据通道反馈至卫星接口模拟器1；
66.s36、工作状态判断：卫星接口模拟器1根据工作模式数据、信号特征参数、遥感数据使用判决表判断待测试星载相控阵气象雷达是否正常并输出测试结果，星载相控阵气象雷达动态自动化测试完成；
67.测试结果包括：待测试星载相控阵气象雷达的工作状态测试结果、工作参数测试结果、波束扫描特性测试结果和工作稳定性测试结果；
68.波束扫描特性测试的方法为：在待测试星载相控阵气象雷达天线阵面前放置回波模拟器2的测试天线，当雷达波束从一边扫到另一边时，待测试星载相控阵气象雷达的模拟信号强度随着天线波束扫描角的变化而变化，根据包络出现的位置判断波束扫描的方向是否正确；
69.工作稳定性测试的方法为：卫星接口模拟器1将回波信号数据和检波数据与历史数据进行比对分析，绘制变化曲线，根据变化曲线的趋势判断工作稳定性。
70.实施例2
71.如图1～2所示，一种星载相控阵气象雷达动态自动化测试方法，该方法已成功应用到星载气象雷达中，通过该方法成功实现了雷达的动态自动化测试方法，在雷达常温电测、环境试验以及整星测试时高效、全面的对雷达功能、流程、性能进行了全面的测试与验证。
72.首先，构建一套雷达自动化测试系统进行动态测试，该测试系统由卫星接口模拟器和回波模拟器构成。其中卫星接口模拟器主要用于模拟卫星平台与雷达的各类电气接口，为雷达提供电源、控制、通信、遥感数据接收、模拟量采集等功能；回波模拟器用于接收雷达输出的射频信号，测量如工作频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、信号强度等信号特征参数；同时，对收到的射频信号进行延时转发，延时时间按照模拟的目标位置及雷达波束指向、雷达空间位置等因素进行自适应的变化。
73.在整个测试系统中，卫星接口模拟器是自动化动态测试的控制中心，其根据测试任务对雷达进行各项测试。平台接口模拟下达各类工作指令，检查雷达的反馈，存储雷达输出的数据，并且接收回波模拟器测得的雷达脉冲信号特征参数，进行综合处理，判读雷达功能、流程、性能是否正常。
74.雷达接口模拟器主要用于模拟卫星平台为雷达提供电源、控制通信、遥感数据接收、模拟量采集等功能。雷达接口模拟器模拟卫星平台与雷达的电气接口，主要包括具体包括供电接口、1553b总线接口、遥感数据传输接口和模拟遥测量接口。其中电源接口为雷达供电；1553接口给雷达发送各种指令或状态参数信息，同时接收雷达输出的数字信息，包括指令响应、数字遥测量等；遥感数据传输接口用于接收雷达输出的遥感数据；模拟遥测量接口模拟卫星平台采集雷达模拟遥测量，如温度、供电电压等。
75.回波模拟器主要用于接收雷达输出的射频信号，测量雷达信号如工作频率、脉冲宽度、每个波位雷达发射的脉冲个数、脉冲重复频率等信号特征参数；同时，对收到的射频信号进行延时转发，延时时间按照模拟的目标位置及雷达波束指向、雷达空间位置等因素
进行自适应的变化。
76.测试过程如下：
77.1)按照图2进行测试环境构建；
78.2)给测试系统装订测试任务表，明确雷达内部单机是主机工作还是备机工作，规定雷达工作模式切换顺序及各模式工作时长；
79.3)给测试系统装订参数表，主要包括需要模拟的卫星轨道参数(含平台位置信息、姿态信息等)、模拟的降水目标参数(包括降水强度、降水高度、降水层数量等)；
80.4)给测试系统装订判决表，用于测试结果的判决；
81.5)测试系统自检，判断测试系统状态是否正常；
82.6)按照雷达开机顺序，依次给雷达各单机的主机或备机(具体根据测试任务表中的要求执行)下达加电指令，同时对测试系统对相关单机的加电状态进行遥测采集，根据判决表进行判读，给出是否异常的指示；
83.7)根据任务表，卫星接口模拟器下达工作模式测试指令，令雷达工作在某一模式下，接收雷达输出的数字遥测量、遥感数据，采集雷达内部相关单机的温度、电压等遥测量；同时回波模拟器工作对应的模式下，接收雷达发出的射频信号，将模拟的目标信号调制在来波上，并转发给雷达。具体过程以某一雷达“正常观测”模式为例进行说明。过程如下：
84.a)接口模拟器通过1553b总线下发“正常观测”指令，令雷达工作于降水模式，并检测雷达应答是否正确；同时接口模拟器通过1553b接口周期性的定时下发平台位置、姿态、系统时间等广播信息，接收雷达输出的温度、电压等数据遥测量；同时模拟卫星平台下发gps秒脉冲信号。
85.b)雷达收到该指令信息，进入正常观测工作模式。雷达波束按照规定的驻留时间与步进进行扫描，同时雷达根据平台的位置、姿态及波束扫描等信息，选择合适的脉冲重复频率(prf)、回波采样窗的起止时间，发射雷达脉冲信号，接收模拟器产生的回波信号，并根据设计要求，对回波信号进行信号处理，并打上时间戳，组帧后，通过遥感数据通道上传给接口模拟器。
86.c)回波模拟器通过天线接收雷达输出的射频信号，并测量雷达脉冲信号的频率、脉冲宽度、到达时间、信号强度等信号特征参数信息，并存储；
87.d)产生模拟回波信号
88.(1)根据接口模拟器输出的位置计算星地距离；
89.(2)根据接口模拟器输出的平台姿态和雷达输出的波位信息以及星地距离，计算在当前波束方向上模拟目标距离；
90.(3)计算转发延时时间t0；
91.(4)依据配置的参数表，将模拟回波信号调制到来波信号中并延时t0后通过射频链路转发至雷达。
92.8)海量数据分析。测试系统通过对雷达输出的数字遥测量、遥感数据及接口模拟器采集到的雷达温度、电压等模拟遥测量及模拟器测得的雷达工作频率、脉冲宽度、信号强度、到达时间等信号特征参数信息进行综合分析，以判断雷达是否工作正常。主要包括以下几个方面：
93.a)雷达各单机工作状态的判读
94.综合分析接口模拟器通过雷达模拟遥测量接口输出的温度、电压等状态遥测信息以及雷达自身输出的数字遥测量信息，根据判决表对雷达各单机的工作状态进行综合评估。
95.b)雷达系统工作参数是否正常
96.测试系统对回波模拟器测得的雷达工作频率、脉冲宽度、到达时间等信号特征及雷达遥感数据中记录当前时刻雷达工作参数、回波数据进行分类处理，计算得到雷达不同波位、不同位置下脉冲重复频率、脉冲个数等参数信息，并与判决表进行比对；在遥感数据中分析模拟回波目标在雷达采样窗口中的位置，将测得分析的结果与判决表比对，评判雷达是否工作正常。
97.c)波束扫描特性是否正常
98.相控阵天线波束为电扫描方式，无法直接可视天线波束的扫描情况，因此必须对雷达波束的扫描极性、波位驻留时间、扫描步进等扫描特性的进行测试。测试时，在距天线阵面一定距离处放置回波模拟器的测试天线，当雷达波束从一边扫到另一边时，雷达接收到模拟器的模拟信号强度随着雷达天线波束扫描角的变化而变化，幅度包络形状可近似为雷达天线方向图。由于雷达波束采用步进扫描，即在每个波位驻留一定的时间，因此遥感信号中的回波强度呈台阶状分布，每个台阶的时间宽度就是每个波位的驻留时间；台阶的幅度变化与天线扫描步进量有关；幅度包络出现的位置是雷达波束轴向对准测试天线时，因此当模拟器的测试天线偏离阵面中心摆放时，根据包络出现的位置可知天线波束扫描的方向是否正确。
99.d)对雷达长期工作的稳定性进行评价
100.测试系统处理雷达遥感数据中输出的回波信号和遥测中的tr组件功率检波数据，并将该数据与历史数据进行比对分析，绘制变化曲线，评价雷达性能的时间稳定性。
101.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。