一种用于天线环境效应参数测试的幅相校准方法与流程

本发明属于天线环境效应参数测试领域，具体涉及一种用于天线环境效应参数测试的幅相校准方法。

背景技术：

1、天线应用场景越来越复杂，温湿度环境的变化对天线辐射、接收性能的影响已经不容忽视。不同温度、湿度环境条件下天线性能指标测量已经成为雷达、通信等领域关注的重点。

2、目前国内外均已有具备温度精确可控功能的天线环境效应参数测试系统，其中一种实现方法是采用低介电透波材料设计透波保温罩，在保温罩内构建局部温度可控的测试空间，在该空间内放置被测天线，实现天线环境效应参数测试。但是在该类测试系统工作时，收发天线传输路径上的低介电透波材料在不同温度、不同频率下呈现不同的电磁波衰减特性，另外测试系统保温罩内的测试电缆、转接器等部件同样存在该问题。保温罩、测试电缆、转接器等在不同温度环境状态下的性能差异会导致天线环境效应参数测试误差，为提升测试准确度，有必要针对采用保温罩方案的天线环境效应参数测试设备，进行系统级电磁波信号的幅度相位校准补偿。

3、现有技术中，基于透波保温罩的天线环境效应参数测试设备典型组成如图1所示，包括环境控制设备与透波保温罩，通过环境控制设备产生温度湿度可控的气体，并在透波保温罩形成的局部空间内循环流动，从而为工作于该局部空间的被测天线提供温度湿度可变可控的测试环境。透波保温罩、电缆、转接器等部件在不同温湿度环境状态下的电磁波传输特性不同，存在一定的幅相差异，为补偿该传输信号幅相差异导致的天线环境效应参数测试误差，现有的幅相误差测试校准处理流程如下：(1)拿掉透波保温罩，收发天线对准，测试扫频传输信号幅相信号；(2)保持天线对准，安装透波保温罩，测试扫频传输信号幅相信号；(3)两组数据矢量相减，作为保温罩插损补偿因子校准保温罩影响；(4)保持天线对准，安装透波保温罩，设置不同温度湿度，测试扫频传输信号幅相信号并存储；(5)计算不同温度湿度下的传输信号幅相差异，作为环境补偿因子校准环境变化对测试设备的影响；(6)换装被测天线，设置不同温度湿度，测试扫频传输信号幅相信号并存储，带入校准因子修正数据，完成误差修正处理。但是上述现有幅相校准技术方法，只能在收发天线固定位置进行校准数据采集，如图2所示，当测试探头由位置1移动到其他实际采样位置x时，位置x对应的校准数据缺失，不能覆盖保温罩的实际工作区域，测试信息不全面。另外，由于保温罩介电常数等电磁参数的影响，其与空气接触的内壁外壁，均会存在电磁波反射现象，多次多个反射电磁波最终与实际需要的单次直达电磁波叠加，进一步引入幅相误差，而现有的幅相误差测试校准处理方法未考虑该误差项，存在校准不完善的缺点。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种用于天线环境效应参数测试的幅相校准方法，通过在不同温湿度、不同频率、不同位置角度的多维数据采集，以及数据处理方法实现系统幅相校准，提升校准效率与精度。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种用于天线环境效应参数测试的幅相校准方法，所述幅相校准方法包括：

4、步骤一：获取没有保温罩时，包含位置、频率两个变量以及包含温度、湿度两个定量的空间传输矢量数据矩阵s1；并获取有保温罩时，包含位置、频率、温度、湿度四个变量的空间传输矢量数据矩阵s2；根据空间传输矢量数据矩阵s1和空间传输矢量数据矩阵s2两组多维矢量数据，完成透波罩插损补偿因子、环境影响补偿因子的获取，并对测试数据进行初始校准；

5、步骤二：对初始校准后数据做模式域滤波处理，消除天线罩反射误差的影响，完成天线环境效应参数测试数据的幅相校准。

6、进一步地，步骤一中，空间传输矢量数据矩阵s1和空间传输矢量数据矩阵s2的获取方法为：

7、(1)控制测试校准场所内的温度、湿度，保证温度变换范围在±1℃内，湿度变化范围在±4％rh内；

8、(2)移除透波保温罩，通过射频电缆连接标准校准天线和微波毫米波幅相测试设备，并用通过射频电缆连接微波毫米波幅相测试设备和测试探头；调整所述标准校准天线和所述测试探头的位置和极化角旋向，使两者极化方向一致，同为水平极化或垂直极化；

9、(3)设置所述微波毫米波幅相测试设备的参数信息；

10、将测试探头固定设置在机械设备的末端，所述机械设备用于带动测试探头在球面采样轨迹上运动，所述球面采样轨迹以标准校准天线为圆心；设置所述机械设备的运动参数、打开环境控制设备的温度湿度传感器，等待测试；

11、(4)控制机械设备运动，使标准校准天线、测试探头之间形成球面采样轨迹；在球面采样轨迹上的每个采样位置，控制微波毫米波幅相测试设备完成系列不同频率点的幅度相位数据采集并存储，同步记录环境控制设备的温度湿度传感器测量的温度、湿度信息；

12、(5)完成对整个球面采样轨迹上的每个采样位置的数据采集，获取没有保温罩时，包含位置、频率两个变量以及包含温度、湿度两个定量的空间传输矢量数据矩阵s1；

13、(6)保持设备连接状态不变、保持微波毫米波幅相测试设备的参数信息不变、且保持机械设备的运动参数不变，安装固定透波保温罩；

14、(7)以无保温罩测试时温度、湿度为基准，以天线环境效应参数测试设备工作温度范围及工作湿度范围为边界，以1℃、4％rh为正负向步进值，通过环境控制设备依次设置保温罩内温度湿度参数组合，保温罩内温度湿度稳定后，依据无保温罩时幅度相位数据采集流程，重复步骤(3)-(5)，完成有保温罩状态下包含位置、频率、温度、湿度四个变量的空间传输矢量数据矩阵s2。

15、进一步地，步骤一中，根据空间传输矢量数据矩阵s1和空间传输矢量数据矩阵s2两组多维矢量数据，完成透波罩插损补偿因子、环境影响补偿因子的获取，并对测试数据进行初始校准；具体为：

16、将据空间传输矢量数据矩阵s1和空间传输矢量数据矩阵s2两组多维矢量数据作为基础幅相校准数据，提取透波罩插损补偿因子s罩和环境影响补偿因子s环境：

17、透波罩插损补偿因子s罩通过同一标准校准天线在有、无透波保温罩下两组测量数据的矢量减运算获取：

18、s罩＝s2(频率，位置，定温，定湿)-s1(频率，位置，定温，定湿)；

19、环境影响补偿因子s环境通过在透波保温罩存在情况下，不同温度湿度环境下的两组测量数据的矢量减运算获取：

20、s环境＝s2(频率，位置，温度，湿度)-s2(频率，位置，定温，定湿)；

21、被测天线在不同温度、不同湿度、不同频率状态下实测电磁参数测试数据表示为：

22、s测试(频率，位置，温度，湿度)＝s罩+s实际(频率，位置，温度，湿度)+s环境；

23、对测试数据进行初始校准补偿处理后，有效数据表示为：

24、s实际(频率，位置，温度，湿度)＝s测试(频率，位置，温度，湿度)-s罩-s环境。

25、进一步地，步骤二具体为：

26、s实际(频率，位置，温度，湿度)的数据是与频率，位置，温度，湿度相关的多维数据，抽取s实际(频率，位置，温度，湿度)中固定温度、固定湿度，固定频率的数据，则s实际是与空间球面坐标位置相关的数据，表示为：该数据中包含了透波保温罩多次反射信号，通过数据处理进行抑制修正：

27、依据球面波模式理论，将通过球面波展开：

28、

29、

30、

31、

32、其中，(γ,θ,φ)为球坐标三个分量；n为天线场展开式中最高阶模的阶数，其中r取以坐标原点为中心，球面扫描测试中的球半径值；n和m为变量，最大值为n，表示为n＝1,2,3,...n；m＝0,±1,±2,±3,......,±n；模式系数amn和bmn分别为相应于和模的复振幅；为连带勒让德函数，

33、依据被测天线物理尺寸，选取最小r，仅使待测天线被包围在半径r的球面中，杂波和噪声在半径r所在的球面外，计算对应n值，通过模式滤波消除保温罩多次反射导致的叠加噪声，设计滤波函数为：

34、

35、依据如下数据处理公式：结合球面波模式展开理论，完成天线环境效应参数测试数据的进一步幅相误差修正。

36、本发明的有益技术效果：

37、本发明提供的幅相校准方法最终获得的校准数据覆盖了保温罩的实际工作区域，测试信息更全面，校准更完善，结果更准确。

38、本发明幅相校准方法考虑了保温罩内壁外壁电磁波反射现象，并将多次多个反射电磁波干扰信号作为误差项，通过信号处理算法进行消除，进一步提升校准效果。