基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法与流程

本发明涉及基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，属于空间微波遥感。

背景技术：

1、传统实孔径辐射计天线单元数量少，星载应用时从天线端面馈入外部辐射源以及观测冷空，就可以完成辐射计全链路的两点定标。为了同时实现高分辨率、大幅宽观测，受到机械转动、灵敏度、分辨率等多方面的限制，基于实孔径的扫描形式辐射计目前只能够实现7m天线口径的应用，然而继续增大天线将带来更大的工程难题，难以实现；以综合孔径辐射计、数字波束合成推扫辐射计作为新体制辐射计的代表，采用多个小口径天线单元组成阵列来实现高分辨率对地观测，无需机械扫描，一次成像就能获取宽幅视场，并且易于扩展，是未来高分辨率甚至超高分辨率微波辐射计发展方向。

2、针对多个小口径天线组成的辐射计系统，在轨后难以实现周期性的天线口面两点定标，需要通过天线后端的接收链路定标结果，结合天线的辐射效率，将定标结果从天线输出端推导至天线口面，故天线辐射效率的精度直接影响了辐射计系统全链路的测量精度。

3、为了提升多个小口径天线组成阵列的新体制辐射计系统的测量精度，需要对天线辐射效率进行高精度的测量，在此基础上完成辐射计全链路系统的绝对定标。目前测量天线辐射效率的方法主要是对天线远场区封闭球面上电场进行积分计算得出天线辐射功率或定向性，在已经输入功率或增益的情况下，求出天线辐射效率，但是该方法测量精度较低，除了天线馈电端和吸波材料的反射，还受微波暗室系统中各种测试仪器误差源的影响，测量精度不能满足辐射计系统的高精度测试需求。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，提升了天线辐射效率的测试精度，使得多个小口径天线组成阵列的新体制辐射计系统应用中能够将定标结果推导至天线口面，完成辐射计系统的全链路定标。

2、本发明解决的技术方案为：基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，所述噪声注入平衡式接收系统通过控制内部定标信号t′n的注入时长，使得外部输入的噪声信号ta与内部定标信号t′n达到平衡，该方法步骤如下：

3、s1、测量得到天线全空间立体角内的归一化功率方向图f(θ,φ)，θ为俯仰角，φ为方位角，θ取值范围为0～180°，φ取值范围为0～360°；

4、s2、基于噪声注入平衡式接收系统的平衡模式工作原理，获取噪声注入平衡式接收系统内部的定标信号t′n；

5、s3、在噪声注入平衡式接收系统输入端连接天线，将口面定标源置于天线上，设置口面定标源温度为tc1，采集处理器输出相应的噪声注入时长τc1，基于噪声注入平衡式接收系统的平衡模式工作原理和步骤s2得到噪声注入平衡式接收系统内部的定标信号t′n，获取天线输出信号ta1；

6、s4、利用步骤s1中获取的天线功率方向图结合口面定标源的温度信号tc1和环境温度tp0，计算天线无辐射效率影响时的理想输出信号tideal_1；

7、s5、建立步骤s3噪声注入平衡式接收系统获取的天线输出信号ta1和步骤s4无辐射效率影响时天线理想输出信号tideal_1之间的关系，计算得到天线的辐射效率。

8、优选地，上述基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法还包括如下步骤：

9、s6、设置口面定标源的温度信号为tc2、tc3、…tcl…tcl，重复步骤s2-s5，得到天线分别观测口面定标源不同温度信号时的辐射效率，并通过多次观测结果平均得到天线的辐射效率，l＝1～l，l为温度信号数量。

10、优选地，所述步骤s2的具体步骤为：

11、将噪声注入平衡式接收系统的输入端连接同轴定标源，同轴定标源分别输出m个噪声信号ts1、ts2、……tsm，获取噪声注入平衡式接收系统达到平衡模式时相应的噪声注入时长τ1、τ2、……τm；

12、根据同轴定标源输出的噪声信号ts1、ts2、……tsm，噪声注入平衡式接收系统的物理温度tpu、噪声注入平衡式接收系统内部耦合器的耦合因子fnc、同轴定标源输出第m个噪声信号时采集处理器输出的噪声注入时长τ1、τ2、……τm，分别求解噪声注入平衡式接收系统接收同轴定标源m个噪声信号时的定标信号t′nm，m＝1～m；

13、对m个噪声信号时的定标信号t′nm求平均处理，得到噪声注入平衡式接收系统内部定标信号t′n。

14、优选地，所述噪声注入平衡式接收系统接收同轴定标源第m个噪声信号时的定标信号t′nm的计算公式为：

15、。

16、优选地，所述步骤s3中，天线输出信号ta1为：

17、

18、其中，tpu为噪声注入平衡式接收系统的物理温度，fnc为噪声注入平衡式接收系统内部耦合器的耦合因子。

19、优选地，所述理想输出信号tideal_1为：

20、

21、优选地，所述步骤s2～s4在微波暗室中进行，环境温度是指暗室温度。

22、优选地，所述噪声信号为亮温信号，取值范围为80k-320k。

23、优选地，所述同轴定标源的变温速度小于5s，输出亮温精度优于0.1k。

24、优选地，所述口面定标源能够辐射出80k-320k的可变亮温信号，发射率优于0.9999，亮温精度优于0.1k。

25、本发明与现有技术相比的优点在于：

26、(1)、本发明基于噪声注入接收机的平衡模式，建立了噪声注入平衡式接收系统，利用平衡模式完成噪声注入平衡式接收系统输入端信号的高精度测试。

27、(2)、本发明利用同轴定标源提供高精度噪声信号作为噪声注入平衡式接收系统的输入，按照噪声注入平衡式接收系统的平衡模式获取噪声注入平衡式接收系统内部的定标信号，并通过多个噪声信号的输入对定标信号求均值来进一步提升测试精度。

28、(3)、本发明在微波暗室中搭建了测试系统，屏蔽了干扰信号且利用简单的测温设备提供温度信息，即可建立天线无辐射效率影响时的理想输出信号。

29、(4)、本发明利用同轴定标源获取噪声注入平衡式接收系统的定标信号，再结合口面定标源完成天线输出信号的测试，通过天线理论输出信号与实测测试天线输出信号之间的关系，即完成了天线辐射效率的高精度测试。

技术特征：

1.基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，所述噪声注入平衡式接收系统通过控制内部定标信号t′n的注入时长，使得外部输入的噪声信号ta与内部定标信号t′n达到平衡，其特征在于步骤如下：

2.根据权利要求1所述的基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，其特征在于还包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种基于噪声注入接收机的天线辐射效率测试方法，其特征在于：所述步骤s2的具体步骤为：

4.根据权利要求1所述的基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，其特征在于所述噪声注入平衡式接收系统接收同轴定标源第m个噪声信号时的定标信号t′nm的计算公式为：

5.根据权利要求1所述的基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，其特征在于所述步骤s3中，天线输出信号ta1为：

6.根据权利要求1所述的基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，其特征在于所述理想输出信号tideal_1为：

7.根据权利要求1所述的基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，其特征在于所述步骤s2～s4在微波暗室中进行，环境温度是指暗室温度。

8.根据权利要求1所述的基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，其特征在于所述噪声信号为亮温信号，取值范围为80k-320k。

9.根据权利要求1所述的基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，其特征在于所述同轴定标源的变温速度小于5s，输出亮温精度优于0.1k。

10.根据权利要求1所述的基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法，其特征在于所述口面定标源能够辐射出80k-320k的可变亮温信号，发射率优于0.9999，亮温精度优于0.1k。

技术总结
本发明基于噪声注入平衡式接收系统的天线辐射效率测试方法：对天线全空间立体角内的归一化功率方向图进行测试；按照噪声注入接收机的平衡模式获取噪声注入接收机内部的定标信号；在噪声注入平衡式接收系统输入端连接天线，将口面定标源置于天线上，设置口面定标源温度，采集处理器输出相应的噪声注入时长，利用噪声注入平衡式接收系统的平衡模式和定标信号获取天线输出信号；利用天线功率方向图和口面定标源的温度信号、暗室温度，计算天线无辐射效率影响时的理想输出信号；建立噪声注入平衡式接收系统获取的天线输出信号和无辐射效率影响时天线理想输出信号之间的关系，计算得到天线的辐射效率。

技术研发人员：杨小娇,李一楠,宋广南,李鹏飞,郑敏,田牧,陈文新
受保护的技术使用者：西安空间无线电技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17