电磁功能结构多通道相位一致性快速测量方法及测量装置与流程

本发明属于天线罩电性能测试，涉及一种电磁功能结构多通道相位一致性快速测量方法及测量装置。

背景技术：

1、由于工艺原因，天线被制作出来后具有不同的物理特性。同一信号波在经由两个不同物理特性的天线接收时，其相位会产生偏转。对于根据阵列天线来说，这种偏转会对测向造成较大误差。因此，对于阵列天线和基于阵列天线设计的电磁功能结构来说，其相位一致性测量是十分重要的。

2、测试电磁功能结构的基元相位一致性时，转台方位轴转动带动阵列转动，阵列各基元不在转台转动中心，且与转动中心距离均不相同。

3、目前，与本发明较相近的是将利用位置偏移，不断调整天线阵中单元的实际位置，保证单元始终处于同一旋转中心，使电磁波到达每一个阵列单元的波程相同，去除路径对相位测量的影响。该方法耗费大量的人力，操作过程麻烦。

4、另一种方法是利用近似原理将波程传导模型进行简化，使光程差便于计算，并对相位进行校正。该方法简单易懂但精度较低。

技术实现思路

1、本发明的目的：针对单通道相位一致性测试技术测试速度较慢、需要人为调整单元位置的问题，通过对不同相位旋转中心对阵列单元的影响进行分析，通过对光程差校正的研究，提供一种电磁功能结构多通道相位一致性快速测量方法及测量装置。

2、本发明的技术方案：

3、一方面，提供一种电磁功能结构多通道相位一致性快速测量方法，所述方法当天线基线不在转台中心时，采用光程差相位校正算法将阵列基线转换至转台旋转中心，计算转换前后阵元的空间距离变化，将相位采样数据根据光程差进行相位校正；经过相位校正的采样数据通过相位数据处理，实现多通道相位一致性的快速测量。

4、所述光程差相位校正算法步骤如下：

5、步骤一、旋转雷达罩，获得各基元在不同角度上的测试数据；

6、步骤二、当基线与转台中心存在距离差，获得基线相对转台旋转中心的前后距离δ、基元i相对于转台旋转中心的左右距离xi；

7、步骤三、根据光程差校正公式(1)～公式(3)，校正左右距离xi、前后距离δ引起的偏差相位与偏差角度：

8、

9、其中，

10、r为转台旋转中心与发射源的光程；

11、θ为转台转动的角度；

12、λ为波长；

13、δ为基元i在辅助线的投影点到基元i的距离；

14、为校正后的基元i的入射角度；

15、为校正后的基元i距离发射源的光程；

16、为基元i经过光程差校正后的偏差相位；

17、φi(θ)为基元i的测试相位；

18、公式(1)为基元i的相位校正公式；

19、公式(2)为基元i的光程校正公式；

20、公式(3)为基元i的真实入射角度校正公式。

21、步骤四、利用公式(4)将步骤三中所述偏差相位值根据偏差角度转换至测试角度的相位值，得到基元i在测试角度θ下的相位校正值：

22、

23、其中，

24、θ为需要转换的测试角度；

25、φp(θ)为偏差相位转换至θ入射角的相位值；

26、为已知的偏差相位值。

27、所述相位数据处理步骤如下：

28、将基准基元校正后的相位数据按方位角为0°的值进行归一化；

29、将比较基元校正后的相位数据按基准基元方位角为0°的值进行归一化；

30、将比较基元归一化后的数据与基准基元归一化后的数据相减，得到相较数据；

31、使所述相较数据中的各个点值与数据平均值进行差值比较，计算比较数据的均方根值。

32、所述步骤一中角度范围为±80°，优选地，角度范围为±60°。

33、所述光程差是指阵列天线上的阵列基元的空间距离变化。

34、所述基准基元在阵列天线的基元中任意选择，一般选取位于边缘位置或者中心位置的基元，所述比较基元为除了基准基元的其他基元。

35、另一方面，还提供一种电磁功能结构多通道相位一致性快速测量装置，实现所述的快速测量方法，所述装置包括：

36、相位采样模块，用于阵列天线在转台转动过程中不同方位角下的各阵列基元的相位数据的采集；

37、相位校正模块，接收相位采样模块的输出，用于将相位采样数据根据光程差进行相位校正；

38、相位数据处理模块，接收相位校正模块的输出，用于各个基元的相位差的计算，转换前后阵元的空间距离变化，以及数据归一化，以及一致性评价分析；

39、输出模块，用于结果的输出及显示。

40、本发明的有益效果：

41、本发明在不挪动天线单元的位置的前提下，研究不同旋转中心形成的波程对相位引起偏移的变化，结合试验数据，提出了天线基线在转台中心时的光程差相位校正算法，和天线基线不在转台中心时的光程差相位校正算法，用以安全、高效的对电磁功能结构进行多通道相位一致性快速测试。具体地，

42、1、提出的公式使相位一致性测试不受旋转半径的约束，通过几何建模转换与光程差校正，准确地将存在旋臂的基元的相位测试数据转换到位于旋转中心的相位测试数据上。免去人为移动阵列基元的操作，提高了测试过程中的准确性。

43、2、本发明方法可简化测试过程，免去人为移动阵列基元的必要性，是本发明提质增效的基础。

44、3、本发明测量方法可以大幅提高电磁功能结构相位一致性测试效率，时间缩短至原有测试时间的1/n(n为天线罩测试的单元数，但受接收机采样速率影响，一般不大于6)。

技术特征：

1.电磁功能结构多通道相位一致性快速测量方法，其特征在于：当天线基线不在转台中心时，所述方法采用光程差相位校正算法将阵列基线转换至转台旋转中心，计算转换前后阵元的空间距离变化，将相位采样数据根据光程差进行相位校正；经过相位校正的采样数据通过相位数据处理，实现多通道相位一致性的快速测量。

2.根据权利要求1所述的快速测量方法，其特征在于：所述光程差相位校正算法步骤如下：

3.根据权利要求1所述的快速测量方法，其特征在于：所述相位数据处理步骤如下：

4.根据权利要求2所述的快速测量方法，其特征在于：所述步骤一中角度范围为±80°。

5.根据权利要求2所述的快速测量方法，其特征在于：所述步骤一中角度范围为±60°。

6.根据权利要求1所述的快速测量方法，其特征在于：所述光程差是指阵列天线上的阵列基元的空间距离变化。

7.根据权利要求3所述的快速测量方法，其特征在于：所述基准基元在阵列天线的基元中任意选择，所述比较基元为除了基准基元的其他基元。

8.一种电磁功能结构多通道相位一致性测量装置，实现如权利要求1所述的快速测量方法，其特征在于：所述装置包括：

技术总结本发明属于天线罩电性能测试技术领域，涉及一种电磁功能结构多通道相位一致性快速测量方法及测量装置，所述方法当天线基线不在转台中心时，采用光程差相位校正算法将阵列基线转换至转台旋转中心，计算转换前后阵元的空间距离变化，将相位采样数据根据光程差进行相位校正；经过相位校正的采样数据通过相位数据处理，实现多通道相位一致性的快速测量。本发明在不挪动天线单元的位置的前提下，研究不同旋转中心形成的波程对相位引起偏移的变化，结合试验数据，提出了天线基线在转台中心时的光程差相位校正算法，和天线基线不在转台中心时的光程差相位校正算法，用以安全、高效的对电磁功能结构进行多通道相位一致性快速测试。技术研发人员：张栋,吕明双受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司济南特种结构研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/4