CN113589055B - 基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标自动测试方法 - Google Patents

基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标自动测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113589055B
CN113589055B CN202111051355.XA CN202111051355A CN113589055B CN 113589055 B CN113589055 B CN 113589055B CN 202111051355 A CN202111051355 A CN 202111051355A CN 113589055 B CN113589055 B CN 113589055B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aerial vehicle
unmanned aerial
antenna
test
phased array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111051355.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113589055A (zh
Inventor
顾祥龙
张砚秋
曹锐
王振坤
贺子祺
郝林
朱文昊
刘万洪
多令华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chinese People's Liberation Army 63660
Original Assignee
Chinese People's Liberation Army 63660
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chinese People's Liberation Army 63660 filed Critical Chinese People's Liberation Army 63660
Priority to CN202111051355.XA priority Critical patent/CN113589055B/zh
Publication of CN113589055A publication Critical patent/CN113589055A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113589055B publication Critical patent/CN113589055B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/10—Radiation diagrams of antennas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/60—Testing or inspecting aircraft components or systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/10—Radiation diagrams of antennas
    • G01R29/105—Radiation diagrams of antennas using anechoic chambers; Chambers or open field sites used therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标自动测试方法，针对半球形共形全空域相控阵天线，确定波束覆盖范围后设计无人机遍历点，而后对全空域相控阵测控***的接收品质因数(G/T值)、等效辐射全向功率(EIRP值)分别进行实施测试。该自动测试方法的优点在于：不需要复杂的基础设施，适用于外场测试需求，降低了测试成本；实现了全空域相控阵测控***指标的自动化测试，相比传统方案简化了操作流程，降低了测试难度，提高了测试效率和测试精度；通过控制无人机的飞行轨迹，可以实现相控阵***指标的自动测试，最后将测试结果按照波束指向角度进行存储，为之后的试验任务做好准备。

Description

基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标自动测试方法
技术领域
本发明属于飞行器试验靶场测控领域，具体涉及一种基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标自动测试方法。
背景技术
飞行器试验靶场测控***是靶场飞行试验的重要分***，遥测遥控***外场测试属于飞行器试验靶场测控***中的关键节点。根据测试需求和传统测试方案，对全空域相控阵***的品质因数(G/T值)和等效全向辐射功率(EIRP值)进行测试时，通常采取对塔测试模式，即架设标校塔对被测***进行测试(如图1、图2所示)。
在外场试验条件下进行***品质因数(G/T值)和等效全向辐射功率(EIRP值)测试时，存在两方面问题：一是任务外场一般无标校塔和其他高层建筑物，不具备对塔标校条件；二是选用的测量仪器均需要人工操作，流程复杂，无法满足自动化测试要求。
发明内容
进行全空域相控阵测控***外场测试时，为降低对测试设施的要求，使其适用于外场测试环境，提高测试全面性和自动化水平，本发明提出了一种基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标(即等效全向辐射功率(EIRP值)、接收品质因数(G/T值))自动测试方法。
本发明的测试方案主要包含接收品质因数(G/T值)(如图3所示)和等效全向辐射功率(EIRP值)(如图4所示)的测试。主要分为以下三个步骤：
(一)确定测试条件
主要包括场区条件、设备参试条件、测试中的限制条件等内容。
(二)设计飞行轨迹
1.确定波束覆盖范围
首先，要根据全空域相控阵天线的具体形状来确定波束覆盖范围，这里以半球形共形相控阵天线为例。从半球形共形相控阵天线的法向切面看去，相控阵天线通过波束赋形覆盖的子空域在相控阵天线表面的投影近似为一个圆形，其覆盖范围在方位/俯仰角上不超过ψ°，超过这个区域后，两侧的天线单元对天线波束增益的贡献度很小，如图5-1所示。
2.设计无人机遍历点
由于相控阵天线的波束增益对俯仰角较为敏感，在低仰角范围内天线波束投影形成圆的半径比高仰角范围内天线波束投影形成圆的半径要小，故覆盖的圆形更密。因此在设计无人机的飞行航迹时，在保证每个子空域都遍历的同时，还要考虑低仰角和高仰角对遍历点的影响，即分开设计低仰角和高仰角遍历点的方位和俯仰角。
由于一个有效的波束形成区域在相控阵表面的投影近似为一个圆形，为了保证相控阵天线对全空域的覆盖，选择多个圆外切于相控阵天线的表面进行覆盖，以达到近似等效的结果。圆的具体覆盖方法如图5-2所示。
为了简化计算过程，使用圆的内切等边三角形在相控阵表面进行覆盖，为了尽可能的覆盖更多面积，三角形的底边紧贴于半球形共形相控阵天线与地面接触的位置。已知半球形相控阵天线的半径为R，相控阵天线通过波束赋形覆盖的子空域在相控阵天线表面投影的覆盖范围在方位/俯仰角上不超过ψ°。低仰角部分设置为x(x≤ψ)，外切小圆半径为r＝tan(x/2)×R，小圆的内切三角形边长为s＝2×r×cos(30°)；高仰角部分设置为y(x<y≤ψ)，外切小圆半径为r1＝tan(y/2)×R，小圆的内切三角形边长为s1＝2×r1×cos(30°)。为保证对过顶空域的覆盖，无论根据俯仰角大小分为多少排，最高点的法向切线部分(E＝90°)都设置一个小圆，该小圆的半径与高仰角部分的外切小圆的半径相等，该小圆的内切三角形边长与高仰角部分的外切小圆的内切三角形边长相等。
如图5-2中第一排所示，首先以3/2个内切三角形边长为单位分为一组(以A和B为圆心形成两个圆形)，按照这个方法分下去，每两组之间多出一个公共三角形区域需要覆盖，即多出一个圆形。一共要遍历的排数为M，通过数值仿真计算得到每一排最多可分nm组，每一排最多可排列的三角形数目(即内切三角形圆心数目)为qm＝nm×2+(nm-1)，故某一排需要遍历的方位角度数为δm＝360/qm+360/qm×[0qm-1]，再通过空间几何计算得到每排内切三角形圆心点的俯仰角θm，综上，每个遍历点的坐标为(δm,θm)，其中m＝1,…,M。
(三)测试过程
1.接收品质因数(G/T值)测试(如图6所示)
(1)准备过程
步骤1：将全空域相控阵测控***(后面简称被测***)停在平坦空阔的场坪上，加电，自动调平；
步骤2：天线升起，标定被测***天线相位中心点坐标，并装订入测试软件；
步骤3：无人机上的设备加电，设置信标机输出功率St和频率Fg，通过标校天线输出S频段信号；
步骤4：根据事先标定的发射馈线插损Lt、标校天线增益Gt，计算得到信标发射的EIRP；
EIRP＝St-Lt+Gt (1-1)
该公式中，EIRP为标校塔等效全向辐射功率，St为标校塔发射信号功率，Lt为标校塔馈线损耗，Gt为标校塔发射天线增益；
步骤5：无人机地面控制终端将无人机实时定位坐标发送至测试软件，测试软件根据被测***天线相位中心坐标解算无人机和被测***距离Dg；
步骤6：被测***控制天线波束指向冷空，将接收链路增益调制最大，对收到的信号进行标定，测得噪声功率谱密度为N0，并装订入测试软件；
步骤7：根据标校天线、被测天线极化方式和俯仰角角度，将极化损耗Lp、大气及多径损耗La装订入测试软件。
(2)跟踪过程
步骤1：被测***控制波束，对准无人机信标；
步骤2：观察角误差解***况，确保角误差解调正常；
步骤3：若波束始终对准对应的信标，则放飞无人机。
(3)测试过程
步骤1：测试软件控制频谱仪，对收到的信号进行标定，测得信号功率Sg，计算得到信噪比Sg/N0；
步骤2：测试软件利用被测***坐标和无人机实时定位信息，计算两者之间直线距离，并根据测试使用的频率，计算出信号的空间传输损耗Lg；
Lg＝32.45+20lgFg(MHz)+20lgDg(km) (1-2)
步骤3：测试软件利用下式计算出在该角度、该频率下的G/T值：
G/T＝Sg/N0-EIRP+Lg+La+Lp+k (1-3)
该公式中k为玻尔兹曼常数。
步骤4：选择无人机飞行轨迹中的多个遍历点，重复测试步骤(1)～(3)，得到被测***多个遍历点下的G/T值；
步骤5：测试软件将***G/T值以波束指向角度(俯仰角和方位角)作为索引进行存储。
2.等效全向辐射功率(EIRP值)测试(如图7所示)
(1)准备工作
步骤1：将被测***停在平坦空阔的场坪上，加电，自动调平；
步骤2：天线升起，标定被测***天线相位中心坐标，并装订入测试软件；
步骤3：无人机上搭载功率计，通过标校天线接收信号；
步骤4：无人机地面控制终端将无人机实时定位数据发送至测试软件，测试软件根据被测***天线相位中心坐标解算无人机和被测***距离De；
步骤5：将标校天线增益Gr、标校天线和功率计之间的馈线损耗Lr，装订入测试软件；
步骤6：根据标校天线、被测天线极化方式和俯仰角角度，将极化损耗Lp、大气及多径损耗La装订入测试软件。
(2)跟踪过程
步骤1：被测***控制波束，对准无人机信标；
步骤2：观察角误差解***况，确保角误差解调正常；
步骤3：若波束始终对准对应的信标，则放飞无人机。
(3)测试过程
步骤1：
a)设置时钟本振源发射本振为低本振2150MHz，对应L频段发射，L频段频率设置为F1；
b)设置时钟本振源发射本振为高本振2450MHz，对应S频段发射，S频段频率设置为F2；
步骤2：被测***控制天线波束指向无人机，测试软件设定输出功率值，被测***输出单载波，信号功率为中强的信号；
步骤3：无人机上的功率计收到信号后，调整被测***输出功率为最大，将功率计测得的实时信号功率Se通过反向链路回传给无人机控制终端，最后无人机控制终端通过试验网将实时信号功率转发至测试软件；
步骤4：利用被测***坐标、无人机坐标、测试用的频率，测试软件计算出信号的空间传输损耗Le；
步骤5：利用下式计算出***在该角度、该频率下的EIRP值；
EIRP＝Se+Le+La+Lp+Lr-Gr (1-5)
步骤6：选择无人机飞行过程中的多个遍历点，天线对无人机稳定跟踪，重复步骤(2)～(5)，得到被测***多个遍历点下的EIRP值；
步骤7：将***EIRP值以波束指向角度作为索引在测试软件中进行存储。
本发明的优点在于：
1.不需要复杂的基础设施，适用于外场测试需求，降低了测试成本；
2.实现了全空域相控阵测控***指标的自动化测试，相比传统方案简化了操作流程，降低了测试难度，提高了测试效率和测试精度；
3.通过控制无人机的飞行轨迹，可以实现相控阵***指标的自动测试，最后将测试结果按照波束指向角度进行存储，为之后的试验任务做好准备。
附图说明
图1是传统接收品质因数(G/T值)测试方法。
图2是传统等效全向辐射功率(EIRP值)测试方法。
图3是本发明设计的接收品质因数(G/T值)测试方法。
图4是本发明设计的等效全向辐射功率(EIRP值)测试方法。
图5-1是本发明中天线波束投影示意图。
图5-2是本发明中半球形共形相控阵天线外切小圆分布图。
图6是本发明设计的接收品质因数(G/T值)测试方法的流程图。
图7是本发明设计的等效全向辐射功率(EIRP值)测试方法的流程图。
图8是本发明中半球形共形相控阵天线半径和小圆的关系示意图。
具体实施方式
全空域相控阵测控***指标自动测试方法，针对遥测遥控***外场测试时基础设施要求高、覆盖范围不够、测试流程复杂等难题，在对无人机的飞行轨迹进行规划，对无人机航迹上坐标点的G/T值和EIRP值进行计算的基础上，将全空域相控阵测控***指标自动测试方法分为确定测试条件、设计飞行轨迹、实施测试步骤三个部分，最终计算得到关键性能指标，为全空域相控阵遥测遥控***的外场测试提供重要依据。
实施例：
参试设备包括一套全空域相控阵测控***、一架无人机、一套基准站、一套无人机地面控制终端。
(一)确定测试条件
一架搭载有S频段信标机、标校天线、具有GPS定位功能的无人机；
一套能够与无人机建立通信和控制链路的地面控制终端。
(二)设计飞行轨迹
1.确定波束覆盖范围
以半球共形相控阵天线为例，其天线波束覆盖范围在方位/俯仰角上不超过ψ＝60。
2.设计无人机遍历点
选择圆的内切等边三角形在相控阵表面进行覆盖，三角形的底面紧贴于半球形共形相控阵天线与地面接触的位置。已知半球形相控阵天线的半径为R＝1m。低仰角部分(第一排)设置为x＝30°，小圆的半径r≈0.27m，内切三角形的边长s≈0.46m；高仰角部分设置为y＝40°，小圆半径r1≈0.36m，内切三角形的边长s1≈0.63m(如图8所示)。为保证对过顶空域的覆盖，无论根据俯仰角大小分为多少排，最高点的法向切线部分E＝90°都设置一个小圆，小圆半径和小圆的内切三角形边长与高仰角部分设置相同。
小圆覆盖完半球表面后，对于每排小圆以3/2个内切三角形边长为单位分为一组，按照这个方法分下去，每两组之间多出一个公共三角形区域需要覆盖，此处需要多累加一个。通过数值仿真计算得到每一排最多排列的等边三角形数目分别为q1＝26、q2＝11、q3＝5、q4＝2、q5＝1，一共要遍历的排数为M＝5。
通过计算，半球形共形相控阵天线第一排最多排列26个三角形，以三角形中心点为无人机遍历点，其方位角和俯仰角分别为：(13.8,7.5)(27.6,7.5)(41.4,7.5)(55.2,7.5)(69,7.5)(82.8,7.5)(96.6,7.5)(110.4,7.5)(124.2,7.5)(138,7.5)(151.8,7.5)(165.6,7.5)(179.4,7.5)(193.2,7.5)(207,7.5)(220.8,7.5)(234.6,7.5)(248.4,7.5)(262.2,7.5)(276,7.5)(289.8,7.5)(303.6,7.5)(317.4,7.5)(331.2,7.5)(345,7.5)(358.8,7.5)；
半球形共形相控阵天线第二排最多排列11个三角形，以三角形中心点为无人机遍历点，其方位角和俯仰角分别为：(32.7,26.1)(65.4,26.1)(98.1,26.1)(130.8,26.1)(163.5,26.1)(196.2,26.1)(228.9,26.1)(261.6,26.1)(294.3,26.1)(327,26.1)(359.7,26.1)；
半球形共形相控阵天线第三排最多排列5个三角形，以三角形中心点为无人机遍历点，其方位角和俯仰角分别为：(72,53.1)(144,53.1)(216,53.1)(288,53.1)(360,53.1)；
半球形共形相控阵天线第四排最多排列2个三角形，以三角形中心点为无人机遍历点，其方位角和俯仰角分别为：(180,80.1)(360,80.1)；
半球形共形相控阵天线第五排最多排列1个三角形，以三角形中心点为无人机遍历点，其方位角和俯仰角为：(0,90).
(三)实施测试步骤
1.接收品质因数(G/T值)测试
(1)准备过程
步骤1：将被测***(L＝87.49539B＝41.72695H＝1165)停在平坦空阔的场坪上，加电，自动调平；
步骤2：天线升起，标定被测***天线相位中心点坐标，并装订入测试软件；
步骤3：无人机上的设备加电，设置信标机输出功率St，通过标校天线输出S频段信号，其频点为Fg＝2206.25MHz；
步骤4：根据事先标定的发射馈线插损Lt＝3.3dBW、标校天线增益Gt＝15dBW，利用下式计算得到信标发射的EIRP＝-72.6；
EIRP＝St-Lt+Gt (1-1)
该公式中，ERIP为标校塔等效全向辐射功率，St为标校塔发射信号功率，Lt为标校塔馈线插损，Gt为标校塔发射天线增益；
步骤5：无人机地面控制终端将无人机实时定位数据发送至测试软件，测试软件根据被测***天线相位中心坐标解算无人机和被测***距离Dg；
步骤6：被测***控制天线波束指向冷空，将接收链路增益调制最大，对收到的信号进行标定，测得噪声功率谱密度为N0，并装订入测试软件；
步骤7：根据标校天线、被测天线极化方式和俯仰角角度，将极化损耗Lp＝3dBW，大气及多径损耗La＝1dBW装订入测试软件。
(2)跟踪过程
步骤1：被测***控制波束，对准无人机信标；
步骤2：观察角误差解***况，确保角误差解调正常；
步骤3：若波束始终对准对应的信标，则放飞无人机。
(3)测试过程
步骤1：测试软件控制频谱仪，对收到的信号进行标定，测得信号功率Sg，计算得到信噪比Sg/N0；
步骤2：测试软件利用被测***坐标和无人机实时定位信息，计算两者之间直线距离，并根据测试使用的频率，利用下式计算出信号的空间传输损耗Lg；
Lg＝32.45+20lgFg(MHz)+20lgDg(km) (1-2)
步骤3：测试软件利用下式计算出在该角度、该频率下的G/T值。
G/T＝Sg/N0-EIRP+Lg+La+Lp+k (1-3)
其中k为玻尔兹曼常数，k＝-228.6dBW/Hz/K；
步骤4：选择无人机飞行轨迹中的多个遍历点，重复测试步骤(1)～(3)，得到被测***多个遍历点下的G/T值；
步骤5：测试软件将***G/T值以波束指向角度(俯仰角和方位角)作为索引进行存储。
(4)数据记录
无人机绕被测***测试完毕后，从无人机控制终端向测试软件转发的定位坐标中筛选以下遍历点进行保存，如表1-1所示。
表1-1G/T值测试关键遍历点坐标一览表
信标机工作频点Fg＝2206.25MHz，接收***品质因数(G/T值)测试记录如表1-2所示。
表1-2接收***品质因数测试记录表
2.等效全向辐射功率(EIRP值)测试
(1)准备过程
步骤1：将被测***(L＝87.49539B＝41.72695H＝1165)停在平坦空阔的场坪上，加电，自动调平；
步骤2：天线升起，标定被测***天线相位中心坐标，并装订入测试软件；
步骤3：无人机上搭载功率计，通过标校天线接收信号。
步骤4：无人机地面控制终端将无人机实时定位数据发送至测试软件，测试软件根据被测***天线相位中心坐标解算无人机和被测***距离De。
步骤5：被测***发射信号频率为F1＝1765MHz时，对应标校天线增益为Gr＝15dBW；被测***发射信号频率为F2＝2025MHz时，对应标校天线增益为Gr＝16.5dBW、标校天线和功率计之间的馈线损耗Lr＝3dBW，装订入测试软件；
步骤6：根据标校天线、被测天线极化方式和俯仰角角度，将极化损耗Lp＝3dBW、大气及多径损耗La＝1装订入测试软件。
(2)跟踪过程
步骤1：被测***控制波束，对准无人机信标；
步骤2：观察角误差解***况，确保角误差解调正常；
步骤3：若波束始终对准对应的信标，则放飞无人机。
(3)测试过程
步骤1：
a)设置时钟本振源发射本振为低本振2150MHz，对应L频段发射，频率设置为F1＝1765MHz；
b)设置时钟本振源发射本振为高本振2450MHz，对应S频段发射，频率设置为F2＝2025MHz；
步骤2：被测***控制天线波束指向无人机，测试软件设定输出功率值，被测***输出单载波，信号功率为中强的信号；
步骤3：无人机上的功率计收到信号后，调整被测***输出功率为最大，将功率计测得的实时信号功率Se通过反向链路回传给无人机控制终端，最后无人机控制终端通过试验网将实时信号功率转发至被测***；
步骤4：利用被测***坐标、无人机坐标、测试用的频率F1/F2，测试软件计算出信号的空间传输损耗Le；
步骤5：利用下式计算出***在该角度、该频率下的EIRP值；
EIRP＝Se+Le+La+Lp+Lr-Gr (1-4)
步骤6：选择无人机飞行过程中的多个遍历点，天线对无人机稳定跟踪，重复步骤(2)～(5)，得到被测***多个遍历点下的EIRP值；
步骤7：将***EIRP值以波束指向角度作为索引在测试软件中进行存储。
(4)数据记录
被测***使用L频段发射信号，无人机绕被测***测试完毕后，从无人机控制终端向测试软件转发的定位坐标中筛选出以下遍历点进行保存，如表1-3所示。
表1-3EIRP值测试关键遍历点坐标一览表
/>
/>
被测***工作频点为1765MHz，等效全向辐射功率(EIRP值)测试记录如表1-4所示。
表1-4等效全向辐射功率测试记录表(F1＝1765MHz)
/>
/>
被测***使用S频段发射信号，无人机绕被测***测试完毕后，从无人机控制终端向测试软件转发的定位坐标中筛选出确定遍历点进行保存，如表1-3所示。
被测***工作频点为2025MHz，等效全向辐射功率(EIRP值)测试记录如表1-5所示。
表1-5等效全向辐射功率测试记录表(F2＝2025MHz)
/>
/>
上述实施例仅示例性说明本发明的方法步骤及其核心思想，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标自动测试方法，其特征是包括以下步骤：
S1.确定测试条件：包括场区条件、设备参试条件、测试中的限制条件，其中参试设备包括一套全空域相控阵测控***，一架搭载有S频段信标机、标校天线、具有GPS定位功能的无人机，一套基准站，一套能够与无人机建立通信和控制链路的无人机地面控制终端；
S2.设计飞行轨迹：
(1)确定波束覆盖范围：针对半球形共形全空域相控阵天线，相控阵天线通过波束赋形覆盖的子空域在相控阵天线表面投影的覆盖范围在方位/俯仰角上不超过ψ°；
(2)设计无人机遍历点
使用圆的内切等边三角形在半球形共形相控阵天线表面进行覆盖，使该三角形的底边紧贴于半球形共形相控阵天线与地面接触的位置，对于低仰角部分，外切小圆半径为r＝tan(x/2)×R、该小圆的内切三角形边长为s＝2×r×cos(30°)，对于高仰角部分，外切小圆半径为r1＝tan(y/2)×R、该小圆的内切三角形边长为s1＝2×r1×cos(30°)，其中R为半球形共形相控阵天线的半径、x为低仰角部分的角度且x≤ψ、y为高仰角部分的角度且x<y≤ψ；对于半球形共形相控阵天线表面的最高点的法向切线部分，设置一个小圆，该小圆半径与高仰角部分的外切小圆半径相等，该小圆的内切三角形边长与高仰角部分的外切小圆的内切三角形边长相等；
小圆覆盖半球形共形相控阵天线表面后，对于每排小圆以3/2个内切三角形边长为单位分为一组，每两组之间多出一个公共三角形区域，该区域多累加一个外切小圆，通过数值仿真计算得到每一排最多可分nm组，每一排最多可排列的内切三角形数目为qm＝nm×2+(nm-1)；每一排需要遍历的方位角度数为δm＝360/qm+360/qm×[0qm-1]，再通过空间几何计算得到每一排内切三角形圆心点的俯仰角即得每个遍历点的坐标为(δm,θm)，其中m＝1,…,M，M为半球形共形相控阵天线表面需要遍历的排数；
S3.对全空域相控阵测控***的接收品质因数、等效辐射全向功率分别进行实施测试
接收品质因数测试包括以下子步骤：
(1)准备过程
步骤1：将全空域相控阵测控***停在平坦空阔的场坪上，加电，自动调平；
步骤2：天线升起，标定被测***天线相位中心点坐标，并装订入测试软件；
步骤3：无人机上的设备加电，设置信标机输出功率St和频率Fg，通过标校天线输出S频段信号；
步骤4：根据事先标定的发射馈线插损Lt、标校天线增益Gt，利用下式计算得到信标发射的EIRP；
EIRP＝St-Lt+Gt
其中EIRP为标校塔等效全向辐射功率，St为标校塔发射信号功率，Lt为标校塔馈线损耗，Gt为标校塔发射天线增益；
步骤5：无人机地面控制终端将无人机实时定位坐标发送至测试软件，测试软件根据被测***天线相位中心坐标解算无人机和被测***距离Dg；
步骤6：被测***控制天线波束指向冷空，将接收链路增益调制最大，对收到的信号进行标定，测得噪声功率谱密度为N0，并装订入测试软件；
步骤7：根据标校天线、被测天线极化方式和俯仰角角度，将极化损耗Lp、大气及多径损耗La装订入测试软件；
(2)跟踪过程
步骤1：被测***控制波束，对准无人机信标；
步骤2：观察角误差解***况，确保角误差解调正常；
步骤3：若波束始终对准对应的信标，则放飞无人机；
(3)测试过程
步骤1：测试软件控制频谱仪，对收到的信号进行标定，测得信号功率Sg，计算得到信噪比Sg/N0；
步骤2：测试软件利用被测***坐标和无人机实时定位信息，计算两者之间直线距离，并根据测试使用的频率，利用下式计算出信号的空间传输损耗Lg；
Lg＝32.45+20lgFg(MHz)+20lgDg(km)；
步骤3：测试软件利用下式计算出在该角度、该频率下的G/T值：
G/T＝Sg/N0-EIRP+Lg+La+Lp+k
该公式中k为玻尔兹曼常数；
步骤4：选择无人机飞行轨迹中的多个遍历点，重复测试子步骤(1)～(3)，得到被测***多个遍历点下的G/T值；
步骤5：测试软件将被测***G/T值以波束指向角度作为索引进行存储；
等效全向辐射功率测试包括以下子步骤：
(1)准备工作
步骤1：将全空域相控阵测控***停在平坦空阔的场坪上，加电，自动调平；
步骤2：天线升起，标定被测***天线相位中心坐标，并装订入测试软件；
步骤3：无人机上搭载功率计，通过标校天线接收信号；
步骤4：无人机地面控制终端将无人机实时定位数据发送至测试软件，测试软件根据被测***天线相位中心坐标解算无人机和被测***距离De；
步骤5：将标校天线增益Gr、标校天线和功率计之间的馈线损耗Lr，装订入测试软件；
步骤6：根据标校天线、被测天线极化方式和俯仰角角度，将极化损耗Lp、大气及多径损耗La装订入测试软件；
(2)跟踪过程
步骤1：被测***控制波束，对准无人机信标；
步骤2：观察角误差解***况，确保角误差解调正常；
步骤3：若波束始终对准对应的信标，则放飞无人机；
(3)测试过程
步骤1：
a)设置时钟本振源发射本振为低本振2150MHz，对应L频段发射，L频段频率设置为F1；
b)设置时钟本振源发射本振为高本振2450MHz，对应S频段发射，S频段频率设置为F2；
步骤2：被测***控制天线波束指向无人机，测试软件设定输出功率值，被测***输出单载波，信号功率为中强的信号；
步骤3：无人机上的功率计收到信号后，调整被测***输出功率为最大，将功率计测得的实时信号功率Se通过反向链路回传给无人机控制终端，最后无人机控制终端通过试验网将实时信号功率转发至测试软件；
步骤4：利用被测***坐标、无人机坐标、测试用的频率，测试软件利用下式计算出信号的空间传输损耗Le；
Le＝32.45+20lgF1(MHz)+20lgDe(km)
Le＝32.45+20lgF2(MHz)+20lgDe(km)
步骤5：利用下式计算出被测***在该角度、该频率下的EIRP值；
EIRP＝Se+Le+La+Lp+Lr-Gr
步骤6：选择无人机飞行过程中的多个遍历点，天线对无人机稳定跟踪，重复步骤2～5，得到被测***多个遍历点下的EIRP值；
步骤7：将***EIRP值以波束指向角度作为索引在测试软件中进行存储。
CN202111051355.XA 2021-09-08 2021-09-08 基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标自动测试方法 Active CN113589055B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111051355.XA CN113589055B (zh) 2021-09-08 2021-09-08 基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标自动测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111051355.XA CN113589055B (zh) 2021-09-08 2021-09-08 基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标自动测试方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113589055A CN113589055A (zh) 2021-11-02
CN113589055B true CN113589055B (zh) 2024-05-10

Family

ID=78241413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111051355.XA Active CN113589055B (zh) 2021-09-08 2021-09-08 基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标自动测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113589055B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114447635B (zh) * 2022-04-11 2022-08-26 西安星通通信科技有限公司 一种提高共形相控阵天线eirp的方法与***
CN115629240B (zh) * 2022-12-01 2023-03-28 北京航天驭星科技有限公司 相控阵天线方向图在轨测试方法、装置、电子设备及介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104101786A (zh) * 2014-06-24 2014-10-15 中国电子科技集团公司第十研究所 全空域有源多波束球面相控阵天线方向图测量***
CN110596470A (zh) * 2019-09-09 2019-12-20 西北工业大学 一种利用无人机和差分gnss定位的天线测试方法
CN110779512A (zh) * 2019-10-22 2020-02-11 中国人民解放军63660部队 一种测控设备精度鉴定飞行试验航线规划方法
CN111682908A (zh) * 2020-05-31 2020-09-18 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 基于无人机的相控阵***收发通道一致性标校方法
CN111830332A (zh) * 2020-06-29 2020-10-27 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 全空域曲面阵多标校区域联合标校方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9853712B2 (en) * 2014-02-17 2017-12-26 Ubiqomm Llc Broadband access system via drone/UAV platforms

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104101786A (zh) * 2014-06-24 2014-10-15 中国电子科技集团公司第十研究所 全空域有源多波束球面相控阵天线方向图测量***
CN110596470A (zh) * 2019-09-09 2019-12-20 西北工业大学 一种利用无人机和差分gnss定位的天线测试方法
CN110779512A (zh) * 2019-10-22 2020-02-11 中国人民解放军63660部队 一种测控设备精度鉴定飞行试验航线规划方法
CN111682908A (zh) * 2020-05-31 2020-09-18 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 基于无人机的相控阵***收发通道一致性标校方法
CN111830332A (zh) * 2020-06-29 2020-10-27 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 全空域曲面阵多标校区域联合标校方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
相控阵天线远场测试场测量方法;窦晓杰;程乃平;倪淑燕;;现代电子技术;20130501(第09期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113589055A (zh) 2021-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113589055B (zh) 基于无人机平台的全空域相控阵测控***指标自动测试方法
CN107431508B (zh) 用于与用户天线进行通信的过程和装置
EP3272019B1 (en) Generation and use of similar multiple beams
CN111682908B (zh) 基于无人机的相控阵***收发通道一致性标校方法
CN107783087A (zh) 球面相控阵天线近场通道标校链路的自校正方法
CN110308746A (zh) 一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法
CN111948465A (zh) 机载超短波天线方向图uav辅助测试***
CN107968686B (zh) 300MHz-800MHz模拟电视台站发射功率辐射测试方法
CN111537807A (zh) 无人机辅助测试大机动飞行状态天线方向图的方法
CN109581080B (zh) 用于评估短波天线性能的空中测试设备
CN101848045B (zh) 一种测量双极化智能天线业务波束的基准方向的方法
CN111624414A (zh) 无人机辅助测试大机动飞行状态天线方向图的方法
US20230231619A1 (en) Beam pointing fine tuning for vehicle-based antennas
CN109905185B (zh) 一种基于飞行器的全空域相控阵天线校准***及方法
CN111308227A (zh) 一种短波天线方向图测量***
Parini et al. Untethered near‐field drone‐based antenna measurement system for microwave frequencies using multiple reference antennas for phase and drone location recovery
CN115336428B (zh) 一种箭弹载中继终端相控阵天线波束指向测试方法
Fan et al. In situ antenna pointing angle calibration for Q-band satellite ground station
CN111883919B (zh) 一种全角域对空组网型自适应天线设计方法
CN113765574A (zh) 一种高通量卫星多频点同步寻星方法
CN107979427B (zh) 300MHz-800MHz模拟电视台站发射功率辐射测试***
CN209400690U (zh) 基于无人机的遥感卫星接收***的远程标校装置
CN115296712B (zh) 具有环形定向天线阵切换功能的数据链装置的切换方法
CN113595657B (zh) 基于太阳噪声的无线电测控设备校相方法及装置
CN113625316B (zh) 基于双圆极化相控阵天线模型提高gnss-r天线增益的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant