一种基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法及系统与流程

本申请涉及天线测试，具体而言，涉及一种基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法及系统。

背景技术：

1、利用波束形成技术，天线阵面可控制波束指向。然而，在工程应用中，鉴于硬件软件系统复杂性，天线阵面的波束指向精度受到多种因素影响，包括误差受硬件误差、控制与计算误差、环境误差、结构形变等。另外，正式产品交付前，检验研制设备波束指向精度很有必要。

2、传统的测试方法通常需要分别测量每个单一误差源，然后，通过误差合成模型计算总误差，过程繁琐且难以覆盖实际工作中的动态综合误差。

3、因此，有必要提供一种基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法及系统，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法及系统，能够解决上述提到的至少一个技术问题。具体方案如下：

2、根据本申请的具体实施方式，本申请提供一种基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法，包括：将带伺服机构的天线阵面与目标天线进行初始对准，通过调整伺服机构的方位使得天线阵面法线与目标天线对准，并获得并记录目标天线测量的初始参考信号电平；控制所述天线阵面的波束离轴角调整为指定角度，使所述天线阵面法线偏离目标天线；在所述天线阵面的波束离轴角保持不变的条件下，确定所述伺服机构要转动的理论方位角和理论俯仰角，以使所述天线阵面法线与所述目标天线重合；基于所确定的理论方位角和理论俯仰角，初步调整所述伺服机构，并对所述伺服机构的方位角和/或俯仰角重复进行微调处理，直到所述目标天线测量的信号电平达到最大值为止；基于预设容忍差条件，根据微调处理后获得的信号电平值与所述初始参考信号电平的差异，判定天线阵面波束指向精度。

3、进一步的，所述指定角度为3°～10°；所述确定所述伺服机构要转动的理论方位角和理论俯仰角时，将所述伺服机构的转动过程视为刚体运动。

4、进一步的，所述确定所述伺服机构要转动的理论方位角和理论俯仰角的步骤包括：利用球面坐标系与直角坐标系的转换关系，确定目标天线在天线坐标系下的初始相对位置；利用罗德里格斯旋转公式计算使波束重新指向目标天线所需的新方位向量。

5、进一步的，所述确定目标天线在天线坐标系下的初始相对位置，包括：通过建立参考坐标系和跟随天线阵面转动的天线坐标系，利用坐标变换矩阵将目标天线的空间方位映射至所述天线坐标系；其中，根据天线阵面，建立全局坐标系，以用作参考坐标系，并用于确定目标天线在空间中的绝对位置；建立天线坐标系，用于使所述天线阵面的波束相对于所述天线阵面法线产生偏转；计算从所述全局坐标系到所述天线坐标系的第一旋转矩阵和第二旋转矩阵以确定坐标变换矩阵。

6、进一步的，利用所确定的坐标变换矩阵，将全局坐标系转换为天线坐标系；在所述天线坐标系下，根据调整为指定角度的波束离轴角，确定天线阵面波束向量在球坐标系下的第一坐标表示，并转换为所述天线坐标系下的第二坐标表示；根据罗德里格斯公式，计算所述伺服机构的机械旋转量，即计算使偏离后的天线阵面波束重新与目标天线重合所需的伺服目标方位向量。

7、进一步的，所述初步调整所述伺服机构后，对所述伺服机构重复进行微调处理，包括：在初步调整所述伺服机构后，记录所述目标天线测量的初始信号电平值；对所述伺服机构在理论方位角和理论俯仰角附近进行多次方位扫描微调处理，每次微调后分别记录所述目标天线测量的信号电平值，并从中确定使信号电平达到最大值时对应的实际伺服位置。

8、进一步的，所述预设容忍差条件包括多次微调处理得到的信号电平值中的最大值与初始信号电平值之差小于或等于指定值；当多次微调处理得到的信号电平值中的最大值与初始信号电平值之差小于或等于所述指定值时，则判定所述天线阵面所发射的波束指向精度满足所述预设容忍差条件；当多次微调处理得到的信号电平值中的最大值与初始信号电平值之差大于所述指定值时，则判定所述天线阵面所发射的波束指向精度未满足所述预设容忍差条件；所述指定值为波束主瓣3db带宽的1/10。

9、进一步的，所述天线阵面包括作为待测端的发射天线，所述目标天线是作为辅助端的接收天线。

10、根据本申请的具体实施方式，本申请还提供一种基于伺服平台的天线阵面波束指向测试系统，包括：初始对准模块，用于将带伺服机构的天线阵面与目标天线进行初始对准，通过调整伺服机构的方位使得天线阵面法线与目标天线对准，并获得并记录目标天线测量的初始参考信号电平；控制确定模块，用于控制所述天线阵面的波束离轴角调整为指定角度，使所述天线阵面法线偏离目标天线；在所述天线阵面的波束离轴角保持不变的条件下，确定所述伺服机构要转动的理论方位角和理论俯仰角，以使所述天线阵面法线与所述目标天线重合；调整模块，用于基于所确定的理论方位角和理论俯仰角，初步调整所述伺服机构，并对所述伺服机构的方位角和/或俯仰角重复进行微调处理，直到所述目标天线测量的信号电平达到最大值为止；判定模块，用于基于预设容忍差条件，根据微调处理后获得的信号电平值与所述初始参考信号电平的差异，判定天线阵面波束指向精度。

11、进一步的，所述指定角度为3°～10°；当所述天线阵面的波束离轴角调整为所述指定角度时，使所述天线阵面法线偏离目标天线，在所述天线阵面法线偏离目标天线条件下，计算所述伺服机构要转动的角度理论值以使所述天线阵面法线与目标天线再重合，将所述伺服机构的转动过程视为刚体运动。

12、本申请实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

13、本申请通过确定天线阵面所发射的波束对准阵面法线时的初始参考状态，主动控制天线阵面所发射的波束偏离目标天线、即产生波束离轴角，再通过空间坐标变换和罗德里格斯旋转公式，实时解算出了目标天线方位（即目标点）的对应矢量、即伺服目标方位向量，可精确确定出现波束偏离角度后（即阵面法线偏离目标天线指定角度后）伺服机构需转动的方位角和俯仰角，通过进行多次实测扫描寻优以确定信号电平最大所对应的实际伺服位置，并进行理论值和实测值的误差评估，从而实现了电子波束指向的精准闭环。

1.一种基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法，其特征在于，所述指定角度为3°～10°；所述确定所述伺服机构要转动的理论方位角和理论俯仰角时，将所述伺服机构的转动过程视为刚体运动。

3.根据权利要求1或2所述的基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法，其特征在于，所述在所述天线阵面的波束离轴角保持不变的条件下，确定所述伺服机构要转动的理论方位角和理论俯仰角，以使所述天线阵面法线与所述目标天线重合，包括：

4.根据权利要求3所述的基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法，其特征在于，所述确定目标天线在天线坐标系下的初始相对位置，包括：

5.根据权利要求4所述的基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法，其特征在于，所述初步调整所述伺服机构后，对所述伺服机构重复进行微调处理，包括：

7.根据权利要求6所述的基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的基于伺服平台的天线阵面波束指向测试方法，其特征在于，所述天线阵面包括作为待测端的发射天线，所述目标天线是作为辅助端的接收天线。

9.一种基于伺服平台的天线阵面波束指向测试系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的基于伺服平台的天线阵面波束指向测试系统，其特征在于，