一种改进的天线罩瞄准线误差计算方法

2011-12-03吴秉横张漠杰刘元云

制导与引信 2011年3期

关键词：单脉冲天线罩定标

杨冬, 吴秉横, 张漠杰, 刘元云

(1.中国人民解放军驻上海地区航天系统军事代表室;2.上海无线电设备研究所,上海200090)

0 引言

长期以来,作为衡量天线罩产品性能是否合格的重要标准之一,天线罩的电性能测试一直是天线罩领域和微波测量领域亟待解决的一个问题。瞄准线误差是衡量天线罩电性能的重要技术指标之一。

在测试过程中,由于单脉冲天线的差方向图在零深附近的增益电平很低,经常受到噪声的干扰导致天线罩的零深位置产生偏差,造成测试误差,因此确定一种稳定而且精度高的天线罩瞄准线误差测量和数据处理方法对于天线罩测试技术的发展具有重要的意义。

本文借助单脉冲天线差方向图在电轴附近的对称性,提出了一种改进的天线罩瞄准线误差计算方法,借助等电平平均法对开环寻零法测得的天线辐射方向图数据进行处理,计算天线辐射方向图的零深位置,确定天线罩的瞄准线误差。

1 天线罩瞄准线误差测量方法和系统

天线辐射的电磁波穿透天线罩,传播方向会发生变化。对于单脉冲天线而言,天线的电瞄准轴线会发生偏析,通常称其为瞄准线误差。由于单脉冲天线的差波束零深代表瞄准轴,因此天线罩瞄准线误差主要体现在天线差方向图的零深位置发生偏移。

目前测量天线罩的瞄准线误差主要有两种方法,即寻零方法和电子定标方法[1],基于这两种方法衍生出两种最为常见的测试系统[2]:寻零测试系统和电子定标测试系统。

1.1 寻零法

基于寻零法的测试系统根据处理方法不同分为闭环寻零系统和开环寻零系统[3]。天线罩电性能闭环寻零测试系统工作流程图如图1所示。当发射天线偏离瞄准轴时,检测网络会输出误差信号,测试程序对瞄准线的偏移做出预测,并将扫描架移动量反馈给伺服系统,驱动寻零器使发射天线再次对准测试天线,同时记录寻零器的位移量,经过数据转换网络将位移量转化为角度信号并记录。

对比有罩与无罩状态下的记录角度信号的变化便可获得天线罩的瞄准线误差。通过对天线扫描不同角度时天线罩瞄准线误差的记录,便可得出天线罩瞄准线误差随天线罩转角的变化情况,进而可以求出天线罩瞄准线误差斜率。

图1 天线罩电性能闭环寻零测试系统工作流程图

开环寻零系统与闭环寻零系统的区别是开环寻零系统在测试过程中并没有对瞄准线偏移的预测过程,即在测试过程中不会根据系统反馈的信息移动寻零器使发射天线再次对准测试天线。开环寻零测试通过扫描架带动发射天线在一段扫描范围内移动,获取在该范围内天线的辐射方向图,并记录下来。

通过对该测试方向图的后处理,通过确定方向图电平的最小值判断天线的零深位置,即瞄准轴。相对闭环寻零方法,开环寻零法的测试程序要简单易行,但是测试效率相对较低。

1.2 电子定标法

电子定标测试系统发射天线固定不动[4],在加罩前需要将接收天线的电轴与发射天线的电轴调整重合,此时检测网络输出为零或最小。加罩后,根据检测网络输出电压的幅度和信号便可以实现对瞄准线误差的测试,其中检测网络输出电压的幅度与瞄准线误差的大小成正比,符号反映了瞄准线误差偏移的方向。

电子定标测试系统的优点是不需要一套结构上复杂、精密的寻零器和伺服系统,天线的间距可以减小。

对比两种测试方法和系统,电子定标法对系统的需求较寻零法简单,但寻零系统更接近天线罩的实际工作状态。目前,基于电子定标法的测试系统主要应用于机载天线罩电性能的测试,而寻零法测试系统则在导弹天线罩电性能测试中应用广泛。

2 天线罩瞄准线误差计算方法改进

2.1 理论基础

天线罩引起的瞄准线误差在单脉冲天线方向图中,可用差方向图波束轴上的零值位置的偏移来描述。由于天线罩引起的零值位置的偏移只有零点几度,因此只需要对方向图的一小部分进行测试和计算。

然而由于天线在零值位置附近的增益电平很低,比较容易受到周边环境噪声的干扰,造成零值位置计算偏差,因此采用测试方向图最小值的位置作为零值位置有时具有一定的局限性。

由阵列综合理论可知,单脉冲天线的差方向图在零值左右理论上应该是对称的,如图2所示为单脉冲天线的差方向图。在测试过程中,该方向图可以通过开环寻零测试系统中的扫描架带动发射天线移动一定行程,记录固定不变的接收天线收到的电平得出。

图2 单脉冲天线的差方向图

根据单脉冲天线的该特点,结合测试系统的测试原理,在对天线罩的瞄准线误差进行计算时,可以在天线的方向图上选择某个大于零值电平的电平值,将等于该电平值的扫描架位置记录下来。零值位置左右两个等于该电平的扫描架位置值的平均,理论分析应该是天线差方向图的零值位置。为了提高零值位置,可以选择多个电平值,将根据每个电平值计算的零值位置进行平均,得出最终的零值位置。

如图3所示天线的零值位置计算示意图。