白宇 陳金龍 衛(wèi)學(xué)新

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)的雷達(dá)技術(shù)不斷發(fā)展起來(lái)。針對(duì)雷達(dá)天線測(cè)試技術(shù)也提出了更高的要求，希望能夠不斷提高其精準(zhǔn)度。傳統(tǒng)的天線測(cè)試技術(shù)主要是利用遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試，這種測(cè)試易受到環(huán)境的影響，存在一定的局限性。于是就產(chǎn)生了相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)，它具有精確度高、抗干擾能力強(qiáng)、探測(cè)遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)，也因此得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要對(duì)相控陣?yán)走_(dá)天線進(jìn)行概述，并對(duì)雷達(dá)天線近場(chǎng)多任務(wù)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不斷提高相控陣?yán)走_(dá)天線的測(cè)試效率。

關(guān)鍵詞：相控陣?yán)走_(dá);天線;多任務(wù)測(cè)試;設(shè)計(jì)

近場(chǎng)測(cè)試技術(shù)從開始應(yīng)用至今已經(jīng)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，其技術(shù)也在不斷的完善。而隨著我國(guó)雷達(dá)研制水平的不斷提高，相控陣?yán)走_(dá)天線不斷發(fā)展起來(lái)，成為現(xiàn)階段雷達(dá)的主要研究方向。而它的出現(xiàn)也對(duì)近場(chǎng)測(cè)試有了更高的要求，由傳統(tǒng)的單波束、單頻率變化成多波束、多頻率的測(cè)試方式，過(guò)程也越來(lái)越復(fù)雜。為了能夠滿足雷達(dá)的測(cè)試需求，需要不斷研究近場(chǎng)測(cè)試技術(shù)并對(duì)其多任務(wù)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而可以有效提高測(cè)試精度。

一、相控陣?yán)走_(dá)天線概述

相控陣?yán)走_(dá)天線的實(shí)現(xiàn)方式有頻率掃描和相位掃描，它主要是利用電子來(lái)對(duì)雷達(dá)波束進(jìn)行指引，幫助其在空間中進(jìn)行無(wú)慣性的掃描。這一天線系統(tǒng)主要由天線單元、控制系統(tǒng)、信號(hào)功率分配等組成，其中在系統(tǒng)的天線單元上會(huì)安裝移相器，利用移相器來(lái)使天線輻射信號(hào)的相位發(fā)生改變[1]。信號(hào)之間幅度主要是利用分配網(wǎng)絡(luò)和功率加權(quán)來(lái)進(jìn)行改變，如果利用波束控制計(jì)算機(jī)來(lái)改變天線的幅度和相位，就可以得到天線口徑照射函數(shù)，從而能夠讓天線波束的指向和形狀發(fā)生改變。

二、天線近場(chǎng)測(cè)試的原理及功能需求分析

相控陣?yán)走_(dá)的天線輻射具有遠(yuǎn)場(chǎng)特性，在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中需要天線與信號(hào)源之間存在一定的距離才能夠準(zhǔn)確測(cè)量。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的限制，范圍十分有限，通過(guò)近場(chǎng)測(cè)試的方式更能夠突出測(cè)試優(yōu)勢(shì)。近場(chǎng)測(cè)試主要是通過(guò)抽樣的方式，利用探頭來(lái)探測(cè)相控陣天線表面的幅度和香味。一般來(lái)說(shuō)，相控陣天線利用近場(chǎng)測(cè)試的方式更為準(zhǔn)確。由于天線表面的幅相特性存在差異，在近場(chǎng)測(cè)試中就可以利用探頭進(jìn)行測(cè)量。接著，通過(guò)電磁場(chǎng)平面波展開理論就可以進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。相控陣?yán)走_(dá)天線的測(cè)試過(guò)程中近場(chǎng)測(cè)試優(yōu)勢(shì)顯著：它可以作為診斷工具，來(lái)對(duì)天線進(jìn)行故障檢測(cè);還可以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)量，不受氣候、環(huán)境的影響;可以較好地屏蔽干擾信號(hào)，保持測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性;此外，近場(chǎng)測(cè)試獲得的測(cè)量信息遠(yuǎn)多于遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試。

然而，在實(shí)際的近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)者首先做好軟件需求的分析，其主要有以下幾個(gè)方面。（1）所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠達(dá)到通用化的需求，可以在全測(cè)試周期內(nèi)處于可配置的狀態(tài)。要想實(shí)現(xiàn)該功能就需要在系統(tǒng)中多設(shè)置一些輸入接口、軟件界面、配置通信協(xié)議等，從而可以達(dá)到通用化的目的，能夠針對(duì)各種相控陣天線進(jìn)行測(cè)試[2]。（2）在測(cè)試過(guò)程中需要滿足多任務(wù)的測(cè)試，單任務(wù)測(cè)試在時(shí)代發(fā)展的過(guò)程中已經(jīng)不能滿足相控陣?yán)走_(dá)天線的測(cè)試需求。對(duì)此，需要為近場(chǎng)天線測(cè)試系統(tǒng)設(shè)置多任務(wù)，利用多個(gè)波束和頻率測(cè)試，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)更為高效的測(cè)試。

三、相控陣?yán)走_(dá)天線近場(chǎng)多任務(wù)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

（一）架構(gòu)設(shè)計(jì)方法

在相控陣?yán)走_(dá)天線近場(chǎng)多任務(wù)測(cè)試系統(tǒng)中采用的設(shè)計(jì)方法主要有架構(gòu)設(shè)計(jì)、多任務(wù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要是依靠軟件來(lái)預(yù)設(shè)參數(shù)，利用數(shù)據(jù)處理軟件來(lái)進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的處理，這樣可以得出具體的圖像。一般來(lái)說(shuō)，架構(gòu)設(shè)計(jì)是多任務(wù)測(cè)試系統(tǒng)中最為基礎(chǔ)而重要的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)過(guò)程主要使利用構(gòu)件化設(shè)計(jì)，通過(guò)相應(yīng)的軟件將其組成元素，再通過(guò)接口來(lái)產(chǎn)生特定的服務(wù)，從而為系統(tǒng)的開發(fā)提供支持[3]。在此過(guò)程中，需要利用構(gòu)建管理工具才能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)的管理。這樣一來(lái)，針對(duì)系統(tǒng)開法可以進(jìn)一步復(fù)制構(gòu)件，最后控制版本。一般情況下，會(huì)使用GetTypes靜態(tài)方法來(lái)獲取構(gòu)件并對(duì)構(gòu)件的類型進(jìn)行判斷，以此來(lái)完成架構(gòu)的設(shè)計(jì)。

（二）多任務(wù)設(shè)計(jì)方法

多任務(wù)設(shè)計(jì)是相控陣?yán)走_(dá)天線近場(chǎng)測(cè)試中最為主要的設(shè)計(jì)，需要設(shè)計(jì)者注意好各波束的狀態(tài)，針對(duì)它們的狀態(tài)來(lái)設(shè)計(jì)波控分系統(tǒng)，讓天線在測(cè)試的過(guò)程中能夠接收到波控指令，進(jìn)而能夠處理波控分系統(tǒng)，從而控制波束掃描過(guò)程[4]。一般情況下，多任務(wù)設(shè)計(jì)的目的主要是在測(cè)試過(guò)程中，讓天線能夠全面的掃描各種波束，進(jìn)而再通過(guò)系統(tǒng)來(lái)控制天線波束和頻率的變化，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)同步切換，提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中會(huì)生成大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在檢測(cè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生訪問(wèn)沖突，為了避免這種沖突，就需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中利用多線程的設(shè)計(jì)方式來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在創(chuàng)建好相應(yīng)的線程之后，該系統(tǒng)就會(huì)運(yùn)行起來(lái)，多線程就會(huì)在相應(yīng)的時(shí)段中執(zhí)行自己的指令，發(fā)揮自己的功效。

（三）控制器設(shè)計(jì)

控制器主要在進(jìn)場(chǎng)多任務(wù)測(cè)試系統(tǒng)中起到控制的作用，在這一設(shè)計(jì)的過(guò)程中主要是通過(guò)設(shè)計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、雷控信號(hào)仿真電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的控制和轉(zhuǎn)換作用。在進(jìn)場(chǎng)多任務(wù)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行之前，就需要通過(guò)控制器來(lái)協(xié)調(diào)天線所發(fā)射的各種信號(hào)。該控制器需要在運(yùn)行時(shí)通過(guò)接受指令來(lái)完成控制工作，指令的接收主要是利用GPIB接口電路。在接受到指令之后就可以進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，在系統(tǒng)中會(huì)記錄下波位碼和頻率碼的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至雷控信號(hào)仿真電路，這些數(shù)據(jù)就會(huì)完成解碼和緩存[5]。在近場(chǎng)多任務(wù)測(cè)試開始之后，各測(cè)試點(diǎn)的控制器中的信號(hào)電路就會(huì)接收到信號(hào)并將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的定時(shí)與雷控信號(hào)再傳輸給天線，從而能夠完成波位之間的變換。控制器中的仿真電路能夠協(xié)調(diào)雷控和定時(shí)信號(hào)，從而完成信號(hào)的協(xié)調(diào)工作。控制器主要也是通過(guò)協(xié)調(diào)各種信號(hào)來(lái)完成多任務(wù)測(cè)試的目的。

（四）系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

在天線進(jìn)場(chǎng)多任務(wù)測(cè)試系統(tǒng)中的系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)十分重要，它能夠確保各項(xiàng)測(cè)試的順利進(jìn)行，能夠幫助數(shù)據(jù)之間形成交互，也能夠讓客戶端和數(shù)據(jù)層之間形成交互。該測(cè)試系統(tǒng)通常會(huì)借助數(shù)據(jù)源插件系統(tǒng)中來(lái)完成通訊協(xié)議的封裝，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的建立，能夠有效提高測(cè)試的實(shí)時(shí)性。要想在測(cè)試系統(tǒng)中形成插件容器，就需要利用數(shù)據(jù)服務(wù)層，這樣能夠在運(yùn)行的過(guò)程中快速地將插件配置到相應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)架中，或者將其從系統(tǒng)構(gòu)架中取出，以此來(lái)完成功能的配置[6]。在系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以通過(guò)TCP網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)完成客戶端與數(shù)據(jù)層之間的信息交互，用戶在使用的過(guò)程中可以創(chuàng)設(shè)一個(gè)賬號(hào)，在登陸賬號(hào)后下載相應(yīng)的界面文件，輸入請(qǐng)求，客戶端會(huì)將用戶的請(qǐng)求發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)層，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息之間的交互，讓測(cè)試結(jié)果更具實(shí)時(shí)性。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，近場(chǎng)測(cè)量的方式是當(dāng)前天線測(cè)量技術(shù)中最為主要的手段，能夠?yàn)榇笮偷奶炀€提供精準(zhǔn)測(cè)試。為了有效提高其工作效率，可以設(shè)置多任務(wù)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)探測(cè)相控陣?yán)走_(dá)天線近場(chǎng)測(cè)試的效率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們可以從多角度出發(fā)，在確保測(cè)量效果的基礎(chǔ)上不斷提高其測(cè)試效率。

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