[发明专利]一种三维高稳相位中心天线自动测试系统及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线测试技术领域，尤其涉及三维高稳相位中心天线自动测试系统及其测试方法。

背景技术

目前，全球正式投入运营的卫星导航系统分别有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗二代以及北斗三代、和欧洲的伽利略系统。这四大导航系统为被动定位系统，通过接收四颗卫星信号解算出用户位置信息。终端定位与测量是卫星导航系统的两大功能，前者以伪码相位为观测量确定伪距，后者主要以载波相位观测确定伪距。卫星导航精密测量技术已经广泛应用于科学技术的诸多领域，尤其是大地测量学及其相关学科领域，包括地球动力学、海洋大地测量学、天文学、地球物理勘探、资源勘探、工程测量与工程变形监测等。高稳定相位中心天线(又名测量型天线)作为高精度卫星导航接收机的重要组成部分，它的性能如何直接关系到卫星导航接收机测量精度的大小，天线的相位中心变化是高精度卫星导航测量系统中的显著误差源。天线的相位中心是其等效辐射中心。理想天线存在唯一的相位中心，其等相面为球面，因此接收不同方向的卫星信号时不会因为天线本身产生额外的相位差而造成定位测量结果的偏差。然而在整个波束空间存在唯一相位中心的天线实际上是不多的，绝大部分天线在整个波束空间不存在唯一的相位中心，只在主瓣某一范围内相位保持相对恒定。此时接收天线在接收不同方向的卫星信号时会引入额外的相位差异，引入定位测量结果的误差。卫星导航领域更为关注天线相位中心变化对定位测量结果的影响，为了描述天线相位中心变化，需要引入平均相位中心和相位中心偏移量的概念。平均相位中心的含义为整个天线波束空间内的实际等相面如果用一个理想等相球面来拟合,拟合残差的平方和最小,则拟合球面的球心即为天线的平均相位中心。平均相位中心与天线参考点的偏移称为相位中心偏移量，实际等相面与拟合球面的偏移称为相位中心变化量。卫星导航接收机天线相位特性可分别以卫星来波信号的仰角和方位角加以描述。理想点源天线的等相面是球面，相位不随仰角和方位角而改变。然而,实际的天线相位特性并非如此。对于同一双频天线而言,与频段的相位中心是不相关的，在偶然的情况下会有一致的情形发生不同型天线间的相位中，自亦不相同，而同型天线其相位中心则会趋于一致。接收机天线相位中心既非天线几何中心，也不是一个稳定的点，而是与入射信号仰角、方位角、信号频率和天线形式有关。卫星导航接收机的观测量，是以天线的相位中心为基准的，而在作业时，天线的安置却是以其几何中心为准。观测时天线的相位中心与其几何中心并不一致，这会给测量引入误差。与仰角有关天线类型和相位中心标定技术双频段双输出接口，低仰角增益高，轴比好，由此带来天线设计上的困难天线须具有多径抑制能力，为此须研究天线多径抑制技术。高稳定相位中心天线作为高精度卫星导航接收机的重要组成部分，其性能直接影响系统的灵敏度和定位测量精度。因此，设计和开发高效测量高稳定相位中心天线的自动测试系统具有重要的工程应用价值；公开号为：CN105515690A的专利，该专利主要是实现变频天线的平面近场快速扫频测试功能，不能测试平均相位中心和相位中心偏移量。

发明内容

本发明的目的是提供三维高稳相位中心天线自动测试系统及其测试方法，解决了现有技术中的测试技术速度慢、精度低的技术问题。

一种三维高稳相位中心天线自动测试系统，包括发射子系统、接收子系统、接收子系统平移机构，矢量网络分析仪、数字控制子系统和显示输出设备，所述发射子系统、接收子系统分别与矢量网络分析仪连接，所述接收子系统与所述接收子系统平移机构连接，所述数字控制子系统分别与所述矢量网络分析仪、显示输出设备连接。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步地，所述发射子系统包括发射天线、发射天线支架和发射子系统基座，所述发射天线支架安装在所述发射子系统基座上，且发射天线支架上方安装有发射天线，所述发射天线与矢量网络分析仪连接，采用本步的有益效果是通过发射天线进行信号发射。

进一步地，所述接收子系统包括被测高稳定相位中心天线、接收天线支架、被测天线主转台、主转台驱动电机和接收子系统基座，所述接收子系统基座上方安装有主转台驱动电机，所述主转台驱动电机上方安装有被测天线主转台，所述被测天线主转台上方安装有所述接收天线支架，所述接收天线支架上方安装有被测高稳定相位中心天线，所述主转台驱动电机与数字控制子系统连接，所述被测高稳定相位中心天线与矢量网络分析仪连接，采用本步的有益效果是通过主转台驱动电机带动被测天线主转台运动，从而完成方位角的调节。