[发明专利]基于无人机平台的全空域相控阵测控系统指标自动测试方法

权利要求书

1.基于无人机平台的全空域相控阵测控系统指标自动测试方法，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系统，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xy≤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n_m组，每一排最多可排列的内切三角形数目为q_m＝n_m×2+(n_m-1)；每一排需要遍历的方位角度数为δ_m＝360/q_m+360/q_m×[0q_m-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(δ_m,θ_m)，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系统的接收品质因数、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系统停在平坦空阔的场坪上，加电，自动调平；

步骤2：天线升起，标定被测系统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，测试软件根据被测系统天线相位中心坐标解算无人机和被测系统距离Dg；

步骤6：被测系统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：被测系统控制波束，对准无人机信标；

步骤2：观察角误差解调情况，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：测试软件利用被测系统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)，得到被测系统多个遍历点下的G/T值；

步骤5：测试软件将被测系统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系统停在平坦空阔的场坪上，加电，自动调平；

步骤2：天线升起，标定被测系统天线相位中心坐标，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，测试软件根据被测系统天线相位中心坐标解算无人机和被测系统距离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：被测系统控制波束，对准无人机信标；

步骤2：观察角误差解调情况，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：被测系统控制天线波束指向无人机，测试软件设定输出功率值，被测系统输出单载波，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，调整被测系统输出功率为最大，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：利用被测系统坐标、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系统在该角度、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，得到被测系统多个遍历点下的EIRP值；

步骤7：将系统EIRP值以波束指向角度作为索引在测试软件中进行存储。