申请/专利权人：中电科技扬州宝军电子有限公司;南京步微通信设备有限公司

申请日：2017-12-11

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN108051828B

主分类号：G01S19/23

分类号：G01S19/23

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2018.06.12#实质审查的生效;2018.05.18#公开

摘要：本发明公开高稳相位中心天线自动测试系统及其测试方法，包括发射子系统、接收子系统、矢量网络分析仪、数字控制子系统和显示输出设备，发射子系统、接收子系统分别与矢量网络分析仪连接，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，利用上述装置完成不同频点的增益方向图、相位方向图、平均相位中心、相位中心偏离量、相位中心变化量等技术参数的测量，本发明解决了现有技术中测试技术速度慢、精度低的技术问题。

主权项：1.一种高稳相位中心天线自动测试系统的测试方法，其特征在于，所述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、矢量网络分析仪、数字控制子系统、激光测距系统、水平控制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；所述发射子系统包括发射子系统基座、发射天线支架和发射天线，所述发射天线支架安装在所述发射子系统基座上，且发射天线支架上安装有所述发射天线，所述发射天线与矢量网络分析仪连接；所述接收子系统包括接收子系统基座、主转台驱动电机、被测天线主转台和接收天线支架，所述主转台驱动电机安装在接收子系统基座上方，且主转台驱动电机的输出端连接有所述被测天线主转台，所述接收天线支架安装在所述被测天线主转台上方，且接收天线支架上端安装有被测高稳定相位中心天线，所述主转台驱动电机与所述数字控制子系统连接；所述激光测距系统包括升降电机、激光发射器和激光接收器，所述升降电机安装在发射子系统基座和发射天线支架之间，且升降电机的输出端安装有所述发射天线支架，所述激光发射器安装在发射天线支架上端，所述激光接收器安装在接收天线支架上方，所述激光发射器、激光接收器和升降电机分别与数字控制子系统连接；所述水平控制系统包括丝杆步进电机和丝杆螺母，所述丝杆步进电机安装在被测天线主转台上，且丝杆步进电机的丝杆上安装有丝杆螺母，所述丝杆螺母与所述接收天线支架连接，所述丝杆步进电机与所述数字控制子系统连接；所述数字控制子系统内部设置有数据处理算法模块；该测试方法包括以下步骤：S1：对激光发射器、激光接收器进行通电，激光发射器发射激光信号，并将数据传输至数字控制子系统，激光接收器接收到激光信号，并将数据传输至数字控制子系统，数字控制子系统经过计算处理后，控制升降电机上下运动，使得发射天线和被测高稳定相位中心天线几何中心的对中；S2：关闭激光发射器和激光接收器，启动矢量网络分析仪，矢量网络分析仪记录天线端口传输特性参数，启动主转台驱动电机，使得被测天线主转台在-90度至90度方位角之间转动；S3：启动数字控制子系统，数据处理算法模块计算步骤S2中的天线端口传输特性参数在-60度至60度方位角内的幅度、相位数据、相位均值和方差，最后数字控制子系统对丝杆步进电机和显示输出设备进行控制。

全文数据：高稳相位中心天线自动测试系统及其测试方法技术领域[0001]本发明涉及天线测试技术领域，尤其涉及高稳相位中心天线自动测试系统及其测试方法。背景技术[0002]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GL0NASS、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，为此须研宄天线多径抑制技术。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:CNl〇5515690A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[0003]本发明的目的是提供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。[0004]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、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。[0005]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：[0006]进一步地，所述发射子系统包括发射子系统基座、发射天线支架和发射天线，所述发射天线支架安装在所述发射子系统基座上，且发射天线支架上安装有所述发射天线，所述发射天线与矢量网络分析仪连接。[0007]进一步地，所述接收子系统包括接收子系统基座、主转台驱动电机、被测天线主转台和接收天线支架，所述主转台驱动电机安装在接收子系统基座上方，且主转台驱动电机的输出端连接有所述被测天线主转台，所述接收天线支架安装在所述被测天线主转台上方，且接收天线支架上端安装有被测高稳定相位中心天线，所述主转台驱动电机与所述数字控制子系统连接。[0008]进一步地，它还包括激光测距系统，所述激光测距系统包括升降电机、激光发射器和激光接收器，所述升降电机安装在发射子系统基座和发射天线支架之间，且升降电机的输出端安装有所述发射天线支架，所述激光发射器安装在发射天线支架上端，所述激光接收器安装在接收天线支架上方，所述激光发射器、激光接收器和升降电机分别与数字控制子系统连接。[0009]进一步地，它还包括水平控制系统，所述水平控制系统包括丝杆步进电机和丝杆螺母，所述丝杆步进电机安装在被测天线主转台上，且丝杆步进电机的丝杆上安装有安装有所述丝杆螺母，所述丝杆螺母与所述接收天线支架连接，所述丝杆步进电机与所述数字控制子系统连接。[0010]进一步地，所述数据控制子系统内部设置有数据处理算法模块。[0011]—种高稳相位中心天线自动测试系统的测试方法，包括以下步骤：[0012]si:对激光发射器、激光接收器进行通电，激光发射器发射激光信号，并将数据传输至数字控制子系统，激光接收器接收到激光信号，并将数据传输至数字控制子系统，数字控制子系统经过计算处理后，控制升降电机上下运动，使得发射天线和被测高稳定相位中心天线几何中心的对中；[0013]S2:关闭激光发射器和激光接收器，启动矢量网络分析仪，矢量网络分析仪记录天线端口传输特性参数，启动主转台驱动电机，使得被测天线主转台在-g〇度至9〇度方位角之间转动；[0014]S3:启动数字控制子系统，数据处理算法模块计算步骤S2中的天线端口传输特性参数在-60度至60度方位角内的幅度、相位数据、相位均值和方差，最后数字控制子系统对丝杆步进电机和显示输出设备进行控制。[0015]其中，所述步骤S3中数字控制子系统控制丝杆步进电机运动和显示输出设备的方法如下:数据处理算法模块计算所测相位中心变化量，相位中心变化量变小时，丝杆步进电机带动接收天线支架移动，并且重复步骤S3;相位中心变化量变大时，丝杆步进电机停止工作，并且显示输出设备显示幅度、相位方向图、输出平均相位中心，相位中心偏移量和相位中心变化量，结束测试。[0016]本发明的有益效果：[0017]本发明涉及的一种在暗室环境下针对多频点高稳相位中天线关键参数的高精度自动测试系统，能够在无需人工干预的条件下高精度快速实现高稳定相位中心在不同频点的增益方向图、相位方向图、平均相位中心、相位中心偏离量、相位中心变化量等技术参数的测量，解决传统测试技术的速度慢、精度低等技术问题，实现对北斗、GPS、GLONASS和伽利略四大导航系统高稳定相位中心天线的高精度测量。附图说明[0018]为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0019]图1为本发明具体实施例所述的高稳相位中心天线自动测试系统的结构示意图；[0020]图2为本发明具体实施例所述的高稳相位中心天线自动测试系统的工作流程图；[0021]图3为宽频带加载三环扼流环高稳相位中心天线应用本发明所测得的幅度方向图；[0022]图4为宽频带加载三环扼流环高稳相位中心天线应用本发明所测得的相位方向图；[0023]附图标记：[0024]1-发射子系统;2_接收子系统;3-矢量网络分析仪;4-数字控制子系统;5-显示输出设备;6-激光测距系统；7-水平控制系统；8-数据处理算法模块；1〇卜发射子系统基座；102-发射天线支架；1〇3_发射天线；201-接收子系统基座;2〇2_主转台驱动电机;203-被测天线主转台；204-接收天线支架;2〇5_被测高稳定相位中心天线;601-升降电机;602-激光发射器;603-激光接收器;7〇1-丝杆步进电机;702-丝杆;703-丝杆螺母。具体实施方式[0025]下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。[0026]需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。[0027]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外，，、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0028]此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。[0029]在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0030]在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0031]实施例[0032]如图1所示，本发明所提供的高稳相位中心天线自动测试系统，包括发射子系统1、接收子系统2、矢量网络分析伩3、数字控制子系统4和显示输出设备5,所述发射子系统1、接收子系统2分别与矢量网络分析仪3连接，所述数字控制子系统4分别与所述矢量网络分析仪3、显示输出设备5连接，显示输出设备5为市场上的通用显示装置。[0033]其中，所述发射子系统1包括发射子系统基座101、发射天线支架102和发射天线103,所述发射天线支架102安装在所述发射子系统基座101上，且发射天线支架102上安装有所述发射天线103,所述发射天线103与矢量网络分析仪3连接。[0034]其中，所述接收子系统2包括接收子系统基座201、主转台驱动电机202、被测天线主转台203和接收天线支架204,所述主转台驱动电机202安装在接收子系统基座201上方，且主转台驱动电机202的输出端连接有所述被测天线主转台203,所述接收天线支架204安装在所述被测天线主转台203的中心轴线上，且接收天线支架204上端安装有被测高稳定相位中心天线205,所述主转台驱动电机202与所述数字控制子系统4连接，主转台驱动电机202能够带动被测天线主转台203在-90度至90度方位角范围内转动，以此可以计算测量该方位角范围内特性参数，并进行显示。[0035]其中，它还包括激光测距系统6,所述激光测距系统6包括升降电机601、激光发射器602和激光接收器603,所述升降电机601安装在发射子系统基座101和发射天线支架102之间，且升降电机601的输出端安装有所述发射天线支架102,这样升降电机601就能控制发射天线支架102的高度，从而能够调整发射天线103的高度;所述激光发射器602安装在发射天线支架102上端，所述激光接收器603安装在接收天线支架204上方，所述激光发射器602、激光接收器603分别与数字控制子系统4连接，利用激光测距系统6可以调整发射天线和被测天线的几何中心，保证对中，以此提高精度;升降电机601也为丝杆步进电机，利用丝杆步进电机调节升降高度。[0036]其中，它还包括水平控制系统7,所述水平控制系统7包括丝杆步进电机701、丝杆702和丝杆螺母703,所述丝杆步进电机701安装在被测天线主转台203上，且丝杆步进电机701的丝杆702上安装有丝杆螺母703,所述丝杆螺母703与所述接收天线支架204连接，所述丝杆步进电机701与所述数字控制子系统4连接;接收天线支架204是位于被测天线主转台203的中心轴线上，丝杆702的中心线与被测天线主转台2〇3的中心轴线一致，丝杆步进电机701带动丝杆702转动，使得接收天线支架204能够沿着被测天线主转台203的中心轴线前后运动;本发明中的丝杆702和丝杆螺母703进行配合，通过丝杆的转动，使得丝杆螺母703沿着丝杆运动，从而保证接收天线支架204能够沿着被测天线主转台203的中心轴线运动，[0037]其中，它还包括数据处理算法模块8,所述数据处理算法模块8设置在数字控制子系统4内部。[0038]如图2所示，本发明还公开一种高稳相位中心天线自动测试系统的测试方法，包括以下步骤：[0039]S1:对激光发射器、激光接收器进行通电，激光发射器发射激光信号，并将数据传输至数字控制子系统，激光接收器接收到激光信号，并将数据传输至数字控制子系统，数字控制子系统经过计算处理后，控制升降电机上下运动，使得发射天线和被测高稳定相位中心天线几何中心的对中；[0040]S2:关闭激光发射器和激光接收器，启动矢量网络分析仪，矢量网络分析仪记录天线端口传输特性参数，启动主转台驱动电机，使得被测天线主转台在-90度至90度方位角之间转动；[0041]S3:启动数字控制子系统，数据处理算法模块计算步骤S2中的天线端口传输特性参数在-60度至60度方位角内的幅度、相位数据、相位均值和方差、相位中心变化量，最后数字控制子系统对丝杆步进电机和显示输出设备进行控制；[0042]其中，所述步骤S3中数字控制子系统控制丝杆步进电机运动和显示输出设备的方法如下:数据处理算法模块计算所测相位中心变化量，相位中心变化量变小时，丝杆步进电机币"动接收天线支架移动，并且重复步骤S3;相位中心变化量变大时，丝杆步进电机停止工作，并且显示输出设备显示幅度、相位方向图、输出平均相位中心，相位中心偏移量和相位中心变化量，结束测试。[0043]本发明中所述的相位中心变化量计算法方法是在每次方位旋转±60°范围内计算测量数据的平均值和标准差，其中标准差即为相位中心变化量;所述的平均相位中心为相位中心变化量最小时对应的测量数据的平均值，该平均值与天线几何中心的偏差即为相位中心偏离量。[0044]如图3、图4所不，针对宽频带加载三环扼流环高稳相位中心天线，该相信工作频率为1•1-1•7GHz，右旋圆极化，具体安装过程为:天线表明几何中心与被测天线主转台2〇3中心完全一致，按照如图2所示过程进行测试，所测得B3频点的幅度方向图如图3所示，测得的相位方向图如图4所示;根据测试计算输出技术参数有:该天线在丨•268GHz频点的相位中心偏离量为0.24mm，相位中心变化量为0.14mm。[0045]本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。[0046]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。[0047]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

权利要求：1.高稳相位中心天线自动测试系统，其特征在于，包括发射子系统、接收子系统、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。2.根据权利要求1所述的高稳相位中心天线自动测试系统，其特征在于，所述发射子系统包括发射子系统基座、发射天线支架和发射天线，所述发射天线支架安装在所述发射子系统基座上，且发射天线支架上安装有所述发射天线，所述发射天线与矢量网络分析仪连接。3.根据权利要求2所述的高稳相位中心天线自动测试系统，其特征在于，所述接收子系统包括接收子系统基座、主转台驱动电机、被测天线主转台和接收天线支架，所述主转台驱动电机安装在接收子系统基座上方，且主转台驱动电机的输出端连接有所述被测天线主转台，所述接收天线支架安装在所述被测天线主转台上方，且接收天线支架上端安装有被测高稳定相位中心天线，所述主转台驱动电机与所述数字控制子系统连接。4.根据权利要求3所述的高稳相位中心天线自动测试系统，其特征在于，它还包括激光测距系统，所述激光测距系统包括升降电机、激光发射器和激光接收器，所述升降电机安装在发射子系统基座和发射天线支架之间，且升降电机的输出端安装有所述发射天线支架，所述激光发射器安装在发射天线支架上端，所述激光接收器安装在接收天线支架上方，所述激光发射器、激光接收器和升降电机分别与数字控制子系统连接。5.根据权利要求4所述的高稳相位中心天线自动测试系统，其特征在于，它还包括水平控制系统，所述水平控制系统包括丝杆步进电机和丝杆螺母，所述丝杆步进电机安装在被测天线主转台上，且丝杆步进电机的丝杆上安装有丝杆螺母，所述丝杆螺母与所述接收天线支架连接，所述丝杆步进电机与所述数字控制子系统连接。6.根据权利要求5所述的高稳相位中心天线自动测试系统，其特征在于，所述数据控制子系统内部设置有数据处理算法模块。7.—种权利要求1所述的高稳相位中心天线自动测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:对激光发射器、激光接收器进行通电，激光发射器发射激光信号，并将数据传输至数字控制子系统，激光接收器接收到激光信号，并将数据传输至数字控制子系统，数字控制子系统经过计算处理后，控制升降电机上下运动，使得发射天线和被测高稳定相位中心天线几何中心的对中；S2:关闭激光发射器和激光接收器，启动矢量网络分析仪，矢量网络分析仪记录天线端口传输特性参数，启动主转台驱动电机，使得被测天线主转台在-90度至90度方位角之间转动；S3:启动数字控制子系统，数据处理算法模块计算步骤S2中的天线端口传输特性参数在-60度至60度方位角内的幅度、相位数据、相位均值和方差，最后数字控制子系统对丝杆步进电机和显示输出设备进行控制。8.根据权利要求7所述的一种高稳相位中心天线自动测试系统的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中数字控制子系统控制丝杆步进电机运动和显示输出设备的方法如下:数据处理算法模块计算所测相位中心变化量，相位中心变化量变小时，丝杆步进电机带动接收天线支架移动，并重复步骤S3;相位中心变化量变大时，丝杆步进电机停止工作，并且显示输出设备显示幅度、相位方向图、输出平均相位中心，相位中心偏移量和相位中心变化量，结束测试。

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