天线波束角测量误差分析 多普勒雷达天线波束角测量误差分析.ppt

天线测量误差分析引言主要内容天线辐射场区划分天线远场测量室外测试场零点偏离地面的高架测试场室外测试场零点指向地面的高架测试场室外测试场斜天线测试场天线远场测量紧缩场天线远场测量天线近场测量天线近场测量天线近场测量多普勒导航雷达简介天线波束具有一定宽度，因此，从地面返回的回波有一定的频谱宽度，由于多普勒效应，中心频率相对发射频率有一个偏移，偏移量fd与速度在信号辐射方向上的投影成正比

多普勒雷达波束配置图
坐标轴各方向上的速度矢量可按下列公式计算：

γ---波束中心线与X轴的夹角
δ---波束中心线在YOZ平面的投影与Y轴夹角
φ---波束中心线与Z轴的夹角
PL---偏流角

由于多普勒频移的解算与天线波束指向角密切相关，而测速精度又与多普勒频移测量密切相关，因此精确测量多普勒雷达天线的波束指向角极其关键。波束指向角高精度测量要求±0.03°。
以下从远场测量、近场测量两个方面进行波束角测量误差分析。
远场测量法天线安装及测量示意图测试工装误差，天线安装在测试工装并固定于转台，主要有以下几点误差：
1）天线口径面与转台垂直误差为±0.05°
2)天线的方位面中心线与转台平面平行度为0.05
3）天线与工装的安装定位误差
测试转台精度
以色列ORBIT公司AL-4270-1型转台，在方位和俯仰面的同步性精度为0.03°，最大回差0.06，转台平行度为0.05。
双轴对准误差
远场测量时，转台的方位面转轴与发射天线相位中心轴的对准存在随机误差。归纳起来，方向图角度测量误差概括为：角度测量装置产生的角度误差∆θ1，功率测量不精确产生的角度误差∆θ2，待测天线相位中心与转台转轴产生的角度误差∆θ3
由于∆θ1，∆θ2是随机且相互独立的，∆θ3是系统误差，总误差角可表示为
近场扫描法示意图这种测量技术的主要优点：
1）测量在待测天线的近场进行，没有远场距离、转台精度等要求；
2）考虑了探头对待测天线的天线辐射的场影响；
3）根据测量可以计算天线完整的空间方向图；
4）一种有用的诊断工具，逆推口径场分布，容易找出阵列中有缺陷的单元；
5）只要仔细测量，可以准确的确定超低旁瓣（-55dB）天线的远场波瓣图。
近场扫描的步骤：
1）对探头特性进行校准，即测出探头的方向图并对算法进行补偿；
2）确定天线的架设高度，扫描探头作为接收，被测天线作为发射，确定收发之间的距离，将探头对准被测天线的几何中心；
3）在待测天线近区某一选定表面上，用探头两种独立的取向（如相互正交的两种取向）以合适的抽样间隔抽样测量各个网格位置的场的幅度、相位分布；
4）用快速傅里叶变换（FFT）完成天线远场方向图计算。

近场扫描法采用光学校准系统将待测天线的电轴坐标系与扫描平面坐标系校准，这样可较精确测得多波束斜指向天线的各波束相对于天线电轴的偏角。

测试数据进行后处理，近场测量系统中接收机的灵敏度为±0.15dB，即增益最大值及对应角度的测量存在一定误差。此外，天线归一化增益方向图主瓣不完全对称，增益最大值通常不在主瓣的能量中心。因此，需要对数据进行后处理，以确定天线增益方向图的能量中心及对应角度，以此作为天线的波束指向角。

天线波束指向角近场测量误差为±0.02°
结论