一种收发通道多态幅相特性快速测试系统

技术领域

本发明属于雷达系统测试技术领域，具体涉及相控阵天线T/R收发通道多状态幅相特性快速测试、收发馈电网络及定标通道多状态幅相特性快速测试的系统。

背景技术

相控阵天线是目前许多雷达和卫星应用的主要天线体制。相控阵天线由许多固定的天线单元组成，通过这些单元相干馈电，并在每个单元上用可变相位和时延控制波束扫描到空间给定的角度上；同时为了给方向图赋形，需采取幅度控制。以上这些移相、时延及幅度控制是通过控制T/R组件内的数控移相器、数控延迟线及数控衰减器实现。T/R组件生产出来后，需测试T/R组件的发射和接收状态下的所有控制态的幅相特性，或者T/R组成馈电网络后，需测试馈电网络的发射和接收通路的所有控制态的幅相特性，由此获得T/R组件、天线馈电网络收发通道及其定标通道的幅度相位基态性能及全部组合态性能，便于天线设计师进行方向图综合。

通常使用矢量网络分析仪测试通道幅相特性，正式测试前首先进行测试通道校准并保存校准数据，完成矢量网络分析仪激励信号功率、频率、测试点数及触发方式等设置，专用测试辅助设备控制被测T/R通道加电工作，并设置T/R状态，包括发射/接收控制码，移相/衰减/时延控制码，矢量网络分析仪测试通道幅度相位特性,保存测试数据，依次改变T/R状态，完成所有状态的通道幅相特性测试。为提高测试效率，一般采用计算机程控自动测试，控制计算机通过局域网或其他仪器总线和矢量网络分析仪及测试辅助设备通信，由控制计算机发状态设置指令给测试辅助设备，测试辅助设备设置被测通道工作状态并回复准备好消息，控制计算机控制矢量网络分析仪完成一次测试，并保存测试数据，依次测试不同状态的幅相特性。完成一个T/R通道全部的移相/衰减/时延组合状态幅相特性测试所需时间主要取决于需要测试的状态总数量。

现有测试方法和装置在测试状态数量较少的收发通道幅相特性时效率不高的问题并不十分突出，随着应用对天线方向性、指向精度、方向图形状等提出更高精度技术要求，移相器、时延和衰减器控制位数相应增加，状态数成2的幂指数倍增长，当移相器和衰减器用6bits控制，时延用3bits控制时，接收通道一共有15bits控制位，32768种状态；发射通道不进行幅度衰减，有9bits控制位，512种状态。按完成1次状态测试需要时间0.5秒估算，对于接收通道32768个状态测试需4-5小时，发射512态测试需5分钟。因此，如果再考虑需要测试通道的数量，现有测试方法每个接收通道测试需几个小时的效率无法应用到实际工程项目中。

分析现有测试方法，造成测试效率低的原因由以下两点：

同步效率低：被测T/R收发通道状态设置和启动矢量网络分析仪测量通过网络通信握手实现同步，随着需要测试状态数量增加，网络通信开销造成测试同步效率低。

数据保存效率低：仪器完成一次测试后，对测试数据进行校准，保存到磁盘文件，校准处理需要消耗时间，保存文件需要额外的同操作系统交互的时间开销，当测试状态数量很大时，每次测试后的数据校准处理和数据保存所开销的时间经累积后大大增加，降低了测试效率。

发明内容

因此，本发明针对以上缺点，在以下三个方面进行了改进。

优化仪表测试参数的设置，包括测试点数、测量接收机带宽等，在保证测试精度的前提下缩短单次测试所需时间，测得的最短时间在状态设置和测试同步装置中作为产生同步脉冲的最小时间间隔。

利用矢量网络分析仪外部触发同步及Groups触发功能，状态设置和测试同步装置在控制被测件改变状态的同时，同步产生一个脉冲触发矢量网络分析仪进行一次测试，同时矢量网络分析仪对测试触发次数进行计数，当计数计满设置的Groups Counts，即状态数时，进入Sweep Hold状态，实现了快速扫描。主控计算机通过查询Sweep状态为Hold时结束测试任务，此过程无需主控和同步装置之间的频繁握手和查询，提高了测试效率。

离线数据校准，测试过程中矢量网络分析仪将采集的原始数据高速存入FIFO，当完成所有状态测试后，将FIFO中的数据保存到磁盘文件，后处理软件对所有通道原始测试数据统一完成通道校准。测试过程中耗时较多的磁盘访问次数降为1次，大大提高测试效率。

通过本发明解决了同步效率低和保存测试数据效率低的问题，完成一次201个频点测试的时间为15ms，完成一个接收通道16384态测试，时间缩短到4-5分钟，满足工程应用需求。

因此，本发明提出一种收发通道多态幅相特性快速测试系统，所述系统包括主控计算机、状态设置和测试同步装置、网络路由器、矢量网络分析仪、测试电缆，测试电缆包括矢网测试电缆、状态数据设置电缆和状态设置脉冲电缆及测试同步脉冲电缆。

本发明的技术方案中，1、状态设置和测试同步装置产生被测件状态控制信号和同步测试脉冲，多个状态测试时通过同步测试脉冲同步状态设置和测量，设置矢量网络分析仪测量触发模式为外触发，测量扫描为Groups模式，Groups数量为被测状态数，当测试计数计满状态数，测试停止，完成一个通道多个状态测试；2、优化仪器设置，测量完成一次状态测试所需的最短时间作为测试同步脉冲的同步周期，本实例每个状态测试用15ms完成；3、高速数据保存，矢量网络分析仪完成一次测试后原始测试数据直接保存到FIFO中，完成所有状态测试后，将FIFO中的原始测试数据保存到磁盘文件；4、离线校准，编制校准处理分析软件对多状态测试数据进行校准处理和其他分析，得到收发通道的基态幅相特性数据和各组合态幅相特性数据。

本发明具有以下有益技术效果：

1、硬件产生同步脉冲比通过网络通信握手同步效率高，约15ms完成1次测试，节约大量握手等待时间；

2、用FIFO保存测试原始数据，所有状态测试完成后数据保存到磁盘文件，比每次测试数据保存到磁盘节约了校准处理和存盘所需的大量时间开销；

3、离线完成校准，免去了每一次测试进行数据校准处理所需时间，提高了矢量网络分析仪测试效率。

附图说明

图1 收发通道多态幅相特性快速测试系统框图；

图2主控测试流程图；

图3 状态设置和测试同步装置工作流程图；

图4 测试时序图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

本发明的收发通道多态幅相特性快速测试系统包括：利用状态设置和测试同步装置在设置被测收发通道工作状态的同时，同步发出测试同步脉冲，输入矢量网络分析仪外部触发输入端口，启动矢量网络分析仪开始测试；测试同步脉冲的周期通过优化矢量网络分析仪参数获得的单个测试状态的最短测试时间设置；测试开始后，状态设置和测试同步装置依次改变被测收发通道工作状态及发出测试同步信号触发测试，并将每次测试数据存入高速FIFO中；矢量网络分析仪Groups Counts设置为状态总数，当状态总数计数器计满所需测试的状态总数，矢量网络分析仪Sweep状态变为Hold，停止测试；当主控计算机的主控程序查询到矢量网络分析仪处于Hold状态，把FIFO中的数据保存到磁盘文件，测试任务结束。数据校准软件对原始测试数据进行通道校准和分析。

如图1所示，收发通道多态幅相特性快速测试系统组成包括主控计算机、状态设置和测试同步装置、网络路由器、矢量网络分析仪、测试电缆组成，测试电缆包括矢网测试电缆1、矢网测试电缆2、状态数据设置电缆和状态设置脉冲电缆及测试同步脉冲电缆。其中，主控计算机、状态设置和测试同步装置及矢量网络分析仪组成局域网，主控计算机负责设置矢量网络分析仪测试参数，矢量网络分析仪设置的主要参数包括：触发方式外触发、Groups模式，Groups counts计数为测试总数，IF带宽30kHz,测试点数201点（测试点数可根据应用中测试频点间隔的需要进行设置）。执行测试流程，启动状态设置和测试同步装置开始工作；当状态总数计数器计满，矢量网络分析仪进入Hold状态，主控计算机读取FIFO数据，并保存在磁盘上。校准软件可以安装在任何一台计算机上，读入原始测试数据，幅相校准后得到校准接收通道幅相特性数据。

主控测试流程如图2所示，流程图包括接收通道测试和发射通道测试两个分支。用本发明所述方法和系统快速测试，包括以下步骤：

步骤1：矢量网络分析仪初始化；

步骤2：矢量网络分析仪设置激励功率、频率、点数等参数，进行接收/发射通道校准，保存校准数据；

步骤3：接收通道状态测试分支，矢量网络分析仪配置为FIFO、Groups模式；发射通道状态测试分支，矢量网络分析仪配置为脉冲测试模式；

步骤4：收发通道状态测试矢量网络分析仪配置为外触发模式；

步骤5：主控计算机与状态设置和测试同步装置握手，成功后发送测试状态数给状态设置和测试同步装置；

步骤6：接收通道状态测试分支，矢量网络分析仪Groups counts设置为待测状态数，等待状态设置和测试同步装置发送接收测试同步脉冲启动矢量网络分析仪测试，完成一个状态的测试后，测试数据写入矢量网络分析仪的FIFO中，测试过程由状态设置和测试同步装置控制直至所有状态测试完成；发射通道状态测试分支，状态设置和测试同步装置发送测试状态编号并发送发射测试同步脉冲，矢量网络分析仪收到发射测试同步脉冲后，完成一次状态测试后，测试数据保存到矢量网络分析仪内存中，主控电脑向状态设置和测试同步装置发送本状态测试完成消息，状态设置和测试同步装置收到测试完成消息后判断是否已完成所有发射状态测试，如果未完成，则设置下一个状态并发出发射测试同步脉冲，直至所有状态测试完成；

步骤7：接收通道状态测试分支中，主控程序查询矢量网络分析仪Sweep模式，当为Hold时，测试结束；发射通道状态测试分支，状态设置和测试同步装置完成所有状态测试后发送测试结束消息；

步骤8：接收通道状态测试分支中，读取矢量网络分析仪FIFO数据，并保存文件到磁盘；发射通道状态测试分支，保存内存数据到磁盘文件；

步骤9：接收通道状态测试分支中，用步骤2得到的校准数据对原始数据进行通道幅相校准；发射通道状态测试分支中，矢量网络分析仪测试时完成校准；

步骤10：矢量网络分析仪复位，测试结束。

图3为状态设置和测试同步装置工作流程图，流程图分为接收通道测试流程和接收通道测试流程，用本发明所述方法在设置被测件工作状态的同时，发出测试同步脉冲，启动矢量网络分析仪测试。

步骤1：状态设置和测试同步装置初始化；

步骤2：等待和主控计算机握手，接收测试状态数；

步骤3：接收通道状态测试分支，产生状态设置脉冲将缓存中的状态控制数据发送给被测接收通道，并同步产生一个测试同步脉冲给矢量网络分析仪；发射通道状态测试分支，设置发射测试状态同时输出发射测试同步脉冲，并通知主控计算机开始测试；

步骤4：接收通道状态测试分支，判断测试计数是否计满测试状态数，计满则结束发送脉冲；发射通道状态测试分支，判断测试计数是否计满测试状态数，计满则结束发送脉冲；

步骤5：未计满，接收通道状态测试分支，根据矢量网络分析仪完成一次的最优测试时间对测试状态设置脉冲和测试同步脉冲延迟，设置下一个状态，发送下一个测试同步脉冲，直到测试结束；发射通道状态测试分支，查询主控计算机发送本次测试完成消息，设置下一发射测试状态，直到测试结束；

步骤6：测试结束，状态设置和测试同步装置复位。

图4为测试时序图，其中状态传输时钟、状态数据、状态传输使能、状态设置脉冲、接收控制电平和发射控制脉冲是状态设置和测试同步装置与被测件的接口时序，用来设置被测件工作状态，接收控制电平为高电平时，控制被测通道处于接收状态；接收测试同步脉冲，和状态设置脉冲完全同步，用来触发矢量网络分析仪完成一次接收状态的测试；接收测试同步脉冲和状态设置脉冲的最短周期为矢量网络分析仪完成单次状态幅相测试所需最短时间

本发明提出的状态设置和测试同步装置可以是一台独立的地检设备，也可以是一块板卡插在主控计算机中；可以和主控计算机及矢量网络分析仪组成自动测试系统，由主控计算机控制完成测试，也可以手动完成矢量网络分析仪设置后，启动本装置，由同步脉冲触发矢量网络分析仪完成多个状态的测试。

本发明提出的方法和装置可以用于任何需要高效率测试多状态的场合，如测试接收通道不同MGC的增益，T/R生产线上产品性能测试等，尤其是需要在温度试验时测试相关指标。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。