基于分區(qū)的陣列天線快速故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天線故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于分區(qū)的陣列天 線快速故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相控陣列天線是一種由許多輻射單元排列而成，通過控制各單元的幅度激勵(lì)和相 位關(guān)系實(shí)現(xiàn)空間波束合成的天線。相控陣列天線具有波束快速掃描和捷變能力，可進(jìn)行空 間功率合成，便于形成多波束等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用與軍事領(lǐng)域。
[0003] 傳統(tǒng)的天線測(cè)試方法主要有遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試和近場(chǎng)測(cè)試兩類，這些方法以進(jìn)行天線整體 特性測(cè)試為主，沒有充分利用相控陣天線輻射單元可控的特點(diǎn)，很難將故障定位到輻射單 元，而且對(duì)測(cè)試場(chǎng)地有較高要求。因而對(duì)于相控陣列天線需要一種可以將故障定位至輻射 單元的測(cè)試方法，以提高后勤保障效率。近年來，中場(chǎng)測(cè)試方法得到了重視并取得很好的發(fā) 展。現(xiàn)在常用的中場(chǎng)單通道測(cè)試通過控制相控陣天線依次開關(guān)各個(gè)輻射單元，在陣面的中 場(chǎng)區(qū)，即相對(duì)于輻射單元的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)利用寬瓣測(cè)試天線進(jìn)行測(cè)試，通過接收功率下降幅度判 斷單元是否故障。這種方法雖然可將故障進(jìn)行定位，但每次只能測(cè)試一個(gè)輻射單元。對(duì)于 大型相控陣天線成千上萬(wàn)的單元，發(fā)展一種效率更高的測(cè)試診斷方法具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于分區(qū)的陣列天線快速故障 診斷方法，結(jié)合中場(chǎng)區(qū)多個(gè)測(cè)試天線進(jìn)行快拍測(cè)試進(jìn)行故障診斷，提高測(cè)試效率。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于分區(qū)的陣列天線快速故障診斷方法包括以下步 驟：
[0006] Sl :將陣列天線劃分為N個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)包含若干輻射單元；在陣列天線的中場(chǎng) 區(qū)不同位置固定設(shè)置M個(gè)測(cè)試天線，M的取值范圍為M> 1 ;
[0007] S2:對(duì)于每個(gè)分區(qū)，通過雷達(dá)控制系統(tǒng)控制關(guān)閉分區(qū)內(nèi)的不同輻射單元來模擬各 個(gè)故障，對(duì)無故障和每個(gè)模擬故障進(jìn)行快拍測(cè)試得到故障特征向量，快拍測(cè)試的方法為：
[0008] S2. 1 :令測(cè)試天線序號(hào)m = 1 ;
[0009] S2. 2 :在當(dāng)前故障情況下，通過雷達(dá)控制系統(tǒng)控制分區(qū)中輻射單元的幅相激勵(lì)，使 分區(qū)波束指向第m個(gè)測(cè)試天線，記錄M個(gè)測(cè)試天線各自測(cè)得的幅相數(shù)據(jù)，即幅度值A(chǔ)nw和相 位值^??，·，: = 1，2,…，M ;
[0010] S2. 3 :判斷是否m < M，如果是，令m = m+Ι，返回步驟S2. 2,否則進(jìn)入步驟S2. 4 ;
[0011] S2. 4 :根據(jù)測(cè)得的M組幅相數(shù)據(jù)構(gòu)建當(dāng)前故障對(duì)應(yīng)的特征向量
：· 9
[0012] S3 :將所有分區(qū)的故障情況及其對(duì)應(yīng)的特征向量一起構(gòu)建故障數(shù)據(jù)庫(kù)，陣列天線 需要測(cè)試診斷時(shí)，分別對(duì)每個(gè)分區(qū)進(jìn)行一次快拍測(cè)試，獲得該分區(qū)的測(cè)試向量，先與該分區(qū) 的無故障特征向量計(jì)算相似度，如果相似度大于預(yù)設(shè)閾值則該分區(qū)沒有故障，否則在該分 區(qū)對(duì)應(yīng)故障特征向量中搜索與測(cè)試向量最相似的故障特征向量，對(duì)應(yīng)的故障即為當(dāng)前陣列 天線的故障。
[0013] 本發(fā)明基于分區(qū)的陣列天線快速故障診斷方法，將陣列天線劃分為多個(gè)分區(qū)，每 個(gè)分區(qū)包含若干輻射單元，對(duì)于每個(gè)分區(qū)，通過雷達(dá)控制系統(tǒng)控制關(guān)閉分區(qū)內(nèi)的不同輻射 單元來模擬各個(gè)故障，對(duì)無故障和每個(gè)模擬故障進(jìn)行快拍測(cè)試得到故障特征向量，將所有 分區(qū)的故障及其對(duì)應(yīng)的特征向量一起構(gòu)建故障數(shù)據(jù)庫(kù)，陣列天線需要測(cè)試診斷時(shí)，分別對(duì) 每個(gè)分區(qū)進(jìn)行一次快拍測(cè)試，獲得該分區(qū)的測(cè)試向量，先與該分區(qū)的無故障特征向量計(jì)算 相似度，如果相似度大于預(yù)設(shè)閾值則該分區(qū)沒有故障，否則在該分區(qū)對(duì)應(yīng)故障特征向量中 搜索與測(cè)試向量最相似的故障特征向量，對(duì)應(yīng)的故障即為當(dāng)前分區(qū)的故障。
[0014] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0015] (1)通過對(duì)陣面進(jìn)行分區(qū)，可以同時(shí)測(cè)試分區(qū)內(nèi)多個(gè)輻射單元，相對(duì)于單通道測(cè)試 大大減少了測(cè)試次數(shù)；
[0016] (2)快拍測(cè)試?yán)昧硕鄠€(gè)測(cè)試天線，可以更好地刻畫分區(qū)特性以進(jìn)行故障診斷； 并且利用快拍測(cè)試可以通過簡(jiǎn)單測(cè)試快速獲得大量測(cè)試數(shù)據(jù)，顯著提高測(cè)試效率和診斷精 度。
【附圖說明】
[0017] 圖1是基于分區(qū)的陣列天線快速故障診斷方法的流程圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明中陣列分區(qū)示例圖；
[0019] 圖3是本發(fā)明中測(cè)試天線放置示例圖；
[0020] 圖4是快拍測(cè)試的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許 會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0022] 圖1是基于分區(qū)的陣列天線快速故障診斷方法的流程圖。如圖1所示，基于分區(qū) 的陣列天線快速故障診斷方法包括以下步驟：
[0023] SlOl :陣列天線分區(qū)：
[0024] 將陣列天線劃分為N個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)包含若干輻射單元。分區(qū)的大小，也就是每 個(gè)分區(qū)中輻射單元的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。一般來說陣列天線在分區(qū)時(shí)是平均 分區(qū)的。圖2是本發(fā)明中陣列分區(qū)示例圖。
[0025] S102 :測(cè)試天線設(shè)置：
[0026] 在陣列天線的中場(chǎng)區(qū)不同位置固定設(shè)置M個(gè)測(cè)試天線，M的取值范圍為M > 1。由 于要通過測(cè)試天線接收信號(hào)的幅相數(shù)據(jù)構(gòu)建特征向量，為了使特征向量具有更好地表征效 果，測(cè)試天線數(shù)量不宜太少，一般來說，測(cè)試天線數(shù)量M多4。測(cè)試天線可以一字排列，以可 以矩形排列，以使不同測(cè)試天線位于陣列天線分區(qū)空間方向圖的不同位置，同樣也可以使 特征向量具有更好地表征效果。圖3是本發(fā)明中測(cè)試天線放置示例圖。本發(fā)明中，當(dāng)測(cè)試 天線位置設(shè)置好后，其位置是不變的。
[0027] S103 :設(shè)置分區(qū)序號(hào)η = I ;
[0028] S104 :快拍測(cè)試：
[0029] 通過雷達(dá)控制系統(tǒng)控制關(guān)閉第η個(gè)分區(qū)內(nèi)的不同輻射單元，用以模擬不同故障情 況，如無故障、單福射單元故障和多福射單元故障，得到無故障樣本向量和故障樣本向量。 多輻射單元故障的模擬故障數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要來確定。通常情況下，雷達(dá)一個(gè)T/R組 件有8個(gè)輻射單元，一個(gè)T/R組件內(nèi)部電路故障會(huì)導(dǎo)致這個(gè)組件上的輻射單元全部故障。所 以故障模式可以設(shè)置成一個(gè)T/R組件上的8個(gè)單元故障，兩個(gè)T/R組件16個(gè)單元故障等。 同時(shí)還可以加入因意外情況導(dǎo)致的隨機(jī)位置的輻射單元的損壞，比如1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)。圖4 是快拍測(cè)試的流程圖。如圖4所示，快拍測(cè)試包括以下步驟：
[0030] S401 :令測(cè)試天線序號(hào)m = 1 ;
[0031] S402 :獲得第m組測(cè)試數(shù)據(jù)：
[0032] 在當(dāng)前故障情況下，通過雷達(dá)控制系統(tǒng)控制分區(qū)中輻射單元的幅相激勵(lì)，使分區(qū) 波束指向第m個(gè)測(cè)試天線，記錄M個(gè)測(cè)試天線各自測(cè)得的幅相數(shù)據(jù)，即幅度值A(chǔ) nw和相位值 %^，m' =1，2,…，M。不同單元的幅相激勵(lì)是由雷達(dá)控制系統(tǒng)根據(jù)不同指向角度進(jìn)行計(jì) 算，指向角度由雷達(dá)陣面分區(qū)空間坐標(biāo)和測(cè)試天線空間坐標(biāo)確定。