[发明专利]在轨SAR发射方位向方向图测试装置及性能评估方法

权利要求书

1.一种在轨SAR发射方位向方向图测试装置的性能评估方法，其特征在于，测试装置包括频率信号产生单元、雷达信号接收单元、监控定时单元、采集记录单元、调频信号产生单元；

所述频率信号产生单元为雷达信号接收单元、调频信号产生单元、采集记录单元及监控定时单元提供基准频率信号；所述基准频率信号包括射频、中频、采样时钟及定时时钟；

所述雷达信号接收单元在自检测试时，接收调频信号产生单元的射频输出信号；在轨测试时，分别接收水平极化SAR辐射信号与垂直极化SAR辐射信号；

所述监控定时单元根据星上提前上注的在轨SAR工作参数，向调频信号产生单元输出工作模式控制信号，产生与星上在轨SAR相同带宽、脉宽、脉冲重复频率的线性调频信号进行自检测试；控制所述雷达信号接收单元产生控制信号，进行自检测试和在轨测试；

所述采集记录单元对雷达信号接收单元输入的自检信号或SAR辐射信号进行中频采样，并对采样数据进行正交解调、降采样和数字滤波，送入数据存储单元实现数据存储记录；

所述调频信号产生单元用于产生与星上在轨SAR相同带宽、脉宽、脉冲重复频率的线性调频信号；

所述性能评估方法包括如下步骤：

步骤1、获取在轨SAR发射方位向方向图数据，包括如下步骤：

步骤（1）确定地面天线接收的功率电平：

根据雷达方程，地面接收功率为：

                        （1），

其中，是斜距，是在轨SAR发射功率，是在轨SAR天线增益，为地面接收天线面积，是大气传输损耗；

根据天线理论，地面天线的接收增益为：

                           （2），

其中，是雷达中心频率对应的波长，为地面接收天线面积；

根据式（2）得出：

                          （3），

代入式（1），得出：

          （4），

地面天线接收的功率电平由式（4）确定；

步骤（2）设置雷达信号接收单元MGC：

雷达信号接收单元MGC的设置按式（5）确定：

  （5），

其中，是监控定时单元控制雷达信号接收单元设置的值，是地面天线接收功率电平，是系统损耗，是雷达信号接收单元总增益，也即设置为0时的增益，为雷达信号接收单元输出的信号功率电平大小，单位为dBm；

的设置满足式（6）：

                         （6），

其中，为采集记录单元的饱和输入电平；

采集记录单元为8位采样量化，数字量处于-128~+127之间；调整输入采集记录单元的信号电平大小，使得采集记录单元记录的数据处于饱和，记录此时的中频输入信号电平，此电平即为采集记录单元的饱和输入电平；

步骤（3）进行监控定时单元的控制设置：

根据在轨SAR过境时的雷达带宽参数，设置雷达信号接收单元中的滤波器带宽选择；根据步骤（2）计算出的MGC，设置雷达信号接收单元的MGC值；设置雷达信号接收单元闭锁开关功能关闭，在整个脉冲重复频率周期内，一直连续处于接收信号状态中；

步骤（4）进行地面信号接收系统有线自检：调频信号产生单元在监控定时单元的控制下，用于形成射频自检信号，该射频自检信号的带宽、脉宽、脉冲重复频率与待接收的在轨SAR参数设置一致；射频自检信号通过调整可调衰减器，使得雷达信号接收单元输入电平与在轨测试时输入电平相当，并发送给雷达信号接收单元；雷达信号接收单元将输入的射频输入信号，低噪声放大、下变频到中频信号，然后经中频滤波和可控增益中频放大链路控制功分后进行两路输出，一路输出给采集记录单元，另一路作为在线监视手段，接功率计；设置MGC值，使得雷达信号接收单元输出的信号比采集记录单元饱和输入电平低4dB，记录此时的中频输出信号电平作为在轨测试时设置雷达信号接收单元的MGC值的参考；采集记录单元接收雷达信号接收单元输出的中频信号，8位高速采样，然后进行数字IQ正交解调，降采样后存入数据存储部件；

步骤（5）进行地面信号接收系统无线自检：调频信号产生单元在监控定时单元的控制下，用于形成射频自检信号，该射频自检信号的带宽、脉宽、脉冲重复频率与待接收的在轨SAR参数设置一致；射频自检信号经可调衰减器，产生信号接收单元输入动态范围内的信号，输入到第二矩形口面角锥喇叭；第二矩形口面角锥喇叭作为发射单元，把射频自检信号无线辐射出去；第一矩形口面角锥喇叭作为无线射频信号接收单元，接收空间辐射的射频信号，然后发送给雷达信号接收单元；调整可调衰减器，使得雷达信号接收单元输入电平与在轨测试时输入电平相当；雷达信号接收单元将输入的射频输入信号，低噪声放大、下变频到中频信号，并经中频滤波和可控增益中频放大链路控制功分后进行两路输出，一路输出给采集记录单元，另一路作为在线监视手段，接功率计；设置MGC值，使得雷达信号接收单元输出的信号比采集记录单元饱和输入电平低4dB，记录此时的中频输出信号电平，作为在轨测试时设置雷达信号接收单元的MGC值的参考；采集记录单元接收雷达信号接收单元输出的中频信号，8位高速采样，然后数字IQ正交解调，降采样后存入数据存储部件；

在轨测试时，根据斜距及星上在轨SAR的辐射功率，推算出雷达信号接收单元入口功率电平，再推算雷达信号接收单元的MGC值的设置值；

步骤（6）设置第一矩形口面角锥喇叭的接收方向：

根据卫星导航角度信息，采用罗经和水平仪测量第一矩形口面角锥喇叭的方位角和俯仰角，保证方位向和航迹的航向平行，以及确保入射波能够垂直入射到第一矩形口面角锥喇叭里；经过上述设置之后，第一矩形口面角锥喇叭的接收方向与星上发射波形对准；同时根据星上实时发射极化H/V，第一矩形口面角锥喇叭的口面与星上H、V极化发射对应；

步骤（7）获取在轨SAR发射方位向方向图数据：根据在轨SAR过境时间，提前开机记录数据；并设置示波器，实时监视雷达信号接收单元输出的中频信号波形；

步骤2、通过数据处理得到在轨SAR发射方位向方向图；

步骤3、根据在轨SAR发射方位向方向图与地面带内方向图比对，进行方向图性能评估。