CN104931924A - 一种基于电磁场角动量的天线定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电磁场角动量的天线定位方法，包括以下步骤：步骤S1、测量发射天线的三维电磁场；利用高隔离度的三极化电偶极子天线和磁偶极子天线，测量出发射天线至少两个点的电磁场信息；步骤S2、计算三维电磁场关于空间某一点的角动量平方；步骤S3、找出角动量平方最小的参考点，就是天线所在的位置。具有在收发双方是没有通信时都能准确定位等优点。

Description

一种基于电磁场角动量的天线定位方法

技术领域

本发明涉及了一种三维电磁场信息的应用技术，特别涉及一种基于电磁场角动量的天线定位方法，该天线定位方法利用了三维电磁场信息作发射天线的定位。

背景技术

在卫星定位系统里，需要收发双方利用通信的手段，知道发射天线与接收天线的信号的延时来确定天线的位置，如果双方通信是保密的，那么发射天线的信号传送到接收天线上的时延就不可以被计算出来，则卫星定位就失效；在雷达定位系统中，如果对方涂上吸波材料，那么发射天线的电磁场就会给吸收，与目标之间的距离也不能被计算出来，那么雷达定位就失效。

总之，以上两种方法都需要主动发射出信号才能达到定位，是有源定位的方法。在有源定位中，如果主动发射的信号不能被接收方知道，那么定位就完全失效。

在实际的军事应用中，卫星定位只能定位出我军人员的天线位置，不能找出敌人天线的位置，则不能对敌人进行攻击。在雷达定位中，如果敌人涂上吸波材料，则一样不能找出敌人的位置，同样不能对敌人进行攻击。

发明内容

本发明的目的在于解决现在的卫星定位与雷达定位的失效情况，提出一种基于电磁场角动量的天线定位方法，该天线定位方法只要对方发出电磁波信号，我方就可以确定对方的位置，是一种全新的无源定位方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于电磁场角动量的天线定位方法，包括以下步骤：

步骤S1、测量发射天线的三维电磁场；利用高隔离度的三极化电偶极子天线和磁偶极子天线，测量出发射天线至少两个点的电磁场信息；测量的电磁场信息越多定位越准确。

步骤S2、计算三维电磁场关于空间某一点的角动量平方；

步骤S3、找出角动量平方最小的参考点，就是天线所在的位置。

作为优选，所述步骤S2包括以下步骤：

步骤21、计算出发射天线的电磁场角动量，计算公式如下：

$J\left(d\right)={\mathrm{\ϵ}}_0\∫(r-d)\×\mathrm{Re}\left\{{E\×B}^{*}\right\}\mathrm{dv},$   (公式1)

其中，J为角动量，ε₀为真空介电常数，r为场点，d为参考点，Re为取实部运算，E为电场矢量，B^*为磁场矢量的共轭值；

步骤22、把角动量转换成角动量平方。

作为优选，所述步骤S3包括以下步骤：

步骤31、计算角动量平方随参考点变化的函数,计算所述函数的公式如下：

${\left|J\left(d\right)\right|}^2={|{\mathrm{\ϵ}}_0\∫(r-d)\×\mathrm{Re}\{{E\×B}^{*}\left\}\mathrm{dv}\right|}^2,$   (公式2)

其中，|J(d)|²表示角动量平方，J为角动量，ε₀为真空介电常数，r为场点，d为参考点，Re为取实部运算，E为电场矢量，B^*为磁场矢量的共轭值，dv为体积分微元。

步骤32、找出角动量平方的最小值，所述角动量平方的最小值所对应的参考点为d_min，则d_min即是天线所在的位置。

作为优选，在步骤32中，所述角动量平方最小的参考点有且仅有一个。

本发明利用了发射天线在远场的三维电磁场信息，在天线远场任意测量天线的三维电磁场信息，最少任意测量两个点的三维电磁场信息。

本发明利用所测量的三维电磁场信息计算关于空间某一点的角动量平方，写出角动量平方关于空间坐标的解释表达式。

本发明找出的角动量平方最小的参考点，说明了电磁场都是从这个参考点径向射出，就是天线所在的位置，找出角动量平方最小的参考点可以利用三元函数求极值的办法。

本发明的原理：本发明利用了发射天线在远场的三维电磁场信息，并利用三维电磁场信息计算关于空间某一个点的角动量平方，天线的辐射中心定义为角动量平方最小的参考点，也就是天线的所在位置。

相对于现有技术，本发明具有以下的优点与有益效果：

利用本发明的电磁场角动量的天线定位，只要对方的天线发出信号一旦被我方测量出来，就可以实现对天线的定位，注意此技术与天线的形状、频率、极化方式都没有关系。这种定位方法只需要知道被定位天线发出的电磁场，是一种无源定位的方法。在所提出的无源定位方法中，并不需要主动发射信号，只要知道被定位天线的电磁场就可以实现定位，在很多的情况下收发双方是没有通信的，此时有源定位会完全失效，在收发双方是没有通信时必需采用无源定位，本发明的无源定位的应用范围更广泛，定位准确，定位精度高。

附图说明

图1为基于电磁场角动量的天线定位方法流程图。

图2为基于电磁场角动量的一维的天线定位情况。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种基于电磁场角动量的天线定位方法，包括以下步骤：

步骤S1、测量发射天线的三维电磁场，可以测量发射天线的任意位置的三维电磁场，但最少要测量两个点的三维电磁场信息。

步骤S2、利用电磁场角动量的表达式，计算三维电磁场关于空间某一个点的角动量平方，电磁场角动量表达式如下：

$J={\mathrm{\ϵ}}_0\∫(r-d)\×\mathrm{Re}\left\{{E\×B}^{*}\right\}\mathrm{dv},$

其中，J为角动量，ε₀为真空介电常数，r为场点，d为参考点，Re为取实部运算，E为电场矢量，B^*为磁场矢量取共轭，dv为体积分微元。

步骤S3、找出角动量平方最小的参考点，就是天线所在的位置。

如图2所示，被定位的天线放在横坐标x轴的某个位置上，在纵坐标y轴方向的某个区域测量出任意两个点(即：第一个点和第二个点)的三维电磁场，也就是测出第一个点的电场横分量，第一个点的电场纵分量，第一个点的电场竖分量,第一个点的磁场横分量,第一个点的磁场纵分量,第一个点的磁场竖分量；第二个点的电场横分量，第二个点的电场纵分量，第二个点的电场竖分量,第二个点的磁场横分量,第二个点的磁场纵分量,第二个点的磁场竖分量，利用以下公式计算出角动量平方关于x轴的函数，找出角动量平方最小的参考点A：

${\left|J\left(d\right)\right|}^2={|{\mathrm{\ϵ}}_0\∫(r-d)\×\mathrm{Re}\{{E\×B}^{*}\left\}\mathrm{dv}\right|}^2,$

式中，J为角动量，ε₀为真空介电常数，r为场点，d为参考点，Re为取实部运算，E为电场矢量，B^*为磁场矢量取共轭，dv为体积分微元。

在图2中，为了方便画图，用角动量平方取对数log(|J(d)|²)来代替角动量平方|J(d)|²；所述角动量平方最小的参考点A就是天线所在的位置，只要在远处测量出电磁场的信息，就可以计算出角动量平方随x的变化，A的位置就是角动量平方的最小值，也就是天线所在的位置。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于电磁场角动量的天线定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、测量发射天线的三维电磁场；利用高隔离度的三极化电偶极子天线和磁偶极子天线，测量出发射天线至少两个点的电磁场信息；

步骤S2、计算三维电磁场关于空间某一点的角动量平方；

步骤S3、找出角动量平方最小的参考点，就是天线所在的位置。

2.如权利要求1所述的基于电磁场角动量的天线定位方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

步骤21、计算出发射天线的电磁场角动量，计算公式如下：

J(d)＝ε₀∫(r-d)×Re{Ε×B^*}dv，          (公式1)

其中，J为角动量，ε₀为真空介电常数，r为场点，d为参考点，Re为取实部运算，E为电场矢量，B^*为磁场矢量的共轭值；

步骤22、把角动量转换成角动量平方。

3.如权利要求1所述的基于电磁场角动量的天线定位方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

步骤31、计算角动量平方随参考点变化的函数,计算所述函数的公式如下：

|J(d)|²＝|ε₀∫(r-d)×Re{Ε×B^*}dv|²，      (公式2)

其中，|J(d)|²表示角动量平方，J为角动量，ε₀为真空介电常数，r为场点，d为参考点，Re为取实部运算，E为电场矢量，B^*为磁场矢量的共轭值，dv为体积分微元；

步骤32、找出角动量平方的最小值，所述角动量平方的最小值所对应的参考点为d_min，则d_min即是天线所在的位置。

4.如权利要求3所述的基于电磁场角动量的天线定位方法，其特征在于，在步骤32中，所述角动量平方的最小值的参考点有且仅有一个。