CN106054162B - 空间多载波逆问题优化的多个无源互调发生点的定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间多载波逆问题优化的多个无源互调发生点的定位方法。在同一参考信号源下，将两路相干射频信号源通过待测器件入射端口注入到其微波腔体中，经待测微波腔体的反射产生多个无源互调信号，并在待测器件入射端口处叠加形成合成无源互调信号，传输到幅度相位比较器获得合成无源互调信号的幅度和相位；改变其中任意一路相干射频信号源的频率，进行多次测量获得多组合成无源互调信号的幅度和相位，建立其复数方程组，构造优化目标函数对方程组进行求解：对于各个可能发生无源互调效应的发生点，将优化目标函数值通过幅度参数阈值判断获得位置信息。本发明有效解决多个无源互调点的定位问题，实现测试带宽为窄带条件下的无源互调发生点的定位。
Description
技术领域
本发明涉及了一种无源互调的定位方法，尤其是涉及了一种空间多载波逆问题优化的多个无源互调发生点的定位方法。
背景技术
随着我国无线通信技术的持续快速发展，大功率容量、宽频带、多载波技术已经成为未来先进通信系统的唯一选择。在大功率多通道通信系统中(例如卫星通信系统和移动通信网络)，由于大功率发射机和高灵敏度接收机处于有限空间，结果产生一种必须加以抑制的干扰源——无源互调(PIM)，它是由两个或两个以上发射载波在无源器件中相遇时产生的基本信号频率的线性组合产物落入接收通带内形成的。在现代通信系统中，接收机的灵敏度很高，所以即使存在微弱的PIM产物，都足以影响整个通信系统的正常工作，严重时可使整个系统处于瘫痪状态。
在实际应用中，尤其在复杂的星载环境中，受到电，热，力的综合性影响，PIM信号发生点往往不止一个。在此条件下，则需要考虑同时存在多个PIM发生点时、每个PIM发生点的定位方法。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明目的在于提出一种基于空间多载波逆问题优化理论的多个无源互调发生点的定位方法。
本发明采用的技术方案包括以下步骤：
1)在同一参考信号源下，将两路相干射频信号源通过待测器件入射端口注入到其微波腔体中，经待测微波腔体的反射产生多个无源互调信号，并在待测器件入射端口处叠加形成一个合成无源互调信号，传输到幅度相位比较器获得合成无源互调信号的幅度A和相位
待测器件的微波腔体中，所有可能发生无源互调效应的发生点位置均已知，将每一个可能发生无源互调效应的发生点产生的无源互调信号用单频复数信号形式表示，所有发生点单频复数形式的无源互调信号叠加等于由幅度相位比较器获得幅度相位合成后的复数信号，
2)改变其中任意一路相干射频信号的频率，进行多次测量获得多组合成无源互调信号的幅度和相位，建立以下复数方程组；
其中，A(m)为第m次测量时接收到的测量的总信号幅度，ΔΦ(m)为第m次测量时接收到的测量的总信号相位；M表示测量的总次数，m表示测量的序数，N表示可能发生PIM效应发生点的总数，n表示可能发生PIM效应发生点的序数；An为第n个可能发生PIM效应的位置的幅度，ΔΦmn为第m次测量时，第n个可能发生PIM效应的位置的相位，j表示虚数单位，e表示自然常数。
上述ΔΦmn表示为：
其中，xn为第n个可能发生PIM效应的位置，kPIMmn为第m次测量时，第n个可能发生PIM效应的位置所在腔体的波矢常数，为第n个可能发生PIM效应位置的初始相位。
3)根据复数方程组，构造以下优化目标函数对方程组进行求解：
其中，A(m)为第m次测量时接收到的测量的总信号幅度，ΔΦ(m)为第m次测量时接收到的测量的总信号相位；M表示测量的总次数，m表示测量的序数，N表示可能发生PIM效应发生点的总数，n表示可能发生PIM效应发生点的序数；An为第n个可能发生PIM效应的位置的幅度，ΔΦmn为第m次测量时，第n个可能发生PIM效应的位置的相位，j表示虚数单位，e表示自然常数。
设置优化参数变量初值，使用最速下降法寻找最优解参数。
4)对于各个可能发生无源互调效应的发生点，将上述步骤得到的优化目标函数值Fopt通过幅度参数阈值判断获得无源互调发生点的位置信息。
各个发生点的幅度和初始相位通过以无源互调信号的幅度和初始相位作为优化参数，根据最速下降法进行参数动态优化后获得。
所述的无源互调信号具有特定阶数，特定阶数为3阶、5阶、7阶以及更高奇数阶次的无源互调信号。
改变其中任一一路相干射频信号的频率采用等间隔多次改变的方式，有利于后续方程求解计算简便，并使得幅度和相位的优化结果最优。
所述的测量总次数M至少大于待测器件中所有可能发生无源互调效应的发生点个数的两倍。测量采集到的数据幅度为归一化数据，保证数据优化搜索区域统一。
所述步骤4)具体为：将优化目标函数值Fopt与幅度参数阈值进行比较：若优化目标函数值Fopt低于幅度阈值，则其所在的发生点不产生无源互调效应；若优化目标函数值Fopt高于幅度阈值条件，则其所在的发生点产生无源互调效应。若等于幅度阈值参数，则可将其归于大于或小于的任意一种情况，不会影响结果。
本发明的有益效果是：
本发明方法采取超定复数方程组构造优化目标函数，根据最速下降法进行参数动态优化，得到所有可能发生无源互调效应位置的幅度和初始相位优化值，有效解决实际无源互调效应测量时的窄带宽限制，实现了复杂实际系统中多点PIM的识别和定位。
附图说明
附图1是本发明方法的流程图。
附图2是本发明方法实施的无源互调信号测量系统结构示意图。
附图3是二极管模拟仿真数据优化图。
表1是二极管模拟仿真参量优化结果表。
图中：1、第一激励信号源，2、第二激励信号源，3、无源互调分量参考信号源，4、信号源内部参考信号源，5、第一功率放大器，6、第二功率放大器，7、合路器，8、双工器，9、被测器件，10、低互调匹配负载，11、第二滤波器，12、第一滤波器，13、幅度相位比较器，14、模数转换器。
具体实施方式
以下结合附图，具体阐述本发明的工作原理和实施方式：
如图2所示，本发明具体实施采用的无源互调信号测量系统是：
将信号源内部参考信号源4分为三路，三路分别为第一激励信号源1、第二激励信号源2、无源互调分量参考信号源3，
第一激励信号源1、第二激励信号源2分别经第一功率放大器5、第二功率放大器6连接到合路器的两个输入端，合路器的输出端经双工器8连接到被测器件9的输入端口，被测器件9连接有用于阻抗匹配的低互调匹配负载10，低互调匹配负载10能阻止其中较大反射，双工器8另一路输出端和无源互调分量参考信号源3分别经第二滤波器11和第一滤波器12连接到幅度相位比较器13的输入端，幅度相位比较器13的输出端经模数转换器14与数字处理器连接，数字处理器可采用计算机。
1)在信号源内部参考信号员4下，第一激励信号源1与第二激励信号源2分别经过第一功率放大器5和第二功率放大器6进行信号放大，两路信号经过合路器7和双工器8，最终到达被测器件9产生无源互调信号，在信号传播反方向，产生的无源互调信号再次经过双工器8和第二滤波器11得到特定阶数的无源互调信号，与此同时，无源互调分量参考源3产生于特定阶数的无源互调信号相同频率的信号，经过第一滤波器12到达相位比较器13与特定阶数的无源互调信号比较幅度和相位，幅度和相位信息通过模数转换器14和数字处理器后，可获得数字化数据进行分析处理。特定阶数的多个无源互调信号经过反射在入射端口的叠加可视为一个合成无源互调信号，通过幅度相位比较器可以获得叠加信号的幅度A和相位
2)改变第一激励信号源1或第二激励信号源2其中一路的频率，获得多组叠加信号的幅度A和相位
如图1所示，本发明的实施例如下：
实施例的仿真演示结果如图3和表1所示。由于二极管谐波信号与无源互调信号均为级数形式，其幅度与频率呈现不相关性，因此可以使用二极管谐波信号模拟无源互调信号进行仿真验证。设存在3个无源互调发生点，其位置分布距离入射端口为1.8m、2.4m、3m。根据附图2中的无源互调信号测量系统获得二次谐波在2.22GHz和2.32GHz之间100MHz带宽数据，其扫描频率间隔为0.2MHz。为了验证本发明方法的鲁棒性，增加一个虚拟点3.5m，因此，构造的目标函数可以表示为：
其中构造的多载波拟合函数为：
其中，ki为无源互调信号在传播电缆线中的波矢常数，可以通过测量得到。A1,A2,A3,A4和为优化参数变量。
根据最速下降法对参数动态进行优化，得到二极管模拟仿真数据优化图如图3所示，从图中可以看出，优化结果满足实际需要。使用逆问题优化得到所有可能发生无源互调效应位置的幅度和初始相位优化值如表1所示。
表1
由表1可以看出，使用幅度参数阈值，即幅度优化值相对最大幅度优化值的比值，可以确定在1.8m,2.4m,3m处产生发生无源互调效应，在3.5m处没有发生无源互调效应，本发明方法实现了多点无源互调的定位。
Claims (6)
1.一种空间多载波逆问题优化的多个无源互调发生点的定位方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在同一参考信号源下，将两路相干射频信号源通过待测器件(9)入射端口注入到其微波腔体中，经待测微波腔体的反射产生多个无源互调信号，并在待测器件(9)入射端口处叠加形成一个合成无源互调信号，传输到幅度相位比较器获得合成无源互调信号的幅度和相位；
待测器件(9)的微波腔体中，所有可能发生无源互调效应的发生点位置均已知，将每一个可能发生无源互调效应的发生点产生的无源互调信号用单频复数信号形式表示，所有发生点单频复数形式的无源互调信号叠加等于由幅度相位比较器获得幅度相位合成后的复数信号；
2)改变其中任意一路相干射频信号的频率，进行多次测量获得多组合成无源互调信号的幅度和相位，建立其复数方程组；
3)根据复数方程组构造以下优化目标函数对方程组进行求解：
其中，A(m)为第m次测量时接收到的测量的总信号幅度，ΔΦ(m)为第m次测量时接收到的测量的总信号相位；M表示测量的总次数，m表示测量的序数，N表示可能发生PIM效应发生点的总数，n表示可能发生PIM效应发生点的序数；An为第n个可能发生PIM效应的位置的幅度，ΔΦmn为第m次测量时，第n个可能发生PIM效应的位置的相位，j表示虚数单位，e表示自然常数；
4)对于各个可能发生无源互调效应的发生点，将上述步骤得到的优化目标函数值Fopt通过幅度参数阈值判断获得无源互调发生点的位置信息。
2.根据权利要求1所述的一种空间多载波逆问题优化的多个无源互调发生点的定位方法，其特征在于：各个发生点的幅度和初始相位通过以无源互调信号的幅度和初始相位作为优化参数，根据最速下降法进行参数动态优化后获得。
3.根据权利要求1所述的一种空间多载波逆问题优化的多个无源互调发生点的定位方法，其特征在于：所述的无源互调信号具有特定阶数，特定阶数为3阶、5阶、7阶以及更高奇数阶次的无源互调信号。
4.根据权利要求1所述的一种空间多载波逆问题优化的多个无源互调发生点的定位方法，其特征在于：改变其中任意一路相干射频信号的频率采用等间隔多次改变的方式，有利于后续方程求解计算简便，并使得幅度和相位的优化结果最优。
5.根据权利要求1所述的一种空间多载波逆问题优化的多个无源互调发生点的定位方法，其特征在于：所述的测量总次数M至少大于待测器件(9)中所有可能发生无源互调效应的发生点个数的两倍。
6.根据权利要求1所述的一种空间多载波逆问题优化的多个无源互调发生点的定位方法，其特征在于：所述步骤4)具体为：将优化目标函数值Fopt与幅度参数阈值进行比较：若优化目标函数值Fopt低于幅度阈值，则其所在的发生点不产生无源互调效应；若优化目标函数值Fopt高于幅度阈值条件，则其所在的发生点产生无源互调效应。
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