CN108344969B - 一种球面波干涉测向方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球面波干涉测向方法，能够在接收电磁波为球面波（相位波阵面为球面即可）情况下，对发射源方位进行计算求解。本发明适用于任意球面波辐射场，包括矩形喇叭天线辐射的远场区，具有理论清晰，公式简单，可行性高的特点，在微波测试领域，具有广阔应用前景。

Description

一种球面波干涉测向方法

技术领域

本发明涉及微波试验与测试技术，尤其涉及一种球面波干涉测向方法。

背景技术

当前在微波测试领域，大多使用平面波来近似描述发射天线远场区电磁波形式，造成接收天线阵列在使用干涉技术进行测向时误差较大，譬如使用矩形喇叭天线作为微波发射源，矩形喇叭天线波前相位阵面为球面波，在使用平面波近似方式进行干涉测向时，误差较大，无法获得更为精确的方位角，并且这种状况也不能通过提高仪器精度来有效改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种球面波干涉测向方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种适用于球面波的干涉测向方法，包含以下步骤：

步骤1)，设置第一至第三接收天线，使其呈一字型排列、且与发射天线在同一平面内；第一接收天线与第二接收天线距离为L₁，L₁小于发射天线发射的电磁波的半波长；第二接收天线与第三接收天线距离为L₂；第一至第三接收天线仅采用宽波束天线、处于相同频段、组成接收天线阵列；

步骤2)，以第一接收天线所在位置为旋转轴心，将接收天线阵列在(-90°,90°)内旋转任意角度，第一至第三接收天线同时接收发射天线发射的电磁波，令发射天线距第一接收天线距离为d，第一接收天线获得的相位为p1，第二接收天线获得的相位为p2，第三接收天线获得的相位为p3，天线发射的电磁波的波长为λ；

步骤3)，根据以下公式计算θ₀：

O₀＝arcsin(g)

式中，k取值为零；

步骤4)，根据以下方式计算θ₁：

k＝k+1

g₁＝((d+s₁)²-d²-(L₁+L₂)²)/(2d(L₁+L₂))

θ₁＝arcsin(g₁)

步骤5)，重复步骤4)，直至求出与θ₀最为接近的θ₁，此时θ₁即为接收天线阵列旋转的角度，θ₁+90°即为发射天线、第一接收天线的连线和接收天线阵列所在直线之间的夹角。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.在球面波相位情况下，使用本技术可明显提高测向精度；

2.由于矩形喇叭天线发射的电磁波，相位波阵面是球面，所以本技术依然适用于矩形喇叭天线辐射场；

3.公式中包含有参数λ，所以，可以求解任意频率的测向角度。

附图说明

图1是本发明中收发天线布置的示意图；

图2(a)是使用矩形喇叭天线做发射天线、d＝10m、L＝0.3m、f＝15GHz时,采用分平面波和本发明求解角度的对比示意图；

图2(b)是使用矩形喇叭天线做发射天线、d＝10m、L＝0.3m、f＝15GHz时,采用分平面波和本发明求解角度时误差的对比示意图；

图3(a)是使用矩形喇叭天线做发射天线、d＝5m、L＝0.3m、f＝3GHz时,采用分平面波和本发明求解角度的对比示意图；

图3(b)是使用矩形喇叭天线做发射天线、d＝5m、L＝0.3m、f＝3GHz时,采用分平面波和本发明求解角度时误差的对比示意图。

图中，1-第一接收天线，2-第二接收天线，3-第三接收天线，4-发射天线，5-相位波阵面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，第一至第三接收天线呈一字型排列，且与发射天线在同一平面内。第一接收天线与第二接收天线距离为L₁，L₁小于发射天线发射的电磁波的半波长，第二接收天线与第三接收天线距离为L₂，第一至第三接收天线组成接收天线阵列。

发射天线采用能够发射球面波的天线，并且保证其相位中心没有偏移。使用矩形喇叭天线也可以，因为其相位波阵面为球面，当然同样也需要保证相位中心没有偏移。接收天线使用宽波束天线(如：平螺天线)，发射天线、第一至第三接收天线处于相同频段。

以第一接收天线所在位置为旋转轴心，将接收天线阵列绕旋转轴在(-90°,90°)内旋转任意角度，如θ角，发射天线接微波信号源，频率为f，第一至第三接收天线同时接收频率为f的电磁波。

令发射天线距第一接收天线距离为d，第一接收天线获得相位为p1，第二接收天线获得相位为p2，第三接收天线获得相位为p3，微波信号源的电磁波波长为λ。

推导出公式如下：

θ₀＝arcsin(g)

在上式中，k取值为零，代入p1，p2，d，L₁，波长λ，求得θ₀。

按下面的公式，代入p3，k从1开始，取整数值增加，不断计算θ₁，直到θ₁与θ₀最为接近。

g₁＝((d+s₁)²-d²-(L₁+L₂)²)/(2d(L₂+L₂))

θ₁＝arcsin(g₁)

在θ₁与θ₀最为接近时，θ₁为求解精确值，此时，θ₁的值即为旋转角度θ，θ₁+90°即为发射天线、第一接收天线的连线和接收天线阵列所在直线之间的夹角，即可完成测向。

图2(a)是使用矩形喇叭天线做发射天线、d＝10m、L＝0.3m、f＝15GHz时,采用分平面波和本发明求解角度的对比示意图；图2(b)是使用矩形喇叭天线做发射天线、d＝10m、L＝0.3m、f＝15GHz时,采用分平面波和本发明求解角度时误差的对比示意图。可以看出，使用本技术，角度计算精度明显优于使用平面波方式。

图3(a)是使用矩形喇叭天线做发射天线、d＝5m、L＝0.3m、f＝3GHz时,采用分平面波和本发明求解角度的对比示意图；图3(b)是使用矩形喇叭天线做发射天线、d＝5m、L＝0.3m、f＝3GHz时,采用分平面波和本发明求解角度时误差的对比示意图。可以看出，使用本技术，角度计算精度依然优于使用平面波方式。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种适用于球面波的干涉测向方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1)，设置第一至第三接收天线，使其呈一字型排列、且与发射天线在同一平面内；第一接收天线与第二接收天线距离为L₁，L₁小于发射天线发射的电磁波的半波长；第二接收天线与第三接收天线距离为L₂；第一至第三接收天线仅采用宽波束天线，处于相同频段，组成接收天线阵列；

步骤2)，以第一接收天线所在位置为旋转轴心，将接收天线阵列在(-90°,90°)内旋转任意角度，第一至第三接收天线同时接收发射天线发射的电磁波，令发射天线距第一接收天线距离为d，第一接收天线获得的相位为p1，第二接收天线获得的相位为p2，第三接收天线获得的相位为p3，天线发射的电磁波的波长为λ；

步骤3)，根据以下公式计算θ₀：

θ₀＝arcsin(g)

式中，k取值为零；

步骤4)，根据以下方式计算θ₁：

k＝k+1

g₁＝((d+s₁)²-d²-(L₁+L₂)²)/(2d(L₁+L₂))

θ₁＝arcsin(g₁)

步骤5)，重复步骤4)，直至求出与θ₀最为接近的θ₁，此时θ₁+90°即为发射天线、第一接收天线的连线和接收天线阵列所在直线之间的夹角。

Images