CN109787670A - 一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，包括：方向图波形交互显示模块，用于采用人工方式，通过控制接口控制绘制工具绘制方向图，生成方向图的波形数据数组并显示；算法模块，用于采用多线程方式，预先设置所需的算法；阵列天线交互显示模块，用于根据预设的算法和生成的波形数据数组，将绘制的方向图转换为阵列数据数组并显示；文件模块，用于通过数据接口对方向图和阵列数据数组进行保存，本发明可以广泛应用于天线方向图波束赋形研究领域中。

Description

一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统

技术领域

本发明涉及一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，属于天线方向图波束赋形研究领域。

背景技术

随着近代微波通讯、卫星通讯以及航天技术的迅猛发展，现今社会对通讯系统的要求越来越高，使用者对于天线方向图的波束宽度以及精确度的要求也越来越高。在阵列天线方向图合成时，首先根据所设计天线的目标方向图，采用波束赋形算法，计算出每一天线单元赋形目标方向图形最优解的幅度和相位数据，该数据作为激励可将阵列天线方向图赋形成所需的目标形状。一个优秀的算法对得到一款高效且方向图精确度度高的阵列天线波束赋形变得非常重要。因此，研究一个可以由天线设计人员自行运行算法的波束赋形软件非常重要。

目前的软件仿真中，在设置所需要的目标方向图时，采用手动方式输入方向图各个点的角度和增益值，此种方式设置目标方向图费时，且不能直观表示角度和增益与方向图的波形形状的对应关系，设置效率低。在设置阵元激励时只能采用手动输入方式，无法实现从文件中读取和加载阵列数据数组的功能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种设置效率高且能够从文件中读取和加载阵列数据数组的可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，包括：方向图波形交互显示模块，用于采用人工方式，通过控制接口控制绘制工具绘制方向图，生成方向图的波形数据数组并显示；算法模块，用于采用多线程方式，预先设置所需的算法；阵列天线交互显示模块，用于根据预设的算法和生成的波形数据数组，将绘制的方向图转换为阵列数据数组并显示；文件模块，用于对方向图和阵列数据数组进行保存。

优选地，所述方向图波形交互显示模块包括：参数设定单元，用于预先设定方向图的参数；波形绘制单元，用于根据预设的参数，采用人工方式通过控制接口控制绘制工具绘制方向图；波形数据数组生成单元，用于生成方向图的波形数据数组，包括方向图的增益值和角度值；波形输出单元，用于将绘制的方向图和生成的波形数据数组输出至所述算法模块和文件模块；波形输入单元，用于读取所述算法模块和文件模块发送的方向图；波形显示单元，用于显示绘制的方向图或所述波形输入单元发送的方向图。

优选地，所述方向图的参数包括X轴显示范围和Y轴显示范围。

优选地，所述算法模块包括：方向图反推阵列单元，用于根据预设的算法，将波形数据数组转换为阵列数据数组，并发送至所述阵列天线交互显示模块；阵列计算方向图单元，用于根据预设的算法，将阵列数据数组转换为方向图，并发送至所述方向图波形交互显示模块。

优选地，所述阵列数据数组包括阵元的幅度和相位，数据格式为阵元幅度相位矩阵，矩阵大小为2*N，其中，N为阵元个数。

优选地，所述阵列天线交互显示模块包括：阵列设置单元，用于设置阵列的参数；阵列数据数组获取单元，用于获取所述算法模块和文件模块发送的阵列数据数组；阵列输出单元，用于将阵列数据数组输出至所述阵列计算方向图单元和文件模块；阵列显示单元，用于显示阵列数据数组。

优选地，所述阵列的参数包括阵元的幅度、相位名称、阵元的个数、阵元间距和排列方式。

优选地，所述文件模块包括：方向图保存单元，用于保存绘制的方向图；方向图读取单元，用于读取绘制的方向图；阵列保存单元，用于保存阵列数据数组；阵列读取单元，用于读取阵列数据数组。

优选地，所述方向图保存单元采用文本方式保存方向图，其中，所述文本中每一行均保存方向图的一个顶点对应的x轴数值和y轴数值。

优选地，所述阵列保存单元采用文本方式保存阵列数据数组，其中，所述文本中的第一行保存阵列的参数、阵元个数和阵列结构，所述文本中的其他行均相应保存一个阵元的幅度和相位。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置有方向图波形交互显示模块、阵列天线交互显示模块、算法模块和文件模块，根据实际工程对方向图形状的要求，通过手动方式绘制方向图，通过文件模块导入激励相位和幅度值，能够提高目标方向图生成效率，实现对所需方向图对应的阵列幅度相位数据的快速计算，提高阵列天线设计效率，可以为工程中天线阵波束赋形仿真设计提供实用方便的仿真工具软件实现。2、本发明的算法模块由于设置有算法设定单元，可以根据使用人员设定的算法将方向图所生成的波形数据数组转换为阵列数据数组，或者将阵列数据数组转换为方向图，能够提高软件的扩展性和灵活性，在算法的设计优化过程中提高软件计算效率而不受软件本身算法的限制，本发明可以广泛应用于天线方向图波束赋形研究领域中。

附图说明

图1是本发明系统的数据传输示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，包括界面模块、后台模块、数据接口和控制接口，其中，界面模块包括方向图波形交互显示模块和阵列天线交互显示模块，后台模块包括算法模块和文件模块。界面模块的设定能够提高交互效率，后台模块的设定能够提高控制处理效率。

方向图波形交互显示模块用于采用人工方式，通过控制接口控制绘制工具(例如鼠标)绘制方向图，生成方向图的波形数据数组并显示；控制接口用于连接鼠标，对方向图数据点数组进行修改并重新绘制。算法模块用于采用多线程方式，预先设置所需的算法，以提高运算效率。阵列天线交互显示模块用于根据预设的算法和生成的波形数据数组，将绘制的方向图转换为阵列数据数组并显示。文件模块用于通过数据接口对方向图和阵列数据数组进行保存。

在一个优选的实施例中，方向图波形交互显示模块包括参数设定单元、波形绘制单元、波形数据数组生成单元、波形输出单元、波形输入单元和波形显示单元。参数设定单元用于预先设定方向图的参数，包括X轴显示范围和Y轴显示范围等。波形绘制单元用于根据预设的参数，采用人工方式通过控制接口控制绘制工具绘制方向图。波形数据数组生成单元用于生成方向图的波形数据数组，其中，方向图的波形数据数组包括方向图的增益值和角度值。波形输出单元用于将绘制的方向图和生成的波形数据数组输出至算法模块和文件模块。波形输入单元用于读取算法模块和文件模块发送的方向图。波形显示单元用于显示绘制的方向图或波形输入单元发送的方向图。

在一个优选的实施例中，算法模块包括算法设定单元、方向图反推阵列单元和阵列计算方向图单元。算法设定单元用于预先设定所需的算法例如c++，其中，算法可以采用现有技术中公开的任意算法，在此不做赘述。方向图反推阵列单元用于根据预设的算法，将波形数据数组转换为阵列数据数组，并发送至阵列天线交互显示模块，其中，阵列数据数组包括阵元的幅度和相位，数据格式为阵元幅度相位矩阵，矩阵大小为2*N，N为阵元个数。由此，能够增加仿真的灵活性，可以实现对任意结构的阵列进行仿真。阵列计算方向图单元用于根据预设的算法，将阵列数据数组转换为方向图，并发送至方向图波形交互显示模块。

在一个优选的实施例中，阵列天线交互显示模块包括阵列设置单元、阵列数据数组获取单元、阵列输出单元、阵列输入单元和阵列显示单元。阵列设置单元用于设置阵列的参数，包括阵元的幅度、相位名称、阵元的个数、阵元间距和排列方式等。阵列数据数组获取单元用于通过阵列输入单元获取算法模块和文件模块发送的阵列数据数组。阵列输出单元用于将阵列数据数组输出至阵列计算方向图单元和文件模块。阵列显示单元用于显示阵列数据数组。

在一个优选的实施例中，文件模块包括方向图保存单元、方向图读取单元、阵列保存单元和阵列读取单元。方向图保存单元用于采用文本方式保存绘制的方向图，其中，文本中每一行均保存方向图的一个顶点对应的x轴数值和y轴数值。方向图读取单元用于读取绘制的方向图。阵列保存单元用于采用文本方式保存阵列数据数组，其中，文本中的第一行保存阵列的参数、阵元个数和阵列结构，文本中的其他行均相应保存一个阵元的幅度和相位。阵列读取单元用于读取阵列数据数组。

下面通过具体实施例详细说明本发明的可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统：

1)基于QtCreator的集成开发环境和g++编译器，搭建软件开发平台，采用QtCreator集成开发环境可以完成软件界面的快速开发，且能够提高软件的可移植性，可以使本发明软件方便地移植到不同操作系统中使用。

2)在软件开发平台上设置界面模块、后台模块、数据接口和控制接口，其中，界面模块包括方向图波形交互显示模块和阵列天线交互显示模块，后台模块包括算法模块和文件模块。

3)设定方向图波形交互显示模块、阵列天线交互显示模块、算法模块和文件模块内的各单元。

4)用户通过波形绘制单元和控制接口经绘制工具手动绘制所需的方向图，通过波形显示单元显示；波形数据数组生成单元将绘制的方向图转换为波形数据数组，通过波形输出单元输出至方向图反推阵列单元。

5)方向图反推阵列单元根据预设的算法，将绘制的方向图所生成的波形数据数组转换为阵列数据数组，并通过阵列输入单元发送至阵列天线交互显示模块进行显示。

6)阵列计算方向图单元根据预设或导入的阵列数据数组，生成方向图，通过方向图波形交互显示模块进行显示。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，包括：

方向图波形交互显示模块，用于采用人工方式，通过控制接口控制绘制工具绘制方向图，生成方向图的波形数据数组并显示；

算法模块，用于采用多线程方式，预先设置所需的算法；

阵列天线交互显示模块，用于根据预设的算法和生成的波形数据数组，将绘制的方向图转换为阵列数据数组并显示；

文件模块，用于对方向图和阵列数据数组进行保存。

2.如权利要求1所述的一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，所述方向图波形交互显示模块包括：

参数设定单元，用于预先设定方向图的参数；

波形绘制单元，用于根据预设的参数，采用人工方式通过控制接口控制绘制工具绘制方向图；

波形数据数组生成单元，用于生成方向图的波形数据数组，包括方向图的增益值和角度值；

波形输出单元，用于将绘制的方向图和生成的波形数据数组输出至所述算法模块和文件模块；

波形输入单元，用于读取所述算法模块和文件模块发送的方向图；

波形显示单元，用于显示绘制的方向图或所述波形输入单元发送的方向图。

3.如权利要求2所述的一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，所述方向图的参数包括X轴显示范围和Y轴显示范围。

4.如权利要求1所述的一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，所述算法模块包括：

方向图反推阵列单元，用于根据预设的算法，将波形数据数组转换为阵列数据数组，并发送至所述阵列天线交互显示模块；

阵列计算方向图单元，用于根据预设的算法，将阵列数据数组转换为方向图，并发送至所述方向图波形交互显示模块。

5.如权利要求4所述的一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，所述阵列数据数组包括阵元的幅度和相位，数据格式为阵元幅度相位矩阵，矩阵大小为2*N，其中，N为阵元个数。

6.如权利要求4所述的一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，所述阵列天线交互显示模块包括：

阵列设置单元，用于设置阵列的参数；

阵列数据数组获取单元，用于获取所述算法模块和文件模块发送的阵列数据数组；

阵列输出单元，用于将阵列数据数组输出至所述阵列计算方向图单元和文件模块；

阵列显示单元，用于显示阵列数据数组。

7.如权利要求6所述的一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，所述阵列的参数包括阵元的幅度、相位名称、阵元的个数、阵元间距和排列方式。

8.如权利要求1所述的一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，所述文件模块包括：

方向图保存单元，用于保存绘制的方向图；

方向图读取单元，用于读取绘制的方向图；

阵列保存单元，用于保存阵列数据数组；

阵列读取单元，用于读取阵列数据数组。

9.如权利要求8所述的一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，所述方向图保存单元采用文本方式保存方向图，其中，所述文本中每一行均保存方向图的一个顶点对应的x轴数值和y轴数值。

10.如权利要求8所述的一种可绘制方向图的阵列天线波束赋形系统，其特征在于，所述阵列保存单元采用文本方式保存阵列数据数组，其中，所述文本中的第一行保存阵列的参数、阵元个数和阵列结构，所述文本中的其他行均相应保存一个阵元的幅度和相位。