CN113050025B - 基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及毫米波电子技术领域，具体涉及基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，包括：根据频段设置若干频段区间，从待测毫米波上选取落入频段区间的若干频点，并确保每个频段区间内至少有一个频点；根据选取的频点分别生成对应的天线方向图和对应的测向表；在每个频段区间内划定测向区间，并读取对应的测向表计算待测毫米波频点得到测向角。本发明通过划分多个频段区间，对应确定一个测向表；毫米波也根据频段进行待测频点的划分出测向区间，待测毫米波的频点能够对应至测向区间内，利用每个频段区间确定的对应测向表进行该测向区间内频点的方位角测定，避免由于频段的差距导致测向误差大的问题，最终提高了毫米波的测向精度。

Description

基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法
技术领域
本发明涉及毫米波电子技术领域，具体涉及基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法。
背景技术
随着毫米波技术的快速发展和空间电磁环境的日益复杂，毫米波技术普遍应用于军用和商业产品上，尤其是在通信、雷达、遥感和射电天文等领域有大量的应用。毫米波信号因为波长很短，在传播过程中由于受到大气中的分子吸收、降水影响、大气悬浮物影响、地面障碍物影响等因素，使毫米波信号受到衰减、散射、改变极化和传播路径。
在实际应用中，由于毫米波容易在传播过程中损耗衰减的传播特性，对毫米波的信号的测向工作也变得愈加困难。当前的侧向系统要准确地进行毫米波测频非常困难，目前一般的系统对毫米波信号检测均无准确的频率信息，这就导致无频率信息的毫米波信号测向只能使用单一频点的测向表，即使扩展比幅的通道数也难以保证测向精度，难以满足在毫米波频域的测向精度要求。
因此，现有的毫米波侧向方式有待提升，需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中的不足。
发明内容
为了解决上述内容中提到的现有技术缺陷，本发明提供了基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，旨在采用分区法，将毫米波频段分为多个区域，将多个区域的典型频点分别拟合成一个测向表。同时在系统中用加载毫米波的数据库进行匹配，根据加载的数据库选择唯一的测向表，从而达到在无频率信息的毫米波频段信号使用多个含典型频率点信息测向的效果，大幅度提高测向精度。
为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案是：
基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，包括：
根据频段设置若干频段区间，从待测毫米波上选取落入频段区间的若干频点，并确保每个频段区间内至少有一个频点；
根据选取的频点分别生成对应的天线方向图和对应的测向表；
在每个频段区间内划定测向区间，并读取对应的测向表计算待测毫米波频点得到测向角。
上述公开的方法，通过根据频段进行区间划分，将不同频段的毫米波进行分别测向，可提高毫米波测向的精确度，减少测向误差。
进一步的，本发明中公开的测向方法所使用测测向表，用于对应的频段区间的毫米波的测向，此处进行优化，举出如下一种可行的选择：所述的根据选取的频点分别生成对应的测向表为KB测向表，采用如下方式计算毫米波信号的方位角：
Figure GDA0003034205630000021
其中，Doa为方位角，Doa∈[0°,359°]；diffPa为相邻天线幅度差，diffPa∈[0,255]；在进行测向表的制作时，根据已知频点的Doa值和diffPa值计算可确定K、B的值，进而再用于待测毫米波频点的方位角测定。采用如此的方案时，能够快速根据各个频段区间的已知频点的方位角和天线幅度差计算得出K、B的值，从而更够根据K、B的值计算测向区间内的各个未知频点的方位角和幅度差。
再进一步，本发明中所公开的幅度差从天线方位图中确定，幅度差的确定方法可根据实际需求进行调整，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的diffPa值根据天线方向图中的幅度值确定，最大幅度值与最小幅度值的差值即为diffPa值。采用如此方案时，最大的幅度差计算得到的方位角最大，若有误差，按照该幅度差计算得出的方位角的误差值也是极限值，故计算结果是考虑了最差结果的计算值，毫米波的实际方位角一定不会超出该计算得到的方位角范围。
进一步的，在进行测向区间的确定时，根据实际所需在对应的频段区间内选取，此处进行优化，举出如下一种可行的选择方案：所述的在每个频段区间内划定测向区间，以[Fi,Fj]作为划分的频段区间，在频段区间范围内确定待检测毫米波频段的区间极值RFi和RFj，以区间[RFi,RFj]作为测向区间，其中
Figure GDA0003034205630000031
i和j均为正整数。采用如此方案时，所述的测向区间能够将毫米波在该频段区间内的所有频点纳入，供选择测试的频点数量更多，可达到更多的测试结果。
再进一步，本发明在划分频段区间时，对区间的划分方式进行优化，此处举出其中一种可行的选择：所述的若干个频段区间为连续区间。
进一步的，本发明所采用的测向表，在每个对应的频段区间根据已知频点的参数值对应生成，若存在特殊频点不适用任何一个频段区间的测向表，则单独进行测向处理，单独测向的方式并不唯一确定，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的测向表还包括指定测向表，当选取的待测毫米波频点无对应的测向区间时，采用指定测向表计算测向角。采用如此方案时，指定测向表的测试兼容度更高，一般以误差更小的测试表作为指定测试表。
再进一步，在进行指定测试表的确定时，可采用如下方案：所述的指定测向表为若干KB测向表中的一个。
进一步的，对上述技术方案中公开的技术方案进行优化，所述的频段区间的数量根据需要可进行设定，此处举出其中一种可行的选择：将频段区间的数量设置为五，对应生成五个天线方向图和测向表，在五个频段区间内分别划定测向区间，并从每个频段区间内选取已知频点计算确定对应的测向角计算方程式。此方案仅为划分频段区间的一种方案，当待测定的毫米波所对应的频率值范围较大时，也可采用更多频段区间划分的方案，以更精细的测向表对分段取值后的频点进行测向，从而提高测向的精度。
再进一步，按照上述方案中所公开的方法划分频段区间时，按照频段区间的频率值范围从低到高的顺序进行排序，划分的频段区间数量为五时，将排序第三的频段区间所对应的测向表作为指定测向表。
进一步的，设置频段区间的数量不同，用于进行测向的测向表数量也对应不同，在划分每个频段区间的同时应不超过频段极限范围值，此处进行优化并举出如下一种可行的方案：在设置频段区间时，每个频段区间的频率区间小于10GHz。此数值是本发明针对毫米波的参考数值。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明通过划分多个频段区间，每个频段区间对应确定一个天线方向图和测向表用于毫米波频点的测向；毫米波也根据频段进行待测频点的测向划分，按照待测毫米波的频率范围在频段区间内分别划分出测向区间，待测毫米波的频点能够对应至测向区间内，从而利用每个频段区间确定的对应测向表进行该测向区间内频点的方位角测定，从而能避免由于频段的差距导致测向误差大的问题，最终提高了毫米波的测向精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本方法的实现过程示意图。
图2为本方法的流程模块示意图。
图3a为本方法中KB表的计算数据示意图的第一部分。
图3b为本方法中KB表的计算数据示意图的第二部分。
图3c为本方法中KB表的计算数据示意图的第三部分。
图4为实施例中采用分区测向与不采用分区测向的测向精度对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
实施例
针对现有的毫米波测向方法存在较大的误差，测向结果不够准确的现象，本实施例公开了一种提高毫米波测向精度的方法，现进行说明。
具体的，如图1、图2所示，本实施例公开的测向方法如下：
基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，包括：
S01：根据频段设置若干频段区间，从待测毫米波上选取落入频段区间的若干频点，并确保每个频段区间内至少有一个频点。
在本实施例中，将频段区间划分为五个，且该五个频段区间为频率连续区间，分别是：[18GHz,19GHz)、[19GHz,24GHz)、[24GHz,29GHz)、[29GHz,34GHz)、[34GHz,40GHz]。
S02：根据选取的频点分别生成对应的天线方向图和对应的测向表。
优选的，本实施例中使用19GHz、24GHz、29GHz、34GHz、40GHz这些频点测试生成对应区间的天线方向图和KB测向表。
本实施例中公开的测向方法所使用测测向表，用于对应的频段区间的毫米波的测向，此处进行优化，举出如下一种可行的选择：所述的根据选取的频点分别生成对应的测向表为KB测向表，采用如下方式计算毫米波信号的方位角：
Figure GDA0003034205630000061
其中，Doa为方位角，Doa∈[0°,359°]；diffPa为相邻天线幅度差，diffPa∈[0,255]；在进行测向表的制作时，根据已知频点的Doa值和diffPa值计算可确定K、B的值，进而再用于待测毫米波频点的方位角测定。采用如此的方案时，能够快速根据各个频段区间的已知频点的方位角和天线幅度差计算得出K、B的值，从而更够根据K、B的值计算测向区间内的各个未知频点的方位角和幅度差。
优选的，本实施例中的方法采用预先制作好的数据库，在进行测向表的制作时，从数据库中选取对应频段区间内的频点参数信息进行计算，得到对应的K、B值，从而确定每个频段区间的KB测向表。具体K、B值的计算过程可参考图3a、图3b、图3c所示的内容。
优选的，本实施例中所公开的幅度差从天线方位图中确定，幅度差的确定方法可根据实际需求进行调整，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的diffPa值根据天线方向图中的幅度值确定，最大幅度值与最小幅度值的差值即为diffPa值。采用如此方案时，最大的幅度差计算得到的方位角最大，若有误差，按照该幅度差计算得出的方位角的误差值也是极限值，故计算结果是考虑了最差结果的计算值，毫米波的实际方位角一定不会超出该计算得到的方位角范围。
S03：在每个频段区间内划定测向区间，并读取对应的测向表计算待测毫米波频点得到测向角。
在进行测向区间的确定时，根据实际所需在对应的频段区间内选取，此处进行优化，举出如下一种可行的选择方案：所述的在每个频段区间内划定测向区间，以[Fi,Fj]作为划分的频段区间，在频段区间范围内确定待检测毫米波频段的区间极值RFi和RFj，以区间[RFi,RFj]作为测向区间，其中
Figure GDA0003034205630000071
i和j均为正整数。采用如此方案时，所述的测向区间能够将毫米波在该频段区间内的所有频点纳入，供选择测试的频点数量更多，可达到更多的测试结果。
优选的，本实施例中所采用的测向区间与频段区间分别满足如下关系：
Figure GDA0003034205630000072
以第一张KB测向表作为频点的测向方向表，该表以[F1F2)频段区间内的已知频点的天线方向图计算制得。
Figure GDA0003034205630000073
以第二张KB测向表作为频点的测向方向表，该表以[F3,F4)频段区间内的已知频点的天线方向图计算制得。
Figure GDA0003034205630000074
以第三张KB测向表作为频点的测向方向表，该表以[F5,F6)频段区间内的已知频点的天线方向图计算制得。
Figure GDA0003034205630000075
以第四张KB测向表作为频点的测向方向表，该表以[F7,F8)频段区间内的已知频点的天线方向图计算制得。
Figure GDA0003034205630000076
以第五张KB测向表作为频点的测向方向表，该表以[F9F10]频段区间内的已知频点的天线方向图计算制得。
上述公开的方法，通过根据频段进行区间划分，将不同频段的毫米波进行分别测向，可提高毫米波测向的精确度，减少测向误差。
本实施例所采用的测向表，在每个对应的频段区间根据已知频点的参数值对应生成，若存在特殊频点不适用任何一个频段区间的测向表，则单独进行测向处理，单独测向的方式并不唯一确定，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的测向表还包括指定测向表，当选取的待测毫米波频点无对应的测向区间时，采用指定测向表计算测向角。采用如此方案时，指定测向表的测试兼容度更高，一般以误差更小的测试表作为指定测试表。
优选的，本实施例中的指定测向表为若干KB测向表中的一个，按照上述方案中所公开的方法划分频段区间时，按照频段区间的频率值范围从低到高的顺序进行排序，划分的频段区间数量为五时，将排序第三的频段区间所对应的测向表作为指定测向表，故本实施例中尤其倾向于采用第三张KB测向表。
设置频段区间的数量不同，用于进行测向的测向表数量也对应不同，在划分每个频段区间的同时应不超过频段极限范围值，此处进行优化并举出如下一种可行的方案：在设置频段区间时，每个频段区间的频率区间小于10GHz。此数值是本实施例针对毫米波的参考数值。
采用上述公开的测向方法进行毫米波测向操作，此处举出部分数据以进行说明：
使用本实施例优化和未使用本发明优化的测向精度如表1所示，不分区测向时使用频点3的方向图拟合KB值，测试6个频点；分区测向时可使用6个频点的方向图拟合KB值分别测试6个频点。
表1优化前后B5测向精度
Figure GDA0003034205630000081
Figure GDA0003034205630000091
此表的对应可视化图像为附图4.
可以看出，不使用分区测向时，频点3精度最高，频点越偏离频点3的频率，误差越大；使用分区测向后，所有频点的测向精度均有提高，且误差最大值显著减低。
以上即为本发明列举的实施方式，但本发明不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (9)

1.基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，其特征在于，包括：
根据频段设置若干频段区间，从待测毫米波上选取落入频段区间的若干频点，并确保每个频段区间内至少有一个频点；
根据选取的频点分别生成对应的天线方向图和对应的测向表；
所述的测向表为KB测向表，采用如下方式计算毫米波信号的方位角：
Figure FDA0003678616070000011
其中，Doa为方位角，Doa∈[0°，359°]；diffPa为相邻天线幅度差，diffPa∈[0，255]；在进行测向表的制作时，根据已知频点的Doa值和diffPa值计算可确定K、B的值，进而再用于待测毫米波频点的方位角测定；
在每个频段区间内划定测向区间，并读取对应的测向表计算待测毫米波频点得到测向角。
2.根据权利要求1所述的基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，其特征在于：所述的diffPa值根据天线方向图中的幅度值确定，最大幅度值与最小幅度值的差值即为diffPa值。
3.根据权利要求1所述的基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，所述的在每个频段区间内划定测向区间，其特征在于，以[Fi，Fj]作为划分的频段区间，在频段区间范围内确定待检测毫米波频段的区间极值RFi和RFj，以区间[RFi，RFj]作为测向区间，其中
Figure FDA0003678616070000021
i和j均为正整数。
4.根据权利要求1所述的基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，其特征在于：所述的若干个频段区间为连续区间。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，其特征在于：所述的测向表还包括指定测向表，当选取的待测毫米波频点无对应的测向区间时，采用指定测向表计算测向角。
6.根据权利要求5所述的基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，其特征在于：所述的指定测向表为若干KB测向表中的一个。
7.根据权利要求1所述的基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，其特征在于：将频段区间的数量设置为五，对应生成五个天线方向图和测向表，在五个频段区间内分别划定测向区间，并从每个频段区间内选取已知频点计算确定对应的测向角计算方程式。
8.根据权利要求7所述的基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，其特征在于：按照频段区间的频率值范围从低到高的顺序进行排序，将排序第三的频段区间所对应的测向表作为指定测向表。
9.根据权利要求1、7或8所述的基于分区测向提高无频率信息毫米波信号测向精度的方法，其特征在于：在设置频段区间时，每个频段区间的频率区间小于10GHz。
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