CN113094775B - 一种天线阵任意波束微整形工具及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线阵任意波束微整形工具及实现方法，该工具包括：数据初始化界面系统，被配置为导入阵列天线参数，波束调节界面系统，被配置为对天线方向图进行调节后动态更新对应的权值，或对权值进行调整后动态更新对应的方向图；数据导出系统，被配置为将调节后方向图对应的权值以文本格式导出。本发明提出的波束微整形工具，可以在赋形算法得到的方向图的基础上对其进行微调，并获得微调后方向图所对应的权值，通过微调理论上可以得到任意想要的方向图，该功能实质上突破了激励优化算法的设计要求，给天线设计工作人员带来极大的便利。

Description

一种天线阵任意波束微整形工具及实现方法

技术领域

本发明是关于一种天线阵任意波束微整形工具及实现方法，涉及天线方向图波束赋形领域。

背景技术

近年来，波束赋形(Beamforming)技术得到了广泛研究。所谓波束赋形技术也被称作波束成型、空域滤波技术，是一种处理发射信号和接收信号的技术。波束赋形技术应用在天线中时，通过对阵列天线各阵元所加激励的调整，可以综合出特定形式的方向图，使得方向图对准需要的方向，提高天线使用效率。按照波的理论，阵列天线远场方向图可看成是阵列中每一个阵元所提供远场方向图的矢量叠加。在波束赋形的研究中，通过合理设置矢量相加过程中每个方向图的权值，可以调整方向图为所需的目标形状。因此设计一个能够给出阵列天线目标方向图所需各个阵元权值的工具非常重要。

目前在进行波束赋形时，主要是通过各种赋形算法，如遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)，粒子群算法，杂草算法等计算得到天线单元赋形目标方向图最优解的权值，此组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。但是诸如GA等赋形算法得出的最优解，并不是真正意义上的最优解，而是一种近似最优解。所以直接通过赋形算法计算出的方向图只是总体符合要求，通过设计更加先进的赋形算法可以得到更加精确的方向图，但是设计新的赋形算法难度较大，耗费的成本较高，也不能保证新的算法可以给出完全符合要求的方向图。除此之外，还可以在赋形算法的基础上，通过对计算得到的天线单元权值的修改，调整方向图使其更加精确。手动修改阵元权值调整方向图的方法虽然简单，但是由于很难提前知道修改后的结果，所以此方法具有偶然性，效率同样较低。在阵元数目较多的情况下，同样耗时长。传统赋形算法注重总体目标的优化，优化得到的方向图可能存在局部的要求不达标或者方向图不够精确等问题。因此，研发能够对方向图进行微调且可自动给出目标方向图对应阵元权值的工具将给天线设计工作人员带来极大的便利。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够对方向图进行微调且可自动给出目标方向图对应阵元权值的天线阵任意波束微整形工具及实现方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种天线阵任意波束微整形工具，该工具包括：

数据初始化界面系统，被配置为导入阵列天线参数，

波束调节界面系统，被配置为对天线方向图进行调节后动态更新对应的权值，或对权值进行调整后动态更新对应的方向图；

数据导出系统，被配置为将调节后方向图对应的权值以文本格式导出。

优选地，所述数据初始化界面系统包括文件选择模块、阵列天线参数显示模块和激励选择模块；

所述文件选择模块，用于导入所设计阵列天线每个阵元权值或单元方向图；

所述阵列天线参数显示模块，用于对阵列天线的激励、阵元数参数信息进行显示；

所述激励选择模块，用于输入初步设计的天线权值。

优选地，所述波束调节界面系统包括功能选择模块、波束微调模块、三维方向图生成模块、近场方向图合成模块及平顶波束模块；

所述功能选择模块，用于在波束调节界面系统中进行不同的功能模块切换；

所述波束微调模块，用于对方向图进行微调，微调包括正向微调和反向微调，正向微调指的是调整方向图获得对应权值，反向微调指的是调整权值获得对应方向图；

所述三维方向图生成模块，用于生成任意的三维方向图；

所述近场方向图合成模块，用于根据远场方向图合成相应的近场方向图；

所述平顶波束模块，用于平顶波束的生成与修正。

优选地，所述波束微调模块包括角度点选择子模块、增益调整子模块、增益调整步长子模块、波束平移子模块、数据显示模块以及波束微调更新子模块；

所述角度点选择子模块，用于选择方向图需要进行调节的角度位置，通过对设定角度区间中任意角度点的选择，对天线方向图的任意位置进行调节；

所述增益调整子模块，用于对方向图所选角度点的增益进行调整；

所述增益调整步长子模块，用于选择每一次调整增益变化的步长；

所述波束平移子模块，用于将方向图在角度轴上进行平移，调整方向图的指向；

所述数据显示模块，用于显示当前权值对应的方向图信息以及当前方向图对应的权值；

所述波束微调更新子模块，用于在方向图调整后计算新的方向图各项参数实时绘制新的方向图。

优选地，所述平顶波束模块包括平顶波束生成模块和修正模块；

所述平顶波束生成模块，用于初始化一个平顶波束；

所述修正模块，用于调整平顶波束的平坦度和波束宽度。

优选地，该工具的各模块还设置有相应接口以完成数据的读取、处理、传输和保存，具体为：

数据显示模块包括方向图图像显示接口、方向图参数显示接口和阵元权值显示接口，各显示接口从其他模块接收方向图的参数信息，用于方向图图像与参数的显示和阵元权值的显示；

文件选择模块包括方向图读取接口、方向图保存接口、阵元权值读取接口和阵元权值保存接口，其中，方向图与阵元权值的读取接口将读取到的用户设置的参数信息传递给方向图与阵元权值显示接口完成读取，阵元权值与方向图的保存接口从方向图与阵元权值显示接口接收参数信息完成保存；

波束微调模块包括角度点选择接口、增益调整接口、增益调整步长设置接口以及波束更新接口；其中，角度点选择接口、增益调整接口、增益调整步长设置接口接收用户对波束进行调节的信息，波束更新接口将波束调整后的参数信息传递给数据显示模块完成方向图以及阵元权值的实时更新；

平顶波束模块包括初始化平顶波束接口和平顶波束修正接口，初始化平顶波束接口根据用户设置对平顶波束生成，平顶波束修正接口对生成的平顶波束进行修正；

三维方向图生成模块包括水平方向图导入接口、垂直方向图导入接口和三维方向图生成接口，水平及垂直方向图导入接口从文件选择模块的方向图保存接口接收方向图的信息，三维方向图生成接口使用接收的方向图信息计算相应的三维方向图，将三维方向图的信息传递方向图图像显示接口完成三维方向图的生成；

近场方向图合成模块包括远场方向图导入接口和近场方向图合成接口，远场方向图导入接口从文件选择模块的方向图保存接口接收方向图信息，近场方向图合成接口根据接收到的远场方向图计算得到相应的近场方向图，将近场方向图信息传递给数据显示模块的方向图图像显示接口完成近场方向图的合成。

第二方面，本发明还提供一种天线阵任意波束微整形工具的实现方法，包括以下内容：

S1、搭建软件开发平台；

S2、设计软件的数据初始化界面，初始化界面使用“静态文本”控件显示提示信息，使用“可编辑文本”控件显示阵列天线的参数信息，使用“单选按钮”控件来实现对初始激励的选择，使用“按妞”控件来执行不同的操作；

S3、设置主界面中“按钮”控件的回调函数，包括实现文件选择的按钮和执行下一步操作即合成显示方向图的按钮，其中，文件选择的按钮在选择文件后需要在相应的“可编辑文本”控件上显示文件路径信息以及阵元数和阵元间距信息，执行下一步操作的按钮需要唤起软件的波束调节界面，即次界面；

S4、设置主界面中“单选按钮”控件的回调函数，包括设置泰勒激励和标准激励的这两个按钮，选择激励后需要在相应的“可编辑文本”控件上显示激励的幅度和相位信息；

S5、设计软件的波束调节界面，该界面使用“静态文本”控件显示提示信息，使用“可编辑文本”控件显示调节的角度点、调节的步长以及天线的权值信息，使用“坐标区”控件显示天线的方向图，使用“单选按钮”控件进行增益调整方向的选择，使用“按钮”控件执行不同操作。

S6、设置次界面中与波束调节有关“按钮”控件的回调函数，包括选择角度点的按钮、更新方向图的按钮、波束平移的按钮，同时在“坐标区”控件上更新调整后的方向图，在“可编辑文本”控件上更新相应的激励信息；

S7、设置次界面中与平顶波束生成有关“按钮”的回调函数，包括平顶波束初始化按钮以及修正平顶波束的按钮，其中，平顶波束生成按钮用于生成一个初始的平顶波束并在“坐标区”控件上显示；修正平顶波束的按钮包括用于调整平顶波束的平坦度的“收”“放”按钮和用于调整波束宽度的“窄”“宽”按钮，并在“坐标区”控件上更新方向图以及在“可编辑文本”控件上显示激励的信息。

进一步地，所述角度点的按钮从0度出发左右平移选择想要调节的角度点，步长分为1度和5度两种，调节角度点后需要在相应的“可编辑文本”控件上显示当前的角度信息；所述更新方向图的按钮用于对方向图进行调节，同时在“坐标区”控件上更新调整后的方向图，在“可编辑文本”控件上更新相应的激励信息；所述波束平移的按钮用于将方向图在角度轴上进行平移，同样需要在“坐标区”控件上更新平移后的方向图以及在“可编辑文本”控件上更新激励信息。

第三方面，本发明还提供一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现本发明所述天线阵任意波束微整形工具的实现方法。

第四方面，本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现本发明所述天线阵任意波束微整形工具的实现方法。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明提出的波束微整形工具，可以在赋形算法得到的方向图的基础上对其进行微调，并获得微调后方向图所对应的权值，通过微调理论上可以得到任意想要的方向图，该功能实质上突破了激励优化算法的设计要求，给天线设计工作人员带来极大的便利；

2、本发明采用图形化界面，直接对阵列天线的方向图进行调整，使用本发明进行方向图设计，理论上可以合成任意形状的波束，设计的方向图既可以满足局部的要求，又可以满足总体的要求。同时，如果原始设计较好的波束形状如果指向不准，可通过波束平移功能，对整体波束方向进行整体搬移，提高设计精度和效率；

3、本发明在波束微调的过程中基于天线阵元权值及时反馈，实现波束双向微调，反向微调即调整方向图形状，系统计算并反馈调整后方向图对应的权值，通过将权值反代回电磁仿真软件，可以得到对应的方向图；正向微调即直接修改系统反馈的权值，此时系统会重新绘制手动修改后的权值对应的方向图，该功能可用于验证仿真那些不精确的激励权值对方向图的影响程度；

4、本发明优化选择激励权值，提高波束优化效率，初始方向图生成所需的权值可以是手动输入的也可以从外部导入。正如前面所述，激励优化算法计算出的权值生成的方向图会存在进一步的优化空间，因此可在激励选择模块导入任意其他方法设计所得到的天线权值，例如遗传算法、粒子群算法、杂草算法、传统数学算法(切比雪夫权值、泰勒权值)等，相当于在激励优化算法的结果的基础上来对波束进行优化，大大提高了波束优化的效率；

5、本发明的核心功能是波束微调，除了此功能，本发明同时包含了一些可用于天线设计的辅助功能，如；平顶波束生成模块，任意的三维方向图产生模块，近场方向图合成模块等，因此本软件具有较高的成熟度，可为天线设计人员提供大的帮助；

6、本发明采用了图形化的界面设计，界面简单直观，操作简单，相比传统赋形算法在执行过程中，设计人员需要知晓算法复杂的原理，该发明的使用则无需理解其内涵，只需在软件界面简单的操作，就可得到目标方向图对应的权值；

综上，本发明可以广泛应用于天线中。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的设计原理图；

图2为本发明实施例的软件接口关系图；

图3为本发明实施例的数据初始化界面；

图4为本发明实施例的波束调节界面。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。

实施例1

本发明提供的应用于波束赋形中的阵列方向图微调工具，使波束赋形过程中方向图的设计可以更加精确，提高了天线设计的效率。

本发明实施例提供的天线阵任意波束微整形工具，使用Matlab集成开发环境作为软件开发平台，采用其中的GUI可以对软件交互界面实施快速简单地开发，Matlab中的deploytool工具可以将程序打包为exe可执行程序，提高软件的可移植性，也可以使本发明在没有Matlab环境的计算机上运行。

如图1所示，本发明实施例提供的天线阵任意波束微整形工具包括数据初始化界面系统、波束调节界面系统和数据导出系统。

数据初始化界面系统是软件启动后显示的界面，被配置为导入显示并检查阵元数、阵元间距、激励的幅度和相位等初始的阵列天线参数，为方向图调整做准备；

波束调节界面系统，为对方向图进行微调时显示的界面，被配置为对方向图进行调节后动态地更新对应的权值以及对权值进行调整后同时动态更新对应的方向图；

数据导出系统，被配置为将微调后方向图对应的权值以文本格式导出，数据的行数为阵元个数，列数为两列，分别对应激励的幅度和相位，将获得的权值代回电磁场仿真软件，可得到相应的方向图。

本发明一些实施例中，数据初始化界面系统包括文件选择模块、阵列天线参数显示模块和激励选择模块。

文件选择模块，用于导入所设计的阵列天线每个阵元权值或单元方向图，其中，单元方向图可从HFSS、CST等电磁场仿真软件获取，当计算某一个单元天线方向图时，应将该天线激励设置为1，其他天线激励设置为0。

阵列天线参数显示模块，用于对阵列天线的激励、阵元数等参数信息进行显示。

激励选择模块，用于输入初步设计的天线权值，可以是任意其他方法设计所得到的天线权值，例如遗传算法、粒子群算法、杂草算法、传通数学算法(切比雪夫权值、泰勒权值)等得到的天线权值。

本发明一些实施例中，波束调节界面系统包括功能选择模块、波束微调模块、任意的三维方向图产生模块、近场方向图合成模块及平顶波束模块；

功能选择模块，用于在波束调节界面系统中进行不同功能模块的切换，可切换的功能具体包括波束微调模块、三维方向图产生模块、近场方向图合成模块和平顶波束生成模块。

波束微调模块，用于方向图的调节，基于方向图合成公式得到当前权值对应的方向图，并对方向图进行微调。微调可分为正向微调和反向微调，正向微调指的是调整方向图获得对应权值，反向微调指的是调整权值获得对应方向图。

三维方向图生成模块，用于产生任意的三维方向图，在波束微调模块的基础上，可分别设计水平方向图和垂直方向图，得到水平激励和垂直激励，通过本模块的计算，可获得对应的三维方向图。通过观察三维方向图，如果有不合适的地方，可返回波束微调模块修正对应角度的水平或垂直增益，进而得到任意三维方向图。

近场方向图合成模块，用于根据远场方向图合成相应的近场方向图。基于阵元远场阵列近场理论，通过导出阵元远场方向图，在阵列天线的近场区间，通过坐标关系计算得到特定近场区域的电场分布，可获得对应的近场方向图，同时可对激励进行手动调整，观察近场的电场分布变化情况。

平顶波束模块，用于平顶波束的生成与修正。

本发明一些实施例中，波束微调模块包括角度点选择子模块、增益调整步长子模块、增益调整(加或减)子模块、波束平移子模块、数据显示模块以及波束微调更新子模块；

角度点选择子模块，用于选择方向图需要进行调节的角度位置，通过对-90°～90°区间中任意角度点的选择，可以对天线方向图的任意位置进行调节。

增益调整(加或减)子模块，用于对方向图所选角度点的增益进行调整，对该增益可进行加(升高)或者减(减低)的调整，调整的步长为增益调整步长子模块选择的步长。

增益调整步长子模块，用于选择每一次调整增益变化的步长，单位为分贝(dB)，此步长可手动输入，通过选择想要变化的步长，可以对天线方向图进行任意的微调。

波束平移子模块，用于将方向图在角度轴上进行平移，调整方向图的指向，例如可以每次平移角度变化1度，通过平移可任意选择方向图的指向。

数据显示模块，用于显示当前权值对应的方向图，是角度点选择子模块，增益调整步长子模块，增益调整子模块的操作界面，使用波束微调更新子模块计算的参数对方向图进行实时更新；以及用于显示当前方向图对应的权值，通过数据导出系统，可将该权值应用于电磁仿真软件，实现反向调整；通过对相应权值的调整，可以验证该激励对方向图的影响程度，实现正向微调。

波束微调更新子模块，用于在方向图调整后计算新的方向图的各项参数，包括各角度点的增益，激励的幅度与相位等，使方向图显示模块可以实时绘制新的方向图，使相位和幅度显示模块更新当前方向图对应的权值。

本发明的一些实施例中，平顶波束模块包括平顶波束生成模块和修正模块。平顶波束生成模块用于初始化一个平顶波束，可以在方向图显示模块中进行显示，修正模块调整平顶波束的平坦度和波束宽度，同时也可使用波束微调模块对平顶波束进行调整。

本发明一些实施例中，如图2所示，本实施例的各模块还设置有各种接口以完成数据的设置、处理、传输和保存，具体为：

文件选择模块包括方向图读取接口、方向图保存接口、阵元权值读取接口和阵元权值保存接口，其中，方向图与阵元权值的读取接口需要将读取到的用户设置的参数信息传递给数据显示模块的方向图与阵元权值显示接口完成读取，阵元权值与方向图的保存接口从数据显示模块的方向图与阵元权值显示接口接收参数信息完成保存。

波束微调模块包括角度点选择接口、增益调整接口、增益调整步长设置接口以及波束更新接口。其中，角度点选择接口、增益调整接口、增益调整步长设置接口接收用户对波束进行调节的信息，波束更新接口需要将波束调整后的参数信息传递给数据显示模块完成方向图以及阵元权值的实时更新。

平顶波束生成和修正模块包括初始化平顶波束接口和平顶波束修正接口，初始化平顶波束接口根据用户设置对平顶波束生成，平顶波束修正接口既可以直接对生成的平顶波束进行修正也可以借助波束调节模块进行调节。

三维方向图生成模块包括水平方向图导入接口、垂直方向图导入接口和三维方向图生成接口，水平及垂直方向图的导入接口需要从文件选择模块的方向图保存接口接收方向图的信息，三维方向图生成接口使用接收的方向图信息计算相应的三维方向图，然后将三维方向图的信息传递给数据显示模块的方向图图像显示接口完成三维方向图的生成。

近场方向图合成模块包括远场方向图导入接口和近场方向图合成接口，远场方向图导入接口从文件选择模块的方向图保存接口接收方向图信息，近场方向图合成接口根据接收到的远场方向图计算得到相应的近场方向图，然后将近场方向图信息传递给数据显示模块的方向图图像显示接口完成近场方向图的合成。

数据显示模块包括方向图图像显示接口、方向图参数显示接口和阵元权值显示结构，各显示接口从其他模块接收方向图的参数信息，负责方向图图像与参数的显示和阵元权值的显示。

实施例2

本发明实施例提供天线阵任意波束微整形工具的实现方法，包括以下内容：

S1、搭建Matlab集成开发环境作为软件的开发平台，Matlab仅作为本发明示例进行说明，可以根据需要采用其他的编程语言进行开发，在此不做限制。

S2、如图3所示，利用Matlab中的GUI设计软件的数据初始化界面，该初始化界面使用“静态文本”控件显示提示信息，使用“可编辑文本”控件显示阵列天线的激励、阵元数等参数信息，使用“单选按钮”控件来实现对初始激励的选择，另外使用“按妞”控件来执行不同的操作。

S3、初始化界面为软件的主界面，设置主界面中“按钮”控件的回调函数，包括实现文件选择的按钮和执行下一步操作即合成显示方向图的按钮，其中文件选择的按钮在选择文件后需要在相应的“可编辑文本”控件上显示文件路径信息以及阵元数和阵元间距信息，执行下一步操作的按钮需要唤起软件的波束调节界面，即次界面，如图4所示。

S4、设置主界面中“单选按钮”控件的回调函数，包括设置泰勒激励和标准激励的这两个按钮，选择激励后需要在相应的“可编辑文本”控件上显示激励的幅度和相位信息。

S5、如图4所示，利用GUI设计软件的波束调节界面，该界面使用“静态文本”控件显示提示信息，使用“可编辑文本”控件显示调节的角度点、调节的步长以及天线的权值等信息，使用“坐标区”控件显示天线的二维方向图，使用“单选按钮”控件进行增益调整方向(加或减)的选择，使用“按钮”控件执行不同操作。

S6、设置次界面中与波束调节有关“按钮”控件的回调函数，包括选择角度点的按钮，更新方向图的按钮，波束平移的按钮，其中选择角度点按钮从0度出发左右平移选择想要调节的角度点，步长分为1度和5度两种，调节角度点后需要在相应的“可编辑文本”控件上显示当前的角度信息；更新方向图的按钮用于对方向图进行调节，同时在“坐标区”控件上更新调整后的方向图，在“可编辑文本”控件上更新相应的激励信息；波束平移的按钮用于将方向图在角度轴上进行平移，同样需要在“坐标区”控件上更新平移后的方向图以及在“可编辑文本”控件上更新激励信息。

S7、设置次界面中与平顶波束生成有关“按钮”的回调函数，包括平顶波束初始化按钮以及修正平顶波束的按钮。其中，平顶波束生成按钮用于生成一个初始的平顶波束并在“坐标区”控件上显示；修正平顶波束的按钮包括用于调整平顶波束的平坦度的“收”“放”按钮和用于调整波束宽度的“窄”“宽”按钮。此类按钮在都需要在“坐标区”空间上更新方向图以及在“可编辑文本”控件上显示激励的信息。

实施例3

本实施例2的天线阵任意波束微整形工具的实现方法可被具体实现为一种计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例2所述的实现方法的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。

实施例4

本实施例提供一种与本实施例2所提供的天线阵任意波束微整形工具的实现方法对应的处理设备，处理设备可以是用于客户端的电子设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行实施例2的方法。

处理设备包括处理器、存储器、通信接口和总线，处理器、存储器和通信接口通过总线连接，以完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(ISA，Industry StandardArchitecture)总线，外部设备互连(PCI，Peripheral Component)总线或扩展工业标准体系结构(EISA，Extended Industry Standard Component)总线等等。存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行本实施例2所提供的天线阵任意波束微整形工具的实现方法。

本发明一些实施例中，存储器可以是高速随机存取存储器(RAM：Random AccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

本发明一些实施例中，处理器可以为中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等各种类型通用处理器，在此不做限定。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种天线阵任意波束微整形工具，其特征在于，该工具包括：

数据初始化界面系统，被配置为导入阵列天线参数；

波束调节界面系统，被配置为对天线方向图进行调节后动态更新对应的权值，或对权值进行调整后动态更新对应的方向图，其中：

所述波束调节界面系统包括功能选择模块、波束微调模块、三维方向图生成模块、近场方向图合成模块及平顶波束模块；

所述功能选择模块，用于在波束调节界面系统中进行不同的功能模块切换；

所述波束微调模块，用于对方向图进行微调，微调包括正向微调和反向微调，正向微调指的是调整方向图获得对应权值，反向微调指的是调整权值获得对应方向图；所述波束微调模块包括角度点选择子模块、增益调整子模块、增益调整步长子模块、波束平移子模块、数据显示模块以及波束微调更新子模块；

所述角度点选择子模块，用于选择方向图需要进行调节的角度位置，通过对设定角度区间中任意角度点的选择，对天线方向图的任意位置进行调节；

所述增益调整子模块，用于对方向图所选角度点的增益进行调整；

所述增益调整步长子模块，用于选择每一次调整增益变化的步长；

所述波束平移子模块，用于将方向图在角度轴上进行平移，调整方向图的指向；

所述数据显示模块，用于显示当前权值对应的方向图信息以及当前方向图对应的权值；

所述波束微调更新子模块，用于在方向图调整后计算新的方向图各项参数实时绘制新的方向图；

所述三维方向图生成模块，用于生成任意的三维方向图；

所述近场方向图合成模块，用于根据远场方向图合成相应的近场方向图；

所述平顶波束模块，用于平顶波束的生成与修正；

数据导出系统，被配置为将调节后方向图对应的权值以文本格式导出。

2.根据权利要求1所述的天线阵任意波束微整形工具，其特征在于，所述数据初始化界面系统包括文件选择模块、阵列天线参数显示模块和激励选择模块；

所述文件选择模块，用于导入所设计阵列天线每个阵元权值或单元方向图；

所述阵列天线参数显示模块，用于对阵列天线的激励、阵元数参数信息进行显示；

所述激励选择模块，用于输入初步设计的天线权值。

3.根据权利要求1所述的天线阵任意波束微整形工具，其特征在于，所述平顶波束模块包括平顶波束生成模块和修正模块；

所述平顶波束生成模块，用于初始化一个平顶波束；

所述修正模块，用于调整平顶波束的平坦度和波束宽度。

4.根据权利要求1所述的天线阵任意波束微整形工具，其特征在于，该工具的各模块还设置有相应接口以完成数据的读取、处理、传输和保存，具体为：

数据显示模块包括方向图图像显示接口、方向图参数显示接口和阵元权值显示结构，各显示接口从其他模块接收方向图的参数信息，用于方向图图像与参数的显示和阵元权值的显示；

文件选择模块包括方向图读取接口、方向图保存接口、阵元权值读取接口和阵元权值保存接口，其中，方向图与阵元权值的读取接口将读取到的用户设置的参数信息传递给方向图与阵元权值显示接口完成读取，阵元权值与方向图的保存接口从方向图与阵元权值显示接口接收参数信息完成保存；

波束微调模块包括角度点选择接口、增益调整接口、增益调整步长设置接口以及波束更新接口；其中，角度点选择接口、增益调整接口、增益调整步长设置接口接收用户对波束进行调节的信息，波束更新接口将波束调整后的参数信息传递给数据显示模块完成方向图以及阵元权值的实时更新；

平顶波束模块包括初始化平顶波束接口和平顶波束修正接口，初始化平顶波束接口根据用户设置对平顶波束生成，平顶波束修正接口对生成的平顶波束进行修正；

三维方向图生成模块包括水平方向图导入接口、垂直方向图导入接口和三维方向图生成接口，水平及垂直方向图导入接口从文件选择模块的方向图保存接口接收方向图的信息，三维方向图生成接口使用接收的方向图信息计算相应的三维方向图，将三维方向图的信息传递方向图图像显示接口完成三维方向图的生成；

近场方向图合成模块包括远场方向图导入接口和近场方向图合成接口，远场方向图导入接口从文件选择模块的方向图保存接口接收方向图信息，近场方向图合成接口根据接收到的远场方向图计算得到相应的近场方向图，将近场方向图信息传递给数据显示模块的方向图图像显示接口完成近场方向图的合成。

5.一种基于权利要求1到4任一项天线阵任意波束微整形工具的实现方法，其特征在于包括以下内容：

S1、搭建软件开发平台；

S2、设计软件的数据初始化界面，初始化界面使用“静态文本”控件显示提示信息，使用“可编辑文本”控件显示阵列天线的参数信息，使用“单选按钮”控件来实现对初始激励的选择，使用“按妞”控件来执行不同的操作；

S3、设置主界面中“按钮”控件的回调函数，包括实现文件选择的按钮和执行下一步操作即合成显示方向图的按钮，其中，文件选择的按钮在选择文件后需要在相应的“可编辑文本”控件上显示文件路径信息以及阵元数和阵元间距信息，执行下一步操作的按钮需要唤起软件的波束调节界面，即次界面；

S4、设置主界面中“单选按钮”控件的回调函数，包括设置泰勒激励和标准激励的这两个按钮，选择激励后需要在相应的“可编辑文本”控件上显示激励的幅度和相位信息；

S5、设计软件的波束调节界面，该界面使用“静态文本”控件显示提示信息，使用“可编辑文本”控件显示调节的角度点、调节的步长以及天线的权值信息，使用“坐标区”控件显示天线的方向图，使用“单选按钮”控件进行增益调整方向的选择，使用“按钮”控件执行不同操作；

S6、设置次界面中与波束调节有关“按钮”控件的回调函数，包括选择角度点的按钮、更新方向图的按钮、波束平移的按钮，同时在“坐标区”控件上更新调整后的方向图，在“可编辑文本”控件上更新相应的激励信息；

S7、设置次界面中与平顶波束生成有关“按钮”的回调函数，包括平顶波束初始化按钮以及修正平顶波束的按钮，其中，平顶波束生成按钮用于生成一个初始的平顶波束并在“坐标区”控件上显示；修正平顶波束的按钮包括用于调整平顶波束的平坦度的“收”“放”按钮和用于调整波束宽度的“窄”“宽”按钮，并在“坐标区”空间上更新方向图以及在“可编辑文本”控件上显示激励的信息。

6.根据权利要求5所述的天线阵任意波束微整形工具的实现方法，其特征在于，

所述选择角度点的按钮从0度出发左右平移选择想要调节的角度点，步长分为1度和5度两种，调节角度点后需要在相应的“可编辑文本”控件上显示当前的角度信息；

所述更新方向图的按钮用于对方向图进行调节，同时在“坐标区”控件上更新调整后的方向图，在“可编辑文本”控件上更新相应的激励信息；

所述波束平移的按钮用于将方向图在角度轴上进行平移，同样需要在“坐标区”控件上更新平移后的方向图以及在“可编辑文本”控件上更新激励信息。

7.一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现根据权利要求5或6所述天线阵任意波束微整形工具的实现方法。

8.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现权利要求5或6所述天线阵任意波束微整形工具的实现方法。

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