CN113435069B - 用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法、装置及设备 - Google Patents

用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法、装置及设备 Download PDF

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CN113435069B CN202110991748.2A CN202110991748A CN113435069B CN 113435069 B CN113435069 B CN 113435069B CN 202110991748 A CN202110991748 A CN 202110991748A CN 113435069 B CN113435069 B CN 113435069B
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Abstract

本申请公开了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法、设备及介质，所述方法包括步骤：载入预先编辑好的天线样本数据集；根据天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数；根据载体的地心坐标位置、姿态计算载体上所装天线和每个卫星的地心坐标位置；根据卫星和天线的地心坐标位置得到卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角；根据三维天线方向图函数、卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角计算得到卫星信号方向向量在天线上的增益控制导航信号强度；更新载体、卫星位置参数，重复执行前述步骤，直到仿真结束。本申请提高了三维天线方向图的拟合精度和卫星导航模拟的真实性和可靠性。

Description

用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法、装置及设备
技术领域
本申请涉及卫星导航模拟技术领域，特别地，涉及一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法、装置及设备。
背景技术
在卫星导航模拟领域中，导航接收天线在载体上的安装位置和安装方向，卫星位置变化，载体轨迹的位置变化和姿态变化等因素都会实时影响卫星信号在接收天线上的入射角度，最终影响卫星信号的接收功率，例如飞机、导弹姿态变化时，天线方向在时刻变化，那么接收到的每一颗卫星信号也在时刻变化，因接收天线方向图的影响，那么信号功率也在时刻变化，某些方向上甚至无法接受到信号；在导航模拟中，也必须考虑接收方向在天线不同角度的功率变化，因此，在导航模拟中加入天线方向图的仿真，可极大的提高导航模拟的真实度。
要实现天线方向图的模拟，需定量计算天线的三维方向图；在现有的卫星导航模拟系统中，天线方向图建模方式一般是将方位角、俯仰角分成等间隔的区间，并形成一个天线方向图二维表格，在表格中填入对应方位角、俯仰角的增益；计算时找到所需的方位角、俯仰角的增益值，这种方法需假定对天线的各个角度区间的方向图都进行了测量，而全方位的测量工作量巨大，因此大部分天线测量时只对水平面面和垂直面进行了样本测量，并且测量点数量不定，间隔不定。也有在没有天线的测量数据时，根据仿真需要，设定一种特定形状的天线方向图的需求。
因此，需提供一种简便的天线方向图建模方法, 不但可以利用现有测量数据重构其近似的三维天线方向图，而且能够根据设定需要，创建、编辑特定形状的三维天线方向图，现有技术提出了在已知水平面、垂直面方向图的情况下，合成三维天线方向图的方法，但上述方法仍然存在如下不足之处：
第一，现有方法假定已知天线的水平面、垂直面方向图的精确函数，而在现实中大部分情况下是无法知道精确函数的；第二，由水平、垂直两个截面来拟合三维空间曲面，有无数可能性，理论上不可能完成，现有方法使用的验证方式只对理想天线进行对比，而理想天线本来就在各截面上有高度的相似性，与实际条件下的天线相差太远；第三，现有方法不能对垂直、水平面以外的样本数据进行拟合，也就是说，就算有测量数据，如果不在水平、垂直面内，就不能被使用，造成数据浪费；第四，在商用化使用中，需考虑使用者根据需要对天线方向图进行编辑、调整的功能，现有技术无法提供此功能，灵活性差。
发明内容
本申请一方面提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，以解决现有导航模拟中因天线测量样本数据的数量和位置分布受限无法合成高质量三维天线方向图，进而影响卫星导航模拟精确性的技术问题。
本申请采用的技术方案如下：
一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，包括步骤：
载入预先编辑好的天线样本数据集，所述天线样本数据集表示为集合
Figure 862313DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 831406DEST_PATH_IMAGE002
，N表示样本数量且
Figure 517603DEST_PATH_IMAGE003
，θ表示方位角、φ表示俯仰角，g表示对应方向的增益，以dB为单位；
根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数G(θ，φ)；
通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体的地心坐标位置、姿态，并计算载体上所装天线和每个卫星当前时刻的地心坐标位置；
根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角；
根据所述三维天线方向图函数G(θ，φ)、所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角计算得到所述当前卫星信号方向向量在天线上的增益，控制当前卫星信号生成通道的RF导航信号强度；
按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束；
所述天线样本数据集来源于真实测量数据，然后进行编辑得到，或者完全根据需要进行编辑得到，具体包括步骤：
定义三维坐标w与方位角、俯仰角、增益的对应关系；
将天线样本数据中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示，同时在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中绘制相应的切面曲线和三维曲面网格；
根据用户对样本点的可视化编辑对样本数据集和当前天线的水平方向图、垂直方向图和三维方向图进行同步更新；
将更新好的样本数据集存入天线数据文件中。
进一步地，所述定义三维坐标w与方位角θ、俯仰角φ、增益g的对应关系具体包括步骤：
构造天线局部坐标系
Figure 666472DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 45501DEST_PATH_IMAGE005
为原点，
Figure 377256DEST_PATH_IMAGE006
构成左手坐标系；
构建方位角、俯仰角与方向向量之间的映射关系，其中：
Figure 867144DEST_PATH_IMAGE007
表示方向向量
Figure 194220DEST_PATH_IMAGE008
映射到方位角θ、俯仰角φ；
Figure 134363DEST_PATH_IMAGE009
表示方位角θ、俯仰角φ映射到方向向量
Figure 78048DEST_PATH_IMAGE008
；
对任意
Figure 512572DEST_PATH_IMAGE010
，在天线局部坐标系中的三维坐标为w，则计算公式为：
Figure 225313DEST_PATH_IMAGE011
；
对任意三维坐标w，转化为
Figure 680565DEST_PATH_IMAGE010
时，则计算公式为：
Figure 236180DEST_PATH_IMAGE012
,
Figure 67870DEST_PATH_IMAGE013
；
其中，
Figure 776063DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 667795DEST_PATH_IMAGE015
表示向量的归一化。
进一步地，将天线样本数据集中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示，同时在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中绘制相应的切面曲线和三维曲面网格，具体包括步骤：
显示天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图；
在水平方向图上显示所述天线样本数据集中所有位于水平面的样本点，并显示天线方向图与水平面的切面曲线，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作；
在垂直方向图上显示所述天线样本数据集中所有位于垂直面的样本点，并显示天线方向图与垂直面的切面曲线，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作；
在三维方向图上显示所述天线样本数据集中所有样本点，并显示天线方向图对应的三维曲面网格，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作。
进一步地，所述天线方向图与水平面的切面曲线绘制过程包括：
设
Figure 710707DEST_PATH_IMAGE016
，D为预定义的角度分割数量，将天线样本数据集中的样本点
Figure 611666DEST_PATH_IMAGE017
映射到三维坐标点，将方位角为
Figure 908787DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 971421DEST_PATH_IMAGE019
的两个相邻的三维坐标点直接连线得到所述天线方向图与水平面的切面曲线；
所述天线方向图与垂直面的切面曲线绘制过程包括：
设
Figure 111415DEST_PATH_IMAGE020
，将天线样本数据集中的样本点
Figure 943629DEST_PATH_IMAGE021
映射到三维坐标点，将俯仰角为
Figure 219890DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 594370DEST_PATH_IMAGE023
的两个相邻的三维坐标点直接连线得到所述天线方向图与垂直面的切面曲线；
所述天线方向图对应的三维曲面网格的绘制过程包括：
设
Figure 956082DEST_PATH_IMAGE024
;
设
Figure 198844DEST_PATH_IMAGE025
;
对每一个
Figure 719824DEST_PATH_IMAGE026
，计算坐标点：
Figure 389840DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 114214DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 895088DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 145940DEST_PATH_IMAGE030
，
其中，坐标点
Figure 111491DEST_PATH_IMAGE031
组成一个四边形；
将所有
Figure 713374DEST_PATH_IMAGE032
计算得到的四边形合并后即可得到所述天线方向图对应的三维曲面网格。
进一步地，所述根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数G(θ，φ)，具体包括步骤：
当N=0时，
Figure 907726DEST_PATH_IMAGE033
；
当
Figure 278665DEST_PATH_IMAGE034
，则
Figure 680696DEST_PATH_IMAGE035
；
其他情况下，
Figure 504295DEST_PATH_IMAGE036
；
其中
Figure 502338DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 727783DEST_PATH_IMAGE038
为向量夹角计算函数，
Figure 32207DEST_PATH_IMAGE039
为实常数；
Figure 608682DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 269470DEST_PATH_IMAGE041
；
Figure 224788DEST_PATH_IMAGE042
满足：
Figure 578409DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 501235DEST_PATH_IMAGE044
，即三维方向图函数在样本点方向的计算值与样本点重合。
进一步地，所述根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角，具体包括步骤：
计算载体的位置、姿态，根据载体的位置、姿态以及天线的局部位置、局部姿态，计算载体上天线中心的位置为R；
在ECEF坐标系中，建立旋转变换矩阵
Figure 965714DEST_PATH_IMAGE045
，使
Figure 900172DEST_PATH_IMAGE046
，即
Figure 565640DEST_PATH_IMAGE045
把ECEF坐标下的向量
Figure 851127DEST_PATH_IMAGE047
转换到天线局部坐标系
Figure 978352DEST_PATH_IMAGE004
下；
计算每个卫星当前时刻的位置，设卫星的ECEF坐标为S， 则得到ECEF坐标为S的卫星的信号向量为
Figure 32896DEST_PATH_IMAGE048
，通过旋转变换矩阵
Figure 728320DEST_PATH_IMAGE045
将信号向量
Figure 110890DEST_PATH_IMAGE049
转换到天线局部坐标系
Figure 917172DEST_PATH_IMAGE050
；
再将转换到天线局部坐标系
Figure 216436DEST_PATH_IMAGE051
下的信号向量
Figure 817181DEST_PATH_IMAGE049
转换为方位角
Figure 218207DEST_PATH_IMAGE052
、俯仰角
Figure 828180DEST_PATH_IMAGE053
:
Figure 984879DEST_PATH_IMAGE054
。
本申请另一方面还提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真装置，包括：
天线样本数据集载入模块，用于载入预先编辑好的天线样本数据集，所述天线样本数据集表示为集合
Figure 756526DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 503902DEST_PATH_IMAGE002
，N表示样本数量且
Figure 527353DEST_PATH_IMAGE003
，θ表示方位角、φ表示俯仰角，g表示对应方向的增益；
三维天线方向图函数计算模块，根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数
Figure 410995DEST_PATH_IMAGE055
；
位置获取模块，用于通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体的地心坐标位置、姿态，并计算载体上所装天线和每个卫星当前时刻的地心坐标位置；
角度转换模块，用于根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角；
导航信号生成模块，用于根据所述三维天线方向图函数
Figure 619123DEST_PATH_IMAGE055
、所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角计算得到所述当前卫星信号方向向量在天线上的增益，控制当前卫星信号生成通道的RF导航信号强度；
周期推进模块，用于按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
本申请另一方面还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法的步骤。
本申请另一方面还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行所述的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法的步骤。
相比现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法、装置及设备，所述方法在预先编辑好的天线样本数据集后，可根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数，接着在当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角后，即可根据三维天线方向图函数得到当前卫星信号方向向量在天线上的增益来控制当前卫星信号生成通道的RF导航信号强度，实现卫星导航模拟。本申请一方面只需要有限数量的离散天线样本点即可获得较为精确的三维天线方向图函数来合成高质量三维天线方向图，解决了由一定数量的离散的天线测量样本数据生成三维天线方向图的问题，可大幅降低样本测量所需的工作量，提高仿真效率；另一方面，本申请不光能由位于水平面、垂直面的样本点来拟合三维天线方向图，还支持任意分布的样本点拟合，能兼容任意分布的样本数据，不再受样本点分布位置的限制，提高了样本的利用率，从而解决了现有技术中样本点无法得到全面有效利用的问题，大幅提高三维天线方向图的拟合精度，最终提高卫星导航模拟的真实性和可靠性，最后，本申请还可以根据需要对天线方向图的样本点进行预设的可视化编辑，提高三维天线方向图的拟合的灵活性和适用性，方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请优选实施例的天线方向图仿真方法流程示意图。
图2是本申请优选实施例中步骤S1的子步骤示意图。
图3是本申请优选实施例中直角坐标系与方向、角度转换示意图。
图4是本申请优选实施例中步骤S12的子步骤示意图。
图5是本申请优选实施例的水平面方向图（圆点为样本点）。
图6是本申请优选实施例的垂直面方向图（圆点为样本点）。
图7是本申请优选实施例的三维方向图（圆点为样本点）。
图8是本申请优选实施例的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真装置模块示意图。
图9是本申请优选实施例的电子设备实体示意框图。
图10是本申请优选实施例的计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参照图1，本申请的优选实施例提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，包括步骤：
S1、载入预先编辑好的天线样本数据集，所述天线样本数据集表示为集合
Figure 712849DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 664625DEST_PATH_IMAGE002
，N表示样本数量且
Figure 543719DEST_PATH_IMAGE003
，θ表示方位角、φ表示俯仰角，g表示对应方向的增益，以dB为单位；
S2、根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数
Figure 922748DEST_PATH_IMAGE055
；
S3、通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体的地心坐标位置、姿态，并计算载体上所装天线和每个卫星当前时刻的地心坐标位置；
S4、根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角；
S5、根据所述三维天线方向图函数
Figure 238192DEST_PATH_IMAGE055
、所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角计算得到所述当前卫星信号方向向量在天线上的增益，控制当前卫星信号生成通道的RF导航信号强度；
S6、按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
本实施例提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，所述方法在载入预先编辑好的天线样本数据集后，可根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数，接着在当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角后，即可根据三维天线方向图函数得到当前卫星信号方向向量在天线上的增益来控制当前卫星信号生成通道的RF导航信号强度，实现卫星导航模拟。本实施例一方面只需要有限数量的离散天线样本点即可获得较为精确的三维天线方向图函数来合成高质量三维天线方向图，解决了由一定数量的离散的天线测量样本数据生成三维天线方向图的问题，可大幅降低样本测量所需的工作量，提高仿真效率；另一方面，本实施例不光能由位于水平面、垂直面的样本点来拟合三维天线方向图，还支持任意分布的样本点拟合，能兼容任意分布的样本数据，不再受样本点分布位置的限制，提高了样本的利用率，从而解决了现有技术中样本点无法得到全面有效利用的问题，大幅提高三维天线方向图的拟合精度，最终提高卫星导航模拟的真实性和可靠性，最后，本实施例还可以根据需要对天线方向图的样本点进行预设的可视化编辑，所述天线样本数据集来源于真实测量数据，然后进行编辑得到，或者完全根据需要进行编辑得到，提高三维天线方向图的拟合的灵活性和适用性，方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。
如图2所示，在本发明的优选实施例中，所述天线样本数据集来源于真实测量数据，然后进行编辑得到，或者完全根据需要进行编辑得到，具体包括步骤：
S11、定义三维坐标w与方位角、俯仰角、增益的对应关系；
S12、将天线样本数据中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示，同时在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中绘制相应的切面曲线和三维曲面网格；
S13、根据用户对样本点的可视化编辑对样本数据集和当前天线的水平方向图、垂直方向图和三维方向图进行同步更新；
S14、将更新好的样本数据集存入天线数据文件中。
本实施例通过定义三维坐标w与方位角、俯仰角、增益的对应关系，从而将天线样本数据中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示并绘制相应的切面曲线和三维曲面网格，因此，本实施例不光能由位于水平面、垂直面的样本点来拟合三维天线方向图，还支持任意分布的样本点拟合，能兼容任意分布的样本数据，拟合时不再受样本点分布位置的限制，提高了样本的利用率，从而解决了现有技术中样本点无法得到全面有效利用的问题，大幅提高三维天线方向图的拟合精度，最终提高卫星导航模拟的真实性和可靠性，同时，本实施例还支持在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中对样本点进行可视化编辑，方便用户根据实际需要对样本点进行修改和调整，提高三维天线方向图的拟合的灵活性和适用性，方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。
在本发明的优选实施例中，所述定义三维坐标w与方位角θ、俯仰角φ、增益g的对应关系具体包括步骤：
S111、构造天线局部坐标系
Figure 993658DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 727259DEST_PATH_IMAGE005
为原点，
Figure 542768DEST_PATH_IMAGE006
构成左手坐标系；
S112、构建方位角、俯仰角与方向向量之间的映射关系，其中：
Figure 220874DEST_PATH_IMAGE007
表示方向向量
Figure 639086DEST_PATH_IMAGE008
映射到方位角θ、俯仰角φ；
Figure 351827DEST_PATH_IMAGE009
表示方位角θ、俯仰角φ映射到方向向量
Figure 213604DEST_PATH_IMAGE008
；
S112、对任意
Figure 644585DEST_PATH_IMAGE010
，在天线局部坐标系中的三维坐标为w，则计算公式为：
Figure 863558DEST_PATH_IMAGE056
；
S114、对任意三维坐标w，转化为
Figure 165227DEST_PATH_IMAGE010
时，则计算公式为：
Figure 197905DEST_PATH_IMAGE057
,
Figure 850603DEST_PATH_IMAGE058
其中，
Figure 220404DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 32371DEST_PATH_IMAGE015
表示向量的归一化。
本实施例首先基于天线局部坐标系构建方位角、俯仰角与方向向量之间的映射关系，如图3所示，本实施例的平面
Figure 95005DEST_PATH_IMAGE059
与天线水平面重合，
Figure 235000DEST_PATH_IMAGE060
轴正向与方位角
Figure 815017DEST_PATH_IMAGE061
方向重合，
Figure 356857DEST_PATH_IMAGE062
轴正向与方位角
Figure 980605DEST_PATH_IMAGE063
方向重合；平面
Figure 342316DEST_PATH_IMAGE064
与天线垂直面重合，
Figure 194865DEST_PATH_IMAGE060
轴正向与俯仰角
Figure 591212DEST_PATH_IMAGE065
方向重合，
Figure 261227DEST_PATH_IMAGE066
轴正向与俯仰角
Figure 234869DEST_PATH_IMAGE067
方向重合；
Figure 15743DEST_PATH_IMAGE068
为
Figure 407541DEST_PATH_IMAGE062
轴方向单位向量，
Figure 248458DEST_PATH_IMAGE069
为
Figure 977904DEST_PATH_IMAGE066
轴方向单位向量，
Figure 562469DEST_PATH_IMAGE070
为
Figure 667829DEST_PATH_IMAGE060
轴方向单位向量;
本实施例定义方向到俯仰角、方位角的映射：
Figure 555013DEST_PATH_IMAGE071
,定义俯仰角、方位角到方向的映射：
Figure 113033DEST_PATH_IMAGE072
；
其中，
Figure 625923DEST_PATH_IMAGE073
计算方式如下：
Figure 585789DEST_PATH_IMAGE074
，当
Figure 768509DEST_PATH_IMAGE008
在
Figure 220350DEST_PATH_IMAGE062
轴投影为正时
Figure 146717DEST_PATH_IMAGE075
，否则
Figure 351303DEST_PATH_IMAGE076
;
Figure 704924DEST_PATH_IMAGE077
，当
Figure 378481DEST_PATH_IMAGE008
在
Figure 842961DEST_PATH_IMAGE066
轴投影为正时
Figure 777419DEST_PATH_IMAGE078
，否则
Figure 692154DEST_PATH_IMAGE079
；
Figure 712063DEST_PATH_IMAGE080
为
Figure 121178DEST_PATH_IMAGE008
在平面
Figure 175722DEST_PATH_IMAGE059
上的投影；
Figure 727270DEST_PATH_IMAGE081
计算方式如下：向量
Figure 500054DEST_PATH_IMAGE070
绕
Figure 306336DEST_PATH_IMAGE062
轴旋转
Figure 480966DEST_PATH_IMAGE082
度，再绕
Figure 347291DEST_PATH_IMAGE066
轴旋转
Figure 997584DEST_PATH_IMAGE083
度之后的单位向量即为
Figure 482923DEST_PATH_IMAGE084
。
另外，本实施例还提供了三维坐标w与方位角θ、俯仰角φ、增益g具体的转换方法，本实施例在转换过程中，结合方位角、俯仰角与方向向量之间的映射关系、样本点增益g、各样本点中最小增益gmin，因此，其好处是便于对样本点与方向图函数进行可视化。
如图4所示，在本申请的优选实施例中，将天线样本数据集中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示，同时在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中绘制相应的切面曲线和三维曲面网格，具体包括步骤：
S121、显示天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图；
S122、在水平方向图上显示所述天线样本数据集中所有位于水平面的样本点，并显示天线方向图与水平面的切面曲线(见图5)，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作；
S123、在垂直方向图上显示所述天线样本数据集中所有位于垂直面的样本点，并显示天线方向图与垂直面的切面曲线(见图6)，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作；
S124、在三维方向图上显示所述天线样本数据集中所有样本点，并显示天线方向图对应的三维曲面网格(见图7)，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作。
本实施例可将所述天线样本数据集中的给样本点对应的显示在天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中，其中，位于水平面的样本点和切面曲线在水平方向图上予以显示，位于垂直面的样本点和切面曲线则在垂直方向图上予以显示，而所述天线样本数据集中所有样本点和三维曲面网格都会在三维方向图上予以显示，同时，各个视图均可以对样本点进行可视化编辑操作。
另外，本实施例不光能由位于水平面、垂直面的样本点来拟合三维天线方向图，还支持任意分布的样本点拟合，能兼容任意分布的样本数据，拟合时不再受样本点分布位置的限制，提高了样本的利用率，从而解决了现有技术中样本点无法得到全面有效利用的问题，大幅提高三维天线方向图的拟合精度，最终提高卫星导航模拟的真实性和可靠性，另外，本实施例还可以根据需要对天线方向图的样本点进行预设的可视化编辑，提高三维天线方向图的拟合的灵活性和适用性，方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。
在本申请的优选实施例中，所述天线方向图与水平面的切面曲线绘制过程包括：
设
Figure 512059DEST_PATH_IMAGE085
，D为预定义的角度分割数量，将天线样本数据集中的样本点
Figure 673919DEST_PATH_IMAGE086
映射到三维坐标点，将方位角为
Figure 155716DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 710325DEST_PATH_IMAGE019
的两个相邻的三维坐标点直接连线得到所述天线方向图与水平面的切面曲线。
在本申请的优选实施例中，所述天线方向图与垂直面的切面曲线绘制过程包括：
设
Figure 328388DEST_PATH_IMAGE020
，将天线样本数据集中的样本点
Figure 536515DEST_PATH_IMAGE021
映射到三维坐标点，将俯仰角为
Figure 633172DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 584947DEST_PATH_IMAGE023
的两个相邻的三维坐标点直接连线得到所述天线方向图与垂直面的切面曲线。
在本申请的优选实施例中，所述天线方向图对应的三维曲面网格的绘制过程包括：
设
Figure 198462DEST_PATH_IMAGE024
;
设
Figure 577491DEST_PATH_IMAGE025
;
对每一个
Figure 33880DEST_PATH_IMAGE026
，计算坐标点：
Figure 648401DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 772215DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 463091DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 141197DEST_PATH_IMAGE030
，
其中，坐标点
Figure 559408DEST_PATH_IMAGE031
组成一个四边形；
将所有
Figure 272150DEST_PATH_IMAGE032
计算得到的四边形合并后即可得到所述天线方向图对应的三维曲面网格。
本实施例提供的切面曲线与三维曲面网格绘制过程优点在于通过角度分割与离散化，在少量降低显示效果的同时，提高计算与绘制速度，在编辑样本时，可提供实时显示更新而不会有处理延迟。
在本申请的优选实施例中，所述根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数
Figure 992981DEST_PATH_IMAGE042
，具体包括步骤：
S21、当N=0时，
Figure 299328DEST_PATH_IMAGE033
；
S22、当存在
Figure 131018DEST_PATH_IMAGE087
，则G(θ，φ)=gk；
S23、其他情况下，
Figure 822900DEST_PATH_IMAGE088
；
其中
Figure 980211DEST_PATH_IMAGE089
，
Figure 508276DEST_PATH_IMAGE038
为向量夹角计算函数，
Figure 409236DEST_PATH_IMAGE039
为实常数；
Figure 241711DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 569924DEST_PATH_IMAGE041
；
Figure 444339DEST_PATH_IMAGE055
满足：
Figure 758777DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 300616DEST_PATH_IMAGE044
，即三维方向图函数在样本点方向的计算值与样本点重合。
本实施例提供了根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数
Figure 658785DEST_PATH_IMAGE055
的具体措施，该措施根据所述天线样本数据集及其样本数量和样本分布特点提出了不同的三维天线方向图函数
Figure 286076DEST_PATH_IMAGE055
计算方法，具体包括三种情况：
一、如当样本数量为0时，即完全没有样本的情况下，则三维天线方向图函数
Figure 404205DEST_PATH_IMAGE033
；
二、当天线样本数据集中存在某一样本(θk，θk，gk)的方向向量与待测方向向量的夹角小于设定常数
Figure 66130DEST_PATH_IMAGE090
时，则将待测方向向量的三维天线方向图函数
Figure 470567DEST_PATH_IMAGE055
等于该样本(θk，θk，gk)的增益，即当待测方向向量和样本的方向向量的夹角足够小，符合误差要求时，采用近似法将样本的增益作为待测方向向量的三维天线方向图函数
Figure 444208DEST_PATH_IMAGE055
的计算结果，也就是说，这种情况表，待测方向向量的增益为与样本(θk，θk，gk)的增益相同，从而即可以减少样本数量，同时又确保满足仿真的误差要求；
三、其他情况下，待测方向向量的三维天线方向图函数
Figure 490661DEST_PATH_IMAGE055
等于天线样本数据集中的最小增益
Figure 616880DEST_PATH_IMAGE091
加上待测方向向量与周围样本点的加权合，其中角度距离越小，权重越大；这种情况主要针对待测方向向量和样本的方向向量的夹角较大时，由于样本数量有限且分散分布，因此并不是所有的待测方向向量与样本的方向向量都满足情况二的设定条件，若采用情况二的方式来计算待测方向向量的三维天线方向图函数
Figure 457797DEST_PATH_IMAGE055
，势必会带来较大的误差影响仿真的效果，为此，本实施例在面对情况三时，待测方向向量的三维天线方向图函数
Figure 184314DEST_PATH_IMAGE055
等于天线样本数据集中的最小增益
Figure 503299DEST_PATH_IMAGE091
加上待测方向向量与周围样本点的加权合，这样设置的好处是：依据位置越近，相似度越高的原则，对天线方向图进行拟合。
本实施例在计算三维天线方向图函数时可兼容任意分布的样本数据集，但样本数据的样本数量以及角度分布可对最终合成的三维方向图与真实情况的误差大小产生影响，样本数量越多，则合成误差越小，样本分布密度与增益变化率成正比，样本分布密度越大，则合成误差越小。
在本申请的优选实施例中，所述根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角，具体包括步骤：
S41、计算载体的位置、姿态，根据载体的位置、姿态以及天线的局部位置、局部姿态，计算载体上天线中心的位置为R；
S42、 在ECEF坐标系中，建立旋转变换矩阵
Figure 15183DEST_PATH_IMAGE045
，使
Figure 761423DEST_PATH_IMAGE046
，即
Figure 978165DEST_PATH_IMAGE045
把ECEF坐标下的向量
Figure 100842DEST_PATH_IMAGE047
转换到天线局部坐标系
Figure 326286DEST_PATH_IMAGE004
下；
S43、计算每个卫星当前时刻的位置，设卫星的ECEF坐标为S， 则得到ECEF坐标为S的卫星的信号向量为
Figure 384372DEST_PATH_IMAGE092
，通过旋转变换矩阵
Figure 429689DEST_PATH_IMAGE045
将信号向量
Figure 480690DEST_PATH_IMAGE049
转换到天线局部坐标系
Figure 560642DEST_PATH_IMAGE051
；
S44、再将转换到天线局部坐标系
Figure 55208DEST_PATH_IMAGE051
下的信号向量
Figure 587821DEST_PATH_IMAGE049
转换为方位角
Figure 317879DEST_PATH_IMAGE052
、俯仰角
Figure 376971DEST_PATH_IMAGE053
:
Figure 635914DEST_PATH_IMAGE093
。
本实施例首先计算天线中心的位置为R和卫星当前时刻的位置坐标S；接着根据R和S得到ECEF坐标为S的卫星的信号向量并转换到天线局部坐标系下，最后根据前述的映射关系即刻得到卫星的信号向量所对应的方位角和俯仰角，一旦得到了卫星的信号向量所对应的方位角和俯仰角后，即可利用前述三维天线方向图函数G(θs，φs)计算得到卫星的信号向量在天线上的增益，最后通过所得的增益控制当前卫星信号生成通道的RF导航信号强度实现导航仿真。
如图8所示，本申请另一优选实施例还提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真装置，包括：
天线样本数据集载入模块，用于载入预先编辑好的天线样本数据集，所述天线样本数据集表示为集合
Figure 921402DEST_PATH_IMAGE094
，其中，
Figure 64938DEST_PATH_IMAGE002
，N表示样本数量且
Figure 119482DEST_PATH_IMAGE003
，θ表示方位角、φ表示俯仰角，g表示对应方向的增益；
三维天线方向图函数计算模块，根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数
Figure 549326DEST_PATH_IMAGE055
；
位置获取模块，用于通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体的地心坐标位置、姿态，并计算载体上所装天线和每个卫星当前时刻的地心坐标位置；
角度转换模块，用于根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角；
导航信号生成模块，用于根据所述三维天线方向图函数
Figure 446744DEST_PATH_IMAGE055
、所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角计算得到所述当前卫星信号方向向量在天线上的增益，控制当前卫星信号生成通道的RF导航信号强度；
周期推进模块，用于按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
本实施例提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真装置，所述装置在载入预先编辑好的天线样本数据集后，可根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数，接着在当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角后，即可根据三维天线方向图函数得到当前卫星信号方向向量在天线上的增益来控制当前卫星信号生成通道的RF导航信号强度，实现卫星导航模拟。本实施例一方面只需要有限数量的离散天线样本点即可获得较为精确的三维天线方向图函数来合成高质量三维天线方向图，解决了由一定数量的离散的天线测量样本数据生成三维天线方向图的问题，可大幅降低样本测量所需的工作量，提高仿真效率；另一方面，本实施例不光能由位于水平面、垂直面的样本点来拟合三维天线方向图，还支持任意分布的样本点拟合，能兼容任意分布的样本数据，不再受样本点分布位置的限制，提高了样本的利用率，从而解决了现有技术中样本点无法得到全面有效利用的问题，大幅提高三维天线方向图的拟合精度，最终提高卫星导航模拟的真实性和可靠性，最后，本实施例还可以根据需要对天线方向图的样本点进行预设的可视化编辑，所述天线样本数据集来源于真实测量数据，然后进行编辑得到，或者完全根据需要进行编辑得到，提高三维天线方向图的拟合的灵活性和适用性，方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。
上述仿真装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
如图9所示，本申请的优选实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例中的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法。
如图10所示，本申请的优选实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端或活体检测服务器，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的其他计算机设备通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法。
本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本申请的优选实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行上述实施例中的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法。
本申请解决了由一定数量的离散的天线测量样本数据生成三维天线方向图的问题，能兼容任意分布的样本数据，使三维方向图合成不光能由位于水平面、垂直面的样本来拟合，也支持任意分布的样本拟合；同时本申请还提供了根据需要对天线方向图进行设定的可视化的编辑系统，使用本申请能方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。另外在信号发射端例如干扰信号的模拟仿真中，根据光路的可逆性，可按照上述实施例提供的方法计算干扰信号在干扰发射天线的方向性增益。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本实施例方法所述功能若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个或者多个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备（可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM， Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM， Random Access Memory），磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，其特征在于，包括步骤：
载入预先编辑好的天线样本数据集，所述天线样本数据集表示为集合
Figure 982778DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 16462DEST_PATH_IMAGE002
，N表示样本数量且
Figure 882786DEST_PATH_IMAGE003
，θ表示方位角、φ表示俯仰角，g表示对应方向的增益，以dB为单位；
根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数G(θ，φ)；
通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体的地心坐标位置、姿态，并计算载体上所装天线和每个卫星当前时刻的地心坐标位置；
根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角；
根据所述三维天线方向图函数G(θ，φ)、所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角计算得到所述当前卫星信号方向向量在天线上的增益，控制当前卫星信号生成通道的RF导航信号强度；
按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束；
所述天线样本数据集来源于真实测量数据，然后进行编辑得到，或者完全根据需要进行编辑得到，具体包括步骤：
定义三维坐标w与方位角、俯仰角、增益的对应关系；
将天线样本数据中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示，同时在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中绘制相应的切面曲线和三维曲面网格；
根据用户对样本点的可视化编辑对样本数据集和当前天线的水平方向图、垂直方向图和三维方向图进行同步更新；
将更新好的样本数据集存入天线数据文件中。
2.根据权利要求1所述的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，其特征在于，所述定义三维坐标w与方位角θ、俯仰角φ、增益g的对应关系具体包括步骤：
构造天线局部坐标系
Figure 752653DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 362626DEST_PATH_IMAGE005
为原点，
Figure 126183DEST_PATH_IMAGE006
构成左手坐标系；
构建方位角、俯仰角与方向向量之间的映射关系，其中：
Figure 288043DEST_PATH_IMAGE007
表示方向向量
Figure 504261DEST_PATH_IMAGE008
映射到方位角θ、俯仰角φ；
Figure 917924DEST_PATH_IMAGE009
表示方位角θ、俯仰角φ映射到方向向量
Figure 411354DEST_PATH_IMAGE008
；
对任意
Figure 885060DEST_PATH_IMAGE010
，在天线局部坐标系中的三维坐标为w，则计算公式为：
Figure 978787DEST_PATH_IMAGE011
；
对任意三维坐标w，转化为
Figure 930563DEST_PATH_IMAGE010
时，则计算公式为：
Figure 668712DEST_PATH_IMAGE012
,
Figure 923107DEST_PATH_IMAGE013
；
其中，
Figure 379496DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 869383DEST_PATH_IMAGE015
表示向量的归一化。
3.根据权利要求2所述的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，
其特征在于，将天线样本数据集中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示，同时在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中绘制相应的切面曲线和三维曲面网格，具体包括步骤：
显示天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图；
在水平方向图上显示所述天线样本数据集中所有位于水平面的样本点，并显示天线方向图与水平面的切面曲线，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作；
在垂直方向图上显示所述天线样本数据集中所有位于垂直面的样本点，并显示天线方向图与垂直面的切面曲线，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作；
在三维方向图上显示所述天线样本数据集中所有样本点，并显示天线方向图对应的三维曲面网格，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作。
4.根据权利要求3所述的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，其特征在于，
所述天线方向图与水平面的切面曲线绘制过程包括：
设
Figure 849322DEST_PATH_IMAGE016
，D为预定义的角度分割数量，将天线样本数据集中的样本点
Figure 133672DEST_PATH_IMAGE017
映射到三维坐标点，将方位角为
Figure 811778DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 246302DEST_PATH_IMAGE019
的两个相邻的三维坐标点直接连线得到所述天线方向图与水平面的切面曲线；
所述天线方向图与垂直面的切面曲线绘制过程包括：
设
Figure 959043DEST_PATH_IMAGE020
，将天线样本数据集中的样本点
Figure 70087DEST_PATH_IMAGE021
映射到三维坐标点，将俯仰角为
Figure 235489DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 208125DEST_PATH_IMAGE023
的两个相邻的三维坐标点直接连线得到所述天线方向图与垂直面的切面曲线；
所述天线方向图对应的三维曲面网格的绘制过程包括：
设
Figure 775372DEST_PATH_IMAGE024
;
设
Figure 57318DEST_PATH_IMAGE025
;
对每一个
Figure 444437DEST_PATH_IMAGE026
，计算坐标点：
Figure 345397DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 908096DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 970730DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 235358DEST_PATH_IMAGE030
，
其中，坐标点
Figure 408851DEST_PATH_IMAGE031
组成一个四边形；
将所有
Figure 950690DEST_PATH_IMAGE032
计算得到的四边形合并后即可得到所述天线方向图对应的三维曲面网格。
5.根据权利要求2所述的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，其特征在于，
所述根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数G(θ，φ)，具体包括步骤：
当N=0时，
Figure 325171DEST_PATH_IMAGE033
；
当
Figure 686882DEST_PATH_IMAGE034
，则
Figure 57208DEST_PATH_IMAGE035
；
其他情况下，
Figure 453555DEST_PATH_IMAGE036
；
其中
Figure 857991DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 847944DEST_PATH_IMAGE038
为向量夹角计算函数，
Figure 894397DEST_PATH_IMAGE039
为实常数；
Figure 4305DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 845222DEST_PATH_IMAGE041
；
Figure 181525DEST_PATH_IMAGE042
满足：
Figure 641456DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 746816DEST_PATH_IMAGE044
，即三维方向图函数在样本点方向的计算值与样本点重合。
6.根据权利要求2所述的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，其特征在于，
所述根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角，具体包括步骤：
计算载体的位置、姿态，根据载体的位置、姿态以及天线的局部位置、局部姿态，计算载体上天线中心的位置为R；
在ECEF坐标系中，建立旋转变换矩阵
Figure 883268DEST_PATH_IMAGE045
，使
Figure 706867DEST_PATH_IMAGE046
，即
Figure 829544DEST_PATH_IMAGE045
把ECEF坐标下的向量
Figure 930355DEST_PATH_IMAGE047
转换到天线局部坐标系
Figure 378654DEST_PATH_IMAGE004
下；
计算每个卫星当前时刻的位置，设卫星的ECEF坐标为S， 则得到ECEF坐标为S的卫星的信号向量为
Figure 548604DEST_PATH_IMAGE048
，通过旋转变换矩阵
Figure 474972DEST_PATH_IMAGE045
将信号向量
Figure 554923DEST_PATH_IMAGE049
转换到天线局部坐标系
Figure 518331DEST_PATH_IMAGE050
；
再将转换到天线局部坐标系
Figure 316523DEST_PATH_IMAGE051
下的信号向量
Figure 781003DEST_PATH_IMAGE049
转换为方位角
Figure 126181DEST_PATH_IMAGE052
、俯仰角
Figure 385124DEST_PATH_IMAGE053
:
Figure 405033DEST_PATH_IMAGE054
。
7.一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真装置，其特征在于，包括：
天线样本数据集载入模块，用于载入预先编辑好的天线样本数据集，所述天线样本数据集表示为集合
Figure 548569DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 337534DEST_PATH_IMAGE002
，N表示样本数量且
Figure 423170DEST_PATH_IMAGE003
，θ表示方位角、φ表示俯仰角，g表示对应方向的增益，所述天线样本数据集来源于真实测量数据，然后进行编辑得到，或者完全根据需要进行编辑得到，具体包括步骤：
定义三维坐标w与方位角、俯仰角、增益的对应关系；
将天线样本数据中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示，同时在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中绘制相应的切面曲线和三维曲面网格；
根据用户对样本点的可视化编辑对样本数据集和当前天线的水平方向图、垂直方向图和三维方向图进行同步更新；
将更新好的样本数据集存入天线数据文件中；
三维天线方向图函数计算模块，根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数
Figure 195954DEST_PATH_IMAGE055
；
位置获取模块，用于通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体的地心坐标位置、姿态，并计算载体上所装天线和每个卫星当前时刻的地心坐标位置；
角度转换模块，用于根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角；
导航信号生成模块，用于根据所述三维天线方向图函数
Figure 736657DEST_PATH_IMAGE055
、所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角计算得到所述当前卫星信号方向向量在天线上的增益，控制当前卫星信号生成通道的RF导航信号强度；
周期推进模块，用于按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，
所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6中任一项所述用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法的步骤。
9.一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其特征在于，
在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行如权利要求1至6中任一项所述的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法的步骤。
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