CN113777412A - 一种提高天线方向图零深位置测试精度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高天线方向图零深位置测试精度的方法，属于天线测试技术领域，根据零深附近方向图呈现近似对称分布的特点，将广义互相关时延估计的方法应用到零深估计，提高零深位置测试精度；具体包括选取有效数据段，对数据段进行判断并处理，选取零深估计粗值点，利用广义互相关时延估计计算互功率谱，补零操作，以及进行傅里叶反变换等计算零深的位置。本发明采用补零的方法，提高零深位置的角度分辨率；通过该计算方法对线性值取倒数，提高与零深距离近的值在时延估计中所占的比重，进一步提高时延估计精度。
Description
技术领域
本发明属于天线测试技术领域，具体涉及一种提高天线方向图零深位置测试精度的方法。
背景技术
天线方向图在测量中，零深是一个重要的测试指标。由于信号传播的路径损耗，零深周边的信噪比一般比较低，因而零深的精确测量是一个难点。在极限情况下，由于接收机自身灵敏度的限制，如果信号的接收电平低于接收机的灵敏度电平，零深附近的信号电平不可测，导致零深无法精确测量。
由于信号传播的路径损耗，尤其是外场条件，零深周边的信噪比一般比较低。现有的方法一般是在零深附近多次采样，提高累积增益，采用数据拟合方法对零深周边的有效数据进行拟合，从而找到零深位置。此方法需要根据天线方向图的形状，给出拟合的表达式形式，并且不同的拟合方法拟合出的零深点可能不同。
发明内容
为了解决上述问题，本发明根据零深的特点，利用广义互相关时延估计的原理，提出一种计算零深的计算方法，提高天线方向图零深位置测试精度。
本发明的技术方案如下：
一种提高天线方向图零深位置测试精度的方法，根据零深附近方向图呈现近似对称分布的特点，将广义互相关时延估计方法应用到零深估计，提高零深位置测试精度；具体包括如下步骤：
S1.选取零深附近呈现近似对称分布部分的数据段作为有效数据，记为x[n]；
S2.对选取的数据类型进行判断并处理，将处理后的数据记为y[n]；
S3.在零深附近选取一点作为零深的估计粗值，假设该值的索引为m,以x＝m为对称轴，将y[n]进行翻褶，得到数据序列为y′[n]＝y[-(n-2m)]；
S4.利用广义互相关时延估计方法计算互功率谱G[n]；
S5.对G[n]补零，记G[n]的数据长度为M，补零操作后的总数据长度为a·M，a为数据长度的倍数；
S6.进行傅里叶反变换得到时域互相关函数值，进行峰值检测，得到峰值对应的索引值为N，则零深的位置为N/(2a)+m。
优选地，步骤S1中，x[n]选取的具体过程为：根据零深附近方向图的数值，取经验值L，选取直线y＝L与零深附近方向图进行相交，直线横截零深附近方向图后直线以下部分就是选取的离散数据x[n]。
优选地，步骤S2中判断并处理的具体内容为：如果选取的数据是线性值，对x[n]取倒数；如果是分贝值，对x[n]取绝对值。
优选地，步骤S4中，G[n]的计算采用广义互相关时延估计中的PHAT加权法，计算表达式为：
其中S[n]＝fft(y[n])·conj(fft(y[n]))，fft表示快速傅里叶变换，conj表示取共轭。
本发明所带来的有益技术效果：
根据零深的特点，利用广义互相关时延估计方法，将零深估计问题转化为时间延迟估计问题，提高零深位置的测试精度，并且可以采用补零的方法，提高零深的角度分辨率；对线性值取倒数，提高与零深距离近的值在时延估计中所占的比重，进一步提高时延估计精度。
附图说明
图1为本发明提高天线方向图零深位置测试精度的方法流程图；
图2为本发明天线方向图零深位置的功率分布图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
一般情况下，零深处信噪比很低，信号淹没在噪声中。极端情况下，如果接收电平低于接收机的灵敏度电平，零深附近的信号电平不可测，导致零深无法精确测量。离零深位置越近，信号的信噪比越差，这将严重影响零深的测试精度。本发明根据零深附近方向图呈现近似对称分布的特点，提出了一种计算零深位置的方法。将广义互相关时延估计(Generalized Cross Correlation,GCC)的方法应用到零深估计，从而提高零深位置测试精度。
因为在零深周边，离零深越近，数值越小。如果采用dB值表示，一般是负数；如果采用线性值表示，一般是很小的正数数值。对于dB值，可以直接对数值取绝对值；对于线性值，将线性值数据取倒数，提高与零深距离近的值在时延估计中所占的比重，进一步提高时延估计精度。
如图1和图2所示，采用广义互相关时延估计方法提高天线方向图零深位置测试精度的方法具体步骤如下：
步骤1：选取零深周边的数据段作为有效数据，记为x[n]；
如在图2所示的天线方向图零深位置的功率分布图中，x[n]取零深附近呈现近似对称分布的部分，根据零深附近方向图的数值，取经验值L，选取直线y＝L,与零深附近方向图进行相交，即用直线y＝L横截零深附近方向图，直线以下部分(图2中加粗部分)就是选取的离散数据x[n]。
步骤2：如果是线性值，对x[n]取倒数；如果是分贝值，对x[n]取绝对值，得到的数据记为y[n]；即
步骤3：在零深附近选取一点作为零深的估计粗值，假设该值的索引为m,以x＝m为对称轴，将y[n]进行翻褶，得到数据序列为y′[n]＝y[-(n-2m)]。
步骤4：利用广义互相关时延估计计算y[n]和y′[n]的互功率谱G[n]；
采用广义互相关时延估计中的PHAT加权法，G[n]离散计算表达式如下：
其中s[n]＝fft(y[n])·conj(fft(y[n]))，fft表示快速傅里叶变换，conj表示取共轭。
步骤5：对G[n]补零操作，记G[n]的数据长度为M，补零操作后的总数据长度为a·M；其中，a一般取2的n次幂，表示数据长度的倍数。
步骤6：进行傅里叶反变换(IFFT)得到时域互相关函数值，进行峰值检测，得到峰值对应的索引值为N，则零深的位置为N/(2a)+m。
由于进行了补零操作，如果互功率谱数据长度为M，补零操作后为数据长度为a·M，那么零深位置的分辨率提高(a-1)倍。
本发明与目前广泛应用方法相比，不需要根据零深周边天线方向图的形状采用不同的拟合方法，而是引入广义互相关时延估计方法进行零深位置估计。广义互相关时延估计方法可以进行预白化滤波，抑制噪声的影响，提高零深位置估计的可靠性和精度，并通过补零的方法，进一步提高零深位置的分辨率。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种提高天线方向图零深位置测试精度的方法，其特征在于，根据零深附近方向图呈现近似对称分布的特点，将广义互相关时延估计方法应用到零深估计，提高零深位置测试精度；具体包括如下步骤：
S1.选取零深附近呈现近似对称分布部分的数据段作为有效数据，记为x[n]；
S2.对选取的数据类型进行判断并处理，将处理后的数据记为y[n]；
S3.在零深附近选取一点作为零深的估计粗值，假设该值的索引为m,以x＝m为对称轴，将y[n]进行翻褶，得到数据序列为y′[n]＝y[-(n-2m)]；
S4.利用广义互相关时延估计方法计算互功率谱G[n]；
S5.对G[n]补零，记G[n]的数据长度为M，补零操作后的总数据长度为a·M，a为数据长度的倍数；
S6.进行傅里叶反变换得到时域互相关函数值，进行峰值检测，得到峰值对应的索引值为N，则零深的位置为N/(2a)+m。
2.根据权利要求1所述提高天线方向图零深位置测试精度的方法，其特征在于，所述步骤S1中，x[n]选取的具体过程为：根据零深附近方向图的数值，取经验值L，选取直线y＝L与零深附近方向图进行相交，直线横截零深附近方向图后直线以下部分就是选取的离散数据x[n]。
3.根据权利要求1所述提高天线方向图零深位置测试精度的方法，其特征在于，所述步骤S2中判断并处理的具体内容为：如果选取的数据是线性值，对x[n]取倒数；如果是分贝值，对x[n]取绝对值。
4.根据权利要求1所述提高天线方向图零深位置测试精度的方法，其特征在于，所述步骤S4中，G[n]的计算采用广义互相关时延估计中的PHAT加权法，计算表达式为：
其中S[n]＝fft(y[n])·conj(fft(y[n]))，fft表示快速傅里叶变换，conj表示取共轭。
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