CN113777413B - 一种基于等值线分布的天线方向图测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于等值线分布的天线方向图测量方法，属于天线测试技术领域，首先基于天线方向图的等值线分布特点设计无人飞行器的飞行轨迹，然后按照轨迹飞行采集电磁信号并进行插值处理，得到闭合性好的等值线方向图；最后对重点关注区域的电磁信号进行反复采集并迭代插值，最终得到高精度的三维天线方向图。本发明采用无人飞行器搭载测量设备对天线远场方向图进行测量，可以降低对接收机动态范围的要求；同时，根据等值线采集电磁信号，基于采样点数据进行三维方向图插值时，在等值线上，可以提高信息的插值精度，在等值线梯度方向上可以提高方向图的信息精度。
Description
技术领域
本发明属于天线测试技术领域，具体涉及一种基于等值线分布的天线方向图测量方法。
背景技术
当天线实际部署安装到载体上之后，辐射场受到场站环境和天线基座的影响，使得实际的天线电性能参数发生畸变或改变，从而影响最终测试结果。另外，对于大口径天线，室内测试很难满足测试要求，室外测试需在固定地点专用场地并且配套专用转台下进行，存在设备复杂、测试精度低、测试成本高等困难，因此需要在现场对天线的方向图进行测量。目前，随着小型化无人飞行器技术的发展，利用无人飞行器搭载测试设备对天线远场方向图进行测量，具有成本低、测量灵活等优点，因而目前得到了研究和发展。
现有的基于无人飞行器的测量方法中，一般情况下，参考天线采集辐射方向图的E面或者H面的电磁信号进行处理，该方法技术有一定缺点。首先，随着被测天线到参考天线方向角度的增大，距离也逐渐变大，导致空间路径损耗增加，该变化范围直接影响测量接收机的动态范围，而且只能得到待测天线的一维方向图。另外在没有先验信息的情况下，采用传统的数据处理技术，不仅会造成采集数据的冗余，而且对精度要求高的空间区域采样不足，从而不能得到满足精度要求的三维方向图。
发明内容
为了进一步提高测试效果，并提高重点关注空间区域的方向图精度，在没有天线方向图先验信息的情况下，为了有效地绘制三维天线方向图，本发明提出了一种基于等值线分布的天线方向图测量方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于等值线分布的天线方向图测量方法，首先基于天线方向图的等值线分布特点设计无人飞行器的飞行轨迹，然后按照轨迹飞行采集电磁信号并进行插值处理，得到闭合性好的等值线方向图，最后对重点关注区域的电磁信号进行反复采集并迭代插值，最终得到高精度的三维天线方向图。
优选地，具体包括如下步骤：
S1.无人飞行器上的参考天线保持与待测天线距离恒定，在没有先验信息的情况下，按照纬线圈轨迹飞行采集电磁信号；
S2.根据采集到的电磁信号数据，按照克里金插值方法得到初始等值线方向图；
S3.根据等值线分布继续采集电磁信号，按照克里金插值方法更新等值线方向图；
S4.参考天线对重点关注的区域按照等值线分布继续采集电磁信号，按照克里金插值方法更新等值线方向图；
S5.继续按照等值线飞行采集电磁信号，插值继续更新等值线方向图，设置一个阈值作为反复采集电磁信号并迭代插值的终止条件，当达到阈值时，输出高精度的三维天线方向图。
优选地，克里金插值方法用来控制等值线之间的距离，在保持等值线之间数值均匀的情况下，在变化比较剧烈的地方，等值线分布比较密集，在变化比较缓慢的地方等值线分布比较稀疏，通过克里金插值方法智能化地突出剧烈变化区域的细节。
优选地，步骤S5中，终止条件为按照等值线飞行的次数。
优选地，步骤S5中，终止条件为天线参数精度。
本发明所带来的有益技术效果：
一方面可以降低对接收机动态范围的要求；另一方面，根据等值线采集电磁信号，基于采样点数据进行三维方向图插值时，在等值线上，可以提高信息的插值精度，在等值线梯度方向上可以提高方向图的信息精度。
附图说明
图1是本发明等值线方向图；
图2是本发明基于等值线分布的天线方向图测量方法流程图。
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：
如图1和图2所示，本发明基于无人飞行器对天线方向图进行测量，利用天线方向图的等值线分布的特点，设计无人飞行器的飞行轨迹；采用插值方法，得到闭合性更好的等值线图，按照等值线分布飞行，采集电磁信号，提高重点关注区域的方向图的测试指标。本发明利用无人飞行器搭载测量设备对天线远场方向图进行测量，具有测量半径大、成本低、测量灵活等优点。
图1给出了天线仰角θ和方位角ψ的等值线方向图。在主瓣和旁瓣空间区域里，等值线一般是各自独立闭合的。横坐标theta代表天线仰角θ，纵坐标fai代表方位角ψ。
本发明利用等值线的特点，提出的是一种智能化的数据处理技术。首先为了满足测量接收机的动态范围，即保持机载参考天线和待测天线之间的距离R不变进行电磁信号采集，能够得到参考天线关于俯仰角θ和方位角ψ的天线方向图。在没有先验信息的情况下，参考天线划分纬线圈采集电磁信号，从而得到(θ、ψ)对应的幅度采样值。采用插值方法，得到初次的等值线方向图。根据获得的等值线的闭合情况，可以初步判断方向图的大致分布情况。接着，参考天线按照得到等值线分布采集电磁信号，采用插值方法，得到闭合性更好的等值线方向图，基本可以判断出主波束和旁瓣的大体分布。然后按照相同步骤，智能化地对感兴趣的区域进行电磁信号采集，插值处理，从而使得对指标要求高的区域的细节更加突出，如此反复地智能化处理，最后得到高精度的三维方向图。
本发明在插值过程中，插值方法可以控制等值线之间的距离，如果保持等值线之间的数值均匀，那么在变化比较剧烈的地方，例如零深区域，等值线分布自然比较密集，变化比较缓慢的地方等值线分布比较稀疏，智能化地突出了剧烈变化区域的细节，提高了重要指标的测试精度。
如图2所示，本发明测量方法的具体步骤为：
步骤1：无人飞行器上的参考天线保持与待测天线距离恒定，在没有先验信息的情况下，按照纬线圈轨迹飞行采集电磁信号；
步骤2：根据采集数据，按照克里金插值方法得到初始等值线方向图；
步骤3：根据等值线分布继续采集电磁信号，按照克里金插值方法更新等值线方向图，得到闭合性更好的等值线方向图；
步骤4：参考天线对重点关注的区域按照等值线分布继续采集电磁信号，按照克里金插值方法继续更新等值线方向图，得到闭合性更好的等值线方向图；
步骤5：继续按照等值线飞行采集电磁信号，插值得到新的等值线，设置一个阈值作为反复采集电磁信号并迭代插值的终止条件，直到得到满意的三维天线方向图为止。
其中，阈值可以依据经验值，设置按照等值线飞行的次数N作为迭代飞行插值的终止条件；或者以天线参数(例如方向图测试角度分辨率)精度作为迭代飞行插值的终止条件。
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)
1.一种基于等值线分布的天线方向图测量方法，其特征在于，首先基于天线方向图的等值线分布特点设计无人飞行器的飞行轨迹，然后按照轨迹飞行采集电磁信号并进行插值处理，得到等值线方向图，最后对重点关注区域的电磁信号进行反复采集并迭代插值，最终得到高精度的三维天线方向图；
具体包括如下步骤：
S1.无人飞行器上的参考天线保持与待测天线距离恒定，在没有先验信息的情况下，按照纬线圈轨迹飞行采集电磁信号；
S2.根据采集到的电磁信号数据，按照克里金插值方法得到初始等值线方向图；
S3.根据等值线分布继续采集电磁信号，按照克里金插值方法更新等值线方向图；
S4.参考天线对重点关注的区域按照等值线分布继续采集电磁信号，按照克里金插值方法更新等值线方向图；
S5.继续按照等值线飞行采集电磁信号，插值继续更新等值线方向图，设置一个阈值作为反复采集电磁信号并迭代插值的终止条件，当达到阈值时，输出高精度的三维天线方向图。
2.根据权利要求1所述基于等值线分布的天线方向图测量方法，其特征在于，所述克里金插值方法用来控制等值线之间的距离，在保持等值线之间数值均匀的情况下，在变化比较剧烈的地方，等值线分布比较密集，在变化比较缓慢的地方等值线分布比较稀疏，通过克里金插值方法智能化地突出剧烈变化区域的细节。
3.根据权利要求1所述基于等值线分布的天线方向图测量方法，其特征在于，所述步骤S5中，终止条件为按照等值线飞行的次数。
4.根据权利要求1所述基于等值线分布的天线方向图测量方法，其特征在于，所述步骤S5中，终止条件为天线参数精度。
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