CN114499720B - 一种电磁信号自由空间传播模型修正方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电磁信号自由空间传播模型修正方法，包括以下步骤：设置至少3个地面信号接收点和N个空中信号接收点，N至少为1，使N+1个所述接收点覆盖校准区域；通过差分定位的方法确定所述接收点和信号发射点之间的位置关系；在信号发射点向所述校准区域发射电磁信号，在所述接收点提取电磁信号的特征参数；用所述特征参数对空间电磁信号传播模型得到的结果进行修正。本申请还包含用于实现所述方法的系统。本申请的方法和系统，武器装备复杂电磁环境适应性试验过程中，通过试验系统输出端口的信号参数和电磁信号自由空间传播模型得到的被测武器装备所处区域电磁环境的描述和表征无法准确描述的问题。

Description

一种电磁信号自由空间传播模型修正方法和系统

技术领域

本申请涉及电波传播技术领域，尤其涉及一种电磁信号自由空间传播模型的修正方法和系统。

背景技术

目前，在开展电磁环境适应性试验时，大多通过对生成各类电磁信号的试验系统输出端口的信号参数进行测试，并结合电磁信号自由空间传播模型，实现对被测武器装备所处区域电磁环境的描述和表征。但由于电磁信号自由空间传播模型在不同边界(地形、地貌以及气象环境)条件下不能够被准确地描述，导致复杂电磁环境适应性试验所关注的被测武器装备所处区域的电磁环境与真实的电磁环境之间存在较大的偏差，这极大地影响了对电磁环境的定量描述和表征，进而影响对武器装备复杂电磁环境适应性的准确评价。

综上所述，亟需一种电磁信号自由空间传播模型的修正方法，解决武器装备复杂电磁环境适应性试验过程中，通过试验系统输出端口的信号参数和电磁信号自由空间传播模型得到的被测武器装备所处区域电磁环境的描述和表征无法准确描述的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种电磁信号自由空间传播模型的修正方法和系统，解决武器装备复杂电磁环境适应性试验过程中，通过试验系统输出端口的信号参数和电磁信号自由空间传播模型得到的被测武器装备所处区域电磁环境的描述和表征无法准确描述的问题。

一方面，本申请提出一种电磁信号自由空间传播模型修正方法，包括以下步骤：

设置至少3个地面信号接收点和N个空中信号接收点，N至少为1，使N+1个所述接收点覆盖校准区域；

通过差分定位的方法确定所述接收点和信号发射点之间的位置关系；

在信号发射点向所述校准区域发射电磁信号，在所述接收点提取电磁信号的特征参数；

用所述特征参数对空间电磁信号传播模型得到的结果进行修正。

优选地，在所述接收点接收信号经平率变换和数字化后生成中频信号并存储，用于事后分析。

优选地，所述空间电磁信号传播模型运算时，包含以下参数：接收点和发射点之间的距离、电磁信号空间到达角、发射信号参数、辐射天线系数、接收信号参数、接收天线系数；

优选地，所述空中信号接收点，是在所述校准区域上空设定航迹的N个点。

优选地，所述信号发射点包含：至少1个地面信号发射点和/或至少1个空中信号发射点。

另一方面，本申请提出一种电磁信号自由空间传播模型修正系统，用于实现本申请任意一项实施例所述方法，所述系统包括：

至少3个地面校准接收装置，用于在所述地面信号接收点接收电磁信号，提取所述特征参数；

至少1个机载校准接收装置，用于在所述空中信号接收点接收电磁信号；

信号生成装置，用于在所述信号发射点发射电磁信号；

数据处理中心，用于采集所述接收点提取的电磁信号的特征参数。

进一步地，所述地面校准接收装置和记载校准接收装置，用无线通信或有限通信方式向所述数据处理中心发送所述特征参数。

优选地，所述机载校准接收装置搭载在无人机上，在被校准区域上空按照预设的航迹路线飞行。

进一步地，所述信号生成装置，包含以下至少一种装置：机载标准信号模拟器、机载干扰模拟器。所述机载标准信号模拟器，用于从空中向所述校准区域发射标准信号；所述机载干扰模拟器，用于从空中向所述校准区域发射干扰信号。

进一步地，所述信号生成装置，还包含以下至少一种装置：标准信号模拟器、目标信号模拟器。所述标准信号模拟器，用于从地面向所述校准区域发射标准信号；所述目标信号模拟器，用于从地面向所述校准区域发射带有目标信息的电磁信号。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

在任何复杂地理条件下，都可以使用本申请的方法和装置对空间电磁辐射模型进行修正，有效地解决被测武器所在区域的理论电磁环境和真实电磁环境之间的偏差，提高武器装备在复杂环境下评价准确性、提高测试效率、环境适应性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，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为电磁信号自由空间传播模型修正系统示意图；

图2为电磁信号自由空间传播模型修正方法流程图；

图3为校准接收装置部署位置及被校准区域示意图；

图4为标准信号生成装置部署示意图；

图5为校准信号采集点示意图；

图6为校准信号采集点形成的单一四面体示意图；

图7为校准信号采集点形成的N个空间立体四面体示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

如图1所示，一种电磁信号自由空间传播模型的修正方法，涉及到校准接收装置1、校准接收装置2、校准接收装置3、机载小型化校准接收装置、标准信号生成装置、机载式小型化标准信号生成装置、综合数据处理中心。

自然环境条件下空间电磁信号传播模型修正流程图如图所示。电磁信号自由空间传播模型的修正方法流程如下：

步骤10、根据被测区域内的自然环境条件(综合考虑地形、地貌等因素)选择合适的位置部署校准装置，包括标准信号生成装置和校准接收装置。标准信号生成装置的部署位置可以参照电磁环境适应性试验系统的电磁环境模拟分系统的部署位置或类似自然环境条件的位置，可以采用机载式小型化标准信号生成装置近似模拟空基平台的电磁环境模拟分系统。校准接收装置的部署位置既要满足多点位部署的原则，又要保证接收灵敏度处于标准信号生成装置的有效功率覆盖范围之内；

步骤20、利用标准信号生成装置和校准接收装置中的差分定位分系统实现对标准信号生成装置和校准接收装置部署位置的精确定位，计算出标准信号生成装置生成的电磁信号相对于校准接收装置的空间到达角；

步骤30、利用标准信号生成装置逐一生成与电磁环境适应性试验系统的电磁环境模拟分系统相似的电磁信号；

步骤40、利用部署在多点位的校准接收装置接收标准信号生成装置辐射的电磁信号，提取电磁信号的时域、频域、能域上的特征参数，并将数据通过无线通信或有线通信方式发送至综合数据处理中心；

步骤50、校准接收装置实时存储经过频率变换和数字化后的宽频带中频信号，便于时候进行详细的分析和特征参数提取；

步骤60、综合数据处理中心综合标准信号生成装置和校准接收装置的位置及相对距离、标准信号生成装置生成的电磁信号相对于校准接收装置的空间到达角、标准信号生成装置输出信号参数及对应辐射天线的天线系数、不同点位处校准接收装置提取的信号参数及对应接收天线的天线系数等信息，结合空间电磁信号传播模型相关理论，对被测区域内的空间电磁信号传播模型进行修正。

结合图1～7,自然环境条件下空间电磁信号传播模型的修正方法和系统涉及到如下技术方案。

图3为校准接收装置的部署示意图。

校准接收装置的部署，校准接收装置包括3个地面部署的校准接收装置和1个机载小型化校准接收装置。地面校准接收装置的部署需根据自然环境条件和电磁环境场景被校准区域(被测武器装备所处区域)进行综合考虑。3个校准接收装置需分散于被校准区域的四周，其连线构成的三角形尽量能够覆盖校准区域。机载小型化校准接收装置搭载在无人机上，可以在被校准区域上空按照预先设定的航迹路线飞行。

图4为校准信号生成装置布署示意图。

标准信号生成装置包括1个地面部署的标准信号生成装置和1个机载小型化标准信号生成装置。

标准信号生成装置的部署位置可参考开展复杂电磁环境适应性试验过程中电磁环境模拟分系统的部署位置，这样得到的自然环境条件下空间电磁信号传播模型的修正结果更加准确。

标准信号生成装置发射天线的天线系数经过标定，在自然环境条件下空间电磁信号传播模型修正过程中，当标准信号生成装置距离校准区域较近时，不同校准接收装置相对于标准信号生成装置的角度不同，因此在综合数据处理中心需考虑标准信号生成装置发射天线在不同校准接收装置所处位置对应天线增益的影响。当标准信号生成装置距离校准区域较远时，不同校准接收装置相对于标准信号生成装置的角度可近似相同，标准信号生成装置发射天线在不同校准接收装置所处位置对应天线增益的影响可忽略。

图5为校准信号采集点示意图。

无人机搭载小型化校准接收装置按照预先设置的航迹路线飞行，每经过一定时间或一定距离(可设定)，机载式小型化校准接收装置与地面部署的校准接收装置同步开始接收电磁信号并进行数据采集，该位置作为机载式小型化校准接收装置校准信号采集点。

这样，无人机完成整个航迹路线飞行后，机载式小型化校准接收装置在该航迹路线上实现若干个(假定为N)校准信号采集点。而地面部署的校准接收装置提供3个校准信号采集点。

图6为空间四面体剖面形成示意图。

如图6所示，对应无人机航迹路线上的每一个校准信号采集点，其与地面校准接收装置的校准信号采集点构成一个空间立体的四面体剖面。

无人机完成整个航迹路线飞行后，机载式小型化校准接收装置在该航迹路线上实现N个校准信号采集点，N个校准信号采集点与地面校准接收装置的校准信号采集点构成N个空间立体的四面体剖面，实现对校准区域的剖分，如图7所示。N+3个校准信号采集点将整个被校准区域划分为3N+1个三角剖面。

在进行数据处理过程中，在校准数据采集点处，校准接收装置同步接收空间电磁信号，提取电磁信号的特征参数并记录时间、位置、天线指向等信息，并将相关信息发送至综合数据处理中心。同时，校准接收装置实时存储经过下变频及数字化处理的中频信号，便于事后进行详细的数据分析。

综合数据处理中心综合标准信号生成装置、机载小型化标准信号生成装置、地面部署的校准接收装置以及机载式小型化校准接收装置的精确位置信息、标准信号生成装置生成的电磁信号相对于校准接收装置的空间到达角、标准信号生成装置输出信号参数及对应辐射天线的天线系数、不同校准信号采集点处校准接收装置提取的信号参数及对应接收天线的天线系数等信息，结合空间电磁信号传播模型相关理论，可以得到校准信号采集点处的空间电磁信号传播模型修正量。

进一步，利用网格剖分算法，可以将三角剖面进一步划分为更小的网格单元。以每一个三角剖面端点处的校准信号采集点得到的校准数据为基础数据，对每个网格单元的数据进行拟合，这样就可以得到被测区域内每个网格单元的空间电磁信号传播模型修正量。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理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权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种电磁信号自由空间传播模型修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置至少3个地面信号接收点和N个空中信号接收点，N至少为1，使N+1个所述接收点覆盖校准区域；所述空中信号接收点，是在所述校准区域上空设定航迹的N个点；

通过差分定位的方法确定所述接收点和信号发射点之间的位置关系，所述信号发射点包含：至少1个地面信号发射点和/或至少1个空中信号发射点；

在信号发射点向所述校准区域发射电磁信号，在所述接收点提取电磁信号的特征参数；

用所述特征参数对空间电磁信号传播模型得到的结果进行修正, 所述空间电磁信号传播模型，包含以下参数：接收点和发射点之间的距离、电磁信号空间到达角、发射信号参数、辐射天线系数、接收信号参数和接收天线系数；

在所述接收点接收信号经频率变换和数字化后生成中频信号并存储，用于事后分析。

2.一种电磁信号自由空间传播模型修正系统，用于实现权利要求1所述方法，其特征在于，包括

至少3个地面校准接收装置，用于在所述地面信号接收点接收电磁信号，提取所述特征参数；

至少1个机载校准接收装置，用于在所述空中信号接收点接收电磁信号；

信号生成装置，用于在所述信号发射点发射电磁信号；

数据处理中心，用于采集所述接收点提取的电磁信号的特征参数。

3.如权利要求2所述电磁信号自由空间传播模型修正系统，其特征在于，

所述地面校准接收装置和机载校准接收装置，用无线通信或有限通信方式向所述数据处理中心发送所述特征参数。

4.如权利要求2所述电磁信号自由空间传播模型修正系统，其特征在于，

所述机载校准接收装置搭载在无人机上，在被校准区域上空按照预设的航迹路线飞行。

5.如权利要求2所述电磁信号自由空间传播模型修正系统，其特征在于，

所述信号生成装置，包含以下至少一种：机载标准信号模拟器、机载干扰模拟器，

所述机载标准信号模拟器，用于从空中向所述校准区域发射标准信号；

所述机载干扰模拟器，用于从空中向所述校准区域发射干扰信号。

6.如权利要求2所述电磁信号自由空间传播模型修正系统，其特征在于，所述信号生成装置还包含以下至少一种：标准信号模拟器、目标信号模拟器；

所述标准信号模拟器，用于从地面向所述校准区域发射标准信号；

所述目标信号模拟器，用于从地面向所述校准区域发射带有目标信息的电磁信号。