CN115567090B - 一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法 - Google Patents

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CN115567090B CN202211401748.3A CN202211401748A CN115567090B CN 115567090 B CN115567090 B CN 115567090B CN 202211401748 A CN202211401748 A CN 202211401748A CN 115567090 B CN115567090 B CN 115567090B
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Abstract

本发明公开了一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，包括以下步骤：本发明通过获取通信设备基本参数、俯仰取值、方位取值、威力范围，选择传播模型，计算传播损耗、计算相控阵天线增益，模拟接收机处的信号功率值、判断接收机处的信号功率值与接收机灵敏度的比值，从而实现基于相控阵天线实现通信三维威力范围，本发明操作起来较为简单，很容易实现，省时省力，有利于现实使用。

Description

一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法
技术领域
本发明涉及一种相控阵天线技术领域，具体是一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法。
背景技术
相控阵天线，用电控方法改变阵列中辐射单元相位，使波束按要求对空间扫描的天线，一般应用于航空科技以及航空电子与机载计算机系统。通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线。控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。在特殊情况下，也可以控制副瓣电平、最小值位置和整个方向图的形状，例如获得余割平方形方向图和对方向图进行自适应控制等。用机械方法旋转天线时，惯性大、速度慢，相控阵天线克服了这一缺点，波束的扫描速度高。它的馈电相位一般用电子计算机控制，相位变化速度快（毫秒量级），即天线方向图最大值指向或其他参数的变化迅速，这是相控阵天线的最大特点。
现有的相控阵天线在实现通信三维威力范围的过程中较为麻烦，操作起来不容易实现，费时费力，因此，亟需一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，包括以下步骤：
S1：获取通信设备基本参数，包括：设备位置
Figure SMS_2
，包括：经度、纬度以及高度、发射功率
Figure SMS_4
、天线增益
Figure SMS_6
、最远距离
Figure SMS_3
、接收机灵敏度
Figure SMS_5
、方位变化量
Figure SMS_7
、俯仰变化量
Figure SMS_8
、距离变化量
Figure SMS_1
；
S2：俯仰取值-90~90°，以间隔
Figure SMS_9
进行循环遍历，值为
Figure SMS_10
；
S3：方位取值0~360°，以间隔
Figure SMS_11
进行循环遍历，值为
Figure SMS_12
；
S4：根据设备位置
Figure SMS_13
，计算相对于设备的俯仰
Figure SMS_14
、方位
Figure SMS_15
、最远距离
Figure SMS_16
对应的位置
Figure SMS_17
，位置
Figure SMS_18
包括：经度、纬度以及高度；
S5：根据设备位置
Figure SMS_19
和位置
Figure SMS_20
，选择传播模型，计算传播损耗，其值为L；
S6：计算在当前方位、俯仰和传播损耗，模拟接收机处的信号功率值
Figure SMS_21
：
Figure SMS_22
S7：判断接收机处的信号功率值
Figure SMS_23
与接收机灵敏度
Figure SMS_24
的比值，如果
Figure SMS_25
，则返回步骤S3，方位值递增，即
Figure SMS_26
，如果
Figure SMS_27
，则返回步骤S4，距离递减，即
Figure SMS_28
；
S8：俯仰值递增，
Figure SMS_29
，继续执行步骤S2；
S9：计算完成，相控阵天线实现通信三维威力范围。
作为本发明进一步的方案：在步骤S5中，传播模型种类繁多，包括：自由空间传播、ITU368、ITU530、ITU533、ITU617、LongleyRice以及Okumura-Hata。
作为本发明进一步的方案：在步骤S6中，发射功率
Figure SMS_30
的单位为dBm、天线增益
Figure SMS_31
的单位为dB、传播损耗L的单位为dB以及接收机处的信号功率值
Figure SMS_32
的单位为dBm。
作为本发明进一步的方案：自由空间传播：
Figure SMS_33
式中：
Figure SMS_34
为发射信号频率，单位为MHz，
Figure SMS_35
为传播距离，单位为KM；
ITU368：均匀光滑地面的传播模型；
ITU530：地面视距系统传播模型；
ITU533：高频传播模型；
ITU617：超视距无线电中继传播模型；
LongleyRice：适用于不规则地形传播；
Okumura-Hata：超短波微波地面传播模型。
作为本发明进一步的方案：在步骤S5中，天线增益计算取决于天线类型，天线类型分为机械天线和相控阵天线，机械天线的天线方向图函数包括高斯函数、余弦函数、辛克函数，相控阵天线的天线增益计算如下式所示：
Figure SMS_36
其中，A为天线孔径面积、
Figure SMS_39
为工作波长、
Figure SMS_41
为幅度加权孔径效率、
Figure SMS_43
为扫描角
Figure SMS_38
处阵元失配时反射系数的振幅、
Figure SMS_40
为波束形成网络的综合欧姆损耗、
Figure SMS_42
分别为阵面球坐标系下的俯仰角和方位角、
Figure SMS_44
为阵元因子、
Figure SMS_37
为阵因子。
作为本发明再进一步的方案：一个由
Figure SMS_45
个阵元组成的平面阵，阵因子
Figure SMS_46
可表示为：
Figure SMS_47
其中，
Figure SMS_48
、
Figure SMS_49
为x,y方向上相邻阵元的间隔、k为波位数、
Figure SMS_50
为加权系数、
Figure SMS_51
、
Figure SMS_52
，
Figure SMS_53
，
Figure SMS_54
为天线波束指向。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过获取通信设备基本参数、俯仰取值、方位取值、威力范围，选择传播模型，计算传播损耗、计算相控阵天线增益，模拟接收机处的信号功率值、判断接收机处的信号功率值与接收机灵敏度的比值，从而实现基于相控阵天线实现通信三维威力范围，本发明操作起来较为简单，很容易实现，省时省力，有利于现实使用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，包括以下步骤：
S1：获取通信设备基本参数，包括：设备位置
Figure SMS_56
，包括：经度、纬度以及高度、发射功率
Figure SMS_58
、天线增益
Figure SMS_60
、最远距离
Figure SMS_57
、接收机灵敏度
Figure SMS_59
、方位变化量
Figure SMS_61
、俯仰变化量
Figure SMS_62
、距离变化量
Figure SMS_55
；
S2：俯仰取值-90~90°，以间隔
Figure SMS_63
进行循环遍历，值为
Figure SMS_64
；
S3：方位取值0~360°，以间隔
Figure SMS_65
进行循环遍历，值为
Figure SMS_66
；
S4：根据设备位置
Figure SMS_67
，计算相对于设备的俯仰
Figure SMS_68
、方位
Figure SMS_69
、最远距离
Figure SMS_70
对应的位置
Figure SMS_71
，位置
Figure SMS_72
包括：经度、纬度以及高度；
S5：根据设备位置
Figure SMS_73
和位置
Figure SMS_74
，选择传播模型，计算传播损耗，其值为L；
S6：计算在当前方位、俯仰和传播损耗，模拟接收机处的信号功率值
Figure SMS_75
：
Figure SMS_76
S7：判断接收机处的信号功率值
Figure SMS_77
与接收机灵敏度
Figure SMS_78
的比值，如果
Figure SMS_79
，则返回步骤S3，方位值递增，即
Figure SMS_80
，如果
Figure SMS_81
，则返回步骤S4，距离递减，即
Figure SMS_82
；
S8：俯仰值递增，
Figure SMS_83
，继续执行步骤S2；
S9：计算完成，相控阵天线实现通信三维威力范围。
实施例二
一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，包括以下步骤：
S1：获取通信设备基本参数，包括：设备位置
Figure SMS_84
，包括：经度、纬度以及高度、发射功率
Figure SMS_88
、天线增益
Figure SMS_89
、最远距离
Figure SMS_86
、接收机灵敏度
Figure SMS_87
、方位变化量
Figure SMS_90
、俯仰变化量
Figure SMS_91
、距离变化量
Figure SMS_85
；
S2：俯仰取值-90~90°，以间隔
Figure SMS_92
进行循环遍历，值为
Figure SMS_93
；
S3：方位取值0~360°，以间隔
Figure SMS_94
进行循环遍历，值为
Figure SMS_95
；
S4：根据设备位置
Figure SMS_96
，计算相对于设备的俯仰
Figure SMS_97
、方位
Figure SMS_98
、最远距离
Figure SMS_99
对应的位置
Figure SMS_100
，位置
Figure SMS_101
包括：经度、纬度以及高度；
S5：根据设备位置
Figure SMS_102
和位置
Figure SMS_103
，选择传播模型，计算传播损耗，其值为L；
S6：计算在当前方位、俯仰和传播损耗，模拟接收机处的信号功率值
Figure SMS_104
：
Figure SMS_105
S7：判断接收机处的信号功率值
Figure SMS_106
与接收机灵敏度
Figure SMS_107
的比值，如果
Figure SMS_108
，则返回步骤S3，方位值递增，即
Figure SMS_109
，如果
Figure SMS_110
，则返回步骤S4，距离递减，即
Figure SMS_111
；
S8：俯仰值递增，
Figure SMS_112
，继续执行步骤S2；
S9：计算完成，相控阵天线实现通信三维威力范围。
优选的，在本发明的实施例中，在步骤S5中，传播模型种类繁多，包括：自由空间传播、ITU368、ITU530、ITU533、ITU617、LongleyRice以及Okumura-Hata。
并且，自由空间传播：
Figure SMS_113
式中：
Figure SMS_114
为发射信号频率，单位为MHz，
Figure SMS_115
为传播距离，单位为KM；
ITU368：均匀光滑地面的传播模型；
ITU530：地面视距系统传播模型；
ITU533：高频传播模型；
ITU617：超视距无线电中继传播模型；
LongleyRice：适用于不规则地形传播；
Okumura-Hata：超短波微波地面传播模型。
优选的，在本发明的实施例中，在步骤S6中，发射功率
Figure SMS_116
的单位为dBm、天线增益
Figure SMS_117
的单位为dB、传播损耗L的单位为dB以及接收机处的信号功率值
Figure SMS_118
的单位为dBm。
实施例三
一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，包括以下步骤：
S1：获取通信设备基本参数，包括：设备位置
Figure SMS_121
，包括：经度、纬度以及高度、发射功率
Figure SMS_122
、天线增益
Figure SMS_125
、最远距离
Figure SMS_120
、接收机灵敏度
Figure SMS_123
、方位变化量
Figure SMS_124
、俯仰变化量
Figure SMS_126
、距离变化量
Figure SMS_119
；
S2：俯仰取值-90~90°，以间隔
Figure SMS_127
进行循环遍历，值为
Figure SMS_128
；
S3：方位取值0~360°，以间隔
Figure SMS_129
进行循环遍历，值为
Figure SMS_130
；
S4：根据设备位置
Figure SMS_131
，计算相对于设备的俯仰
Figure SMS_132
、方位
Figure SMS_133
、最远距离
Figure SMS_134
对应的位置
Figure SMS_135
，位置
Figure SMS_136
包括：经度、纬度以及高度；
S5：根据设备位置
Figure SMS_137
和位置
Figure SMS_138
，选择传播模型，计算传播损耗，其值为L；
S6：计算在当前方位、俯仰和传播损耗，模拟接收机处的信号功率值
Figure SMS_139
：
Figure SMS_140
S7：判断接收机处的信号功率值
Figure SMS_141
与接收机灵敏度
Figure SMS_142
的比值，如果
Figure SMS_143
，则返回步骤S3，方位值递增，即
Figure SMS_144
，如果
Figure SMS_145
，则返回步骤S4，距离递减，即
Figure SMS_146
；
S8：俯仰值递增，
Figure SMS_147
，继续执行步骤S2；
S9：计算完成，相控阵天线实现通信三维威力范围。
优选的，在本发明的实施例中，在步骤S5中，天线增益计算取决于天线类型，天线类型分为机械天线和相控阵天线，机械天线的天线方向图函数包括高斯函数、余弦函数、辛克函数，相控阵天线的天线增益计算如下式所示：
Figure SMS_148
其中，A为天线孔径面积、
Figure SMS_150
为工作波长、
Figure SMS_152
为幅度加权孔径效率、
Figure SMS_154
为扫描角
Figure SMS_151
处阵元失配时反射系数的振幅、
Figure SMS_153
为波束形成网络的综合欧姆损耗、
Figure SMS_155
分别为阵面球坐标系下的俯仰角和方位角、
Figure SMS_156
为阵元因子、
Figure SMS_149
为阵因子。
优选的，在本发明的实施例中，一个由
Figure SMS_157
个阵元组成的平面阵，阵因子
Figure SMS_158
可表示为：
Figure SMS_159
其中，
Figure SMS_160
、
Figure SMS_161
为x,y方向上相邻阵元的间隔、k为波位数、
Figure SMS_162
为加权系数、
Figure SMS_163
、
Figure SMS_164
，
Figure SMS_165
，
Figure SMS_166
为天线波束指向。
实施例四
一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，包括以下步骤：
S1：获取通信设备基本参数，包括：设备位置
Figure SMS_168
，包括：经度、纬度以及高度、发射功率
Figure SMS_170
、天线增益
Figure SMS_172
、最远距离
Figure SMS_169
、接收机灵敏度
Figure SMS_171
、方位变化量
Figure SMS_173
、俯仰变化量
Figure SMS_174
、距离变化量
Figure SMS_167
；
S2：俯仰取值-90~90°，以间隔
Figure SMS_175
进行循环遍历，值为
Figure SMS_176
；
S3：方位取值0~360°，以间隔
Figure SMS_177
进行循环遍历，值为
Figure SMS_178
；
S4：根据设备位置
Figure SMS_179
，计算相对于设备的俯仰
Figure SMS_180
、方位
Figure SMS_181
、最远距离
Figure SMS_182
对应的位置
Figure SMS_183
，位置
Figure SMS_184
包括：经度、纬度以及高度；
S5：根据设备位置
Figure SMS_185
和位置
Figure SMS_186
，选择传播模型，计算传播损耗，其值为L；
S6：计算在当前方位、俯仰和传播损耗，模拟接收机处的信号功率值
Figure SMS_187
：
Figure SMS_188
S7：判断接收机处的信号功率值
Figure SMS_189
与接收机灵敏度
Figure SMS_190
的比值，如果
Figure SMS_191
，则返回步骤S3，方位值递增，即
Figure SMS_192
，如果
Figure SMS_193
，则返回步骤S4，距离递减，即
Figure SMS_194
；
S8：俯仰值递增，
Figure SMS_195
，继续执行步骤S2；
S9：计算完成，相控阵天线实现通信三维威力范围。
优选的，在本发明的实施例中，在步骤S5中，传播模型种类繁多，包括：自由空间传播、ITU368、ITU530、ITU533、ITU617、LongleyRice以及Okumura-Hata。
并且，自由空间传播：
Figure SMS_196
式中：
Figure SMS_197
为发射信号频率，单位为MHz，
Figure SMS_198
为传播距离，单位为KM；
ITU368：均匀光滑地面的传播模型；
ITU530：地面视距系统传播模型；
ITU533：高频传播模型；
ITU617：超视距无线电中继传播模型；
LongleyRice：适用于不规则地形传播；
Okumura-Hata：超短波微波地面传播模型。
优选的，在本发明的实施例中，在步骤S6中，发射功率
Figure SMS_199
的单位为dBm、天线增益
Figure SMS_200
的单位为dB、传播损耗L的单位为dB以及接收机处的信号功率值
Figure SMS_201
的单位为dBm。
优选的，在本发明的实施例中，在步骤S5中，天线增益计算取决于天线类型，天线类型分为机械天线和相控阵天线，机械天线的天线方向图函数包括高斯函数、余弦函数、辛克函数，相控阵天线的天线增益计算如下式所示：
Figure SMS_202
其中，A为天线孔径面积、
Figure SMS_204
为工作波长、
Figure SMS_206
为幅度加权孔径效率、
Figure SMS_208
为扫描角
Figure SMS_205
处阵元失配时反射系数的振幅、
Figure SMS_207
为波束形成网络的综合欧姆损耗、
Figure SMS_209
分别为阵面球坐标系下的俯仰角和方位角、
Figure SMS_210
为阵元因子、
Figure SMS_203
为阵因子。
优选的，在本发明的实施例中，一个由
Figure SMS_211
个阵元组成的平面阵，阵因子
Figure SMS_212
可表示为：
Figure SMS_213
其中，
Figure SMS_214
、
Figure SMS_215
为x,y方向上相邻阵元的间隔、k为波位数、
Figure SMS_216
为加权系数、
Figure SMS_217
、
Figure SMS_218
，
Figure SMS_219
，
Figure SMS_220
为天线波束指向。
需要具体说明的是，本发明通过获取通信设备基本参数、俯仰取值、方位取值、威力范围，选择传播模型，计算传播损耗、计算相控阵天线增益，模拟接收机处的信号功率值、判断接收机处的信号功率值与接收机灵敏度的比值，从而实现基于相控阵天线实现通信三维威力范围，本发明操作起来较为简单，很容易实现，省时省力，有利于现实使用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取通信设备基本参数，包括：设备位置
Figure QLYQS_2
，包括：经度、纬度以及高度、发射功率
Figure QLYQS_5
、天线增益
Figure QLYQS_7
、最远距离
Figure QLYQS_3
、接收机灵敏度
Figure QLYQS_4
、方位变化量
Figure QLYQS_6
、俯仰变化量
Figure QLYQS_8
、距离变化量
Figure QLYQS_1
；
S2：俯仰取值-90~90°，以间隔
Figure QLYQS_9
进行循环遍历，值为
Figure QLYQS_10
；
S3：方位取值0~360°，以间隔
Figure QLYQS_11
进行循环遍历，值为
Figure QLYQS_12
；
S4：根据设备位置
Figure QLYQS_13
，计算相对于设备的俯仰
Figure QLYQS_14
、方位
Figure QLYQS_15
、最远距离
Figure QLYQS_16
对应的位置
Figure QLYQS_17
，位置
Figure QLYQS_18
包括：经度、纬度以及高度；
S5：根据设备位置
Figure QLYQS_19
和位置
Figure QLYQS_20
，选择传播模型，计算传播损耗，其值为L；
S6：计算在当前方位、俯仰和传播损耗，模拟接收机处的信号功率值
Figure QLYQS_21
：
Figure QLYQS_22
S7：判断接收机处的信号功率值
Figure QLYQS_23
与接收机灵敏度
Figure QLYQS_24
的比值，如果
Figure QLYQS_25
，则返回步骤S3，方位值递增，即
Figure QLYQS_26
，如果
Figure QLYQS_27
，则返回步骤S4，距离递减，即
Figure QLYQS_28
；
S8：俯仰值递增，
Figure QLYQS_29
，继续执行步骤S2；
S9：计算完成，相控阵天线实现通信三维威力范围。
2.根据权利要求1所述的基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，其特征在于，在步骤S5中，传播模型种类繁多，包括：自由空间传播、ITU368、ITU530、ITU533、ITU617、LongleyRice以及Okumura-Hata；
自由空间传播：
Figure QLYQS_30
式中：
Figure QLYQS_31
为发射信号频率，单位为MHz，
Figure QLYQS_32
为传播距离，单位为KM；
ITU368：均匀光滑地面的传播模型；
ITU530：地面视距系统传播模型；
ITU533：高频传播模型；
ITU617：超视距无线电中继传播模型；
LongleyRice：适用于不规则地形传播；
Okumura-Hata：超短波微波地面传播模型。
3.根据权利要求1所述的基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，其特征在于，在步骤S6中，发射功率
Figure QLYQS_33
的单位为dBm、天线增益
Figure QLYQS_34
的单位为dB、传播损耗L的单位为dB以及接收机处的信号功率值
Figure QLYQS_35
的单位为dBm。
4.根据权利要求1所述的基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，其特征在于，在步骤S5中，天线增益计算取决于天线类型，天线类型分为机械天线和相控阵天线，机械天线的天线方向图函数包括高斯函数、余弦函数、辛克函数，相控阵天线的天线增益计算如下式所示：
Figure QLYQS_36
其中，A为天线孔径面积、
Figure QLYQS_39
为工作波长、
Figure QLYQS_40
为幅度加权孔径效率、
Figure QLYQS_43
为扫描角
Figure QLYQS_38
处阵元失配时反射系数的振幅、
Figure QLYQS_41
为波束形成网络的综合欧姆损耗、
Figure QLYQS_42
分别为阵面球坐标系下的俯仰角和方位角、
Figure QLYQS_44
为阵元因子、
Figure QLYQS_37
为阵因子。
5.根据权利要求4所述的基于相控阵天线实现通信三维威力范围的方法，其特征在于，一个由
Figure QLYQS_45
个阵元组成的平面阵，阵因子
Figure QLYQS_46
可表示为：
Figure QLYQS_47
其中，
Figure QLYQS_48
为x,y方向上相邻阵元的间隔、k为波位数、
Figure QLYQS_49
为加权系数、
Figure QLYQS_50
、
Figure QLYQS_51
，
Figure QLYQS_52
，
Figure QLYQS_53
为天线波束指向。
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