CN116930862B - 一种针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，属于无线电测向技术领域。本发明按照实测方位一维方向向量库的频率个数和集合、方位个数和集合，采集方位一维实测方向向量库；然后按照实测方位一维方向向量库的频率个数和集合、方位个数和集合、搜索的圆阵列半径个数和集合，确定搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库；接着对方位一维实测方向向量库和搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库进行比对，确定搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库比对值，进而确定最优比对值对应的搜索的圆阵列半径。本发明实现喇叭天线组成的圆阵列半径测量。

Description

一种针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法

技术领域

本发明属于无线电测向技术领域，具体涉及一种针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法。

背景技术

利用多个全向天线组成线形阵列进行测向时，不仅存在前向、后向的无线电信号来波方向的模糊问题，而且测向分辨率和测向精度会随着无线电信号来波方位的变化而变化，偏离线形阵列法线方向越大，测向分辨率和测向精度越差。利用多个全向天线组成圆阵列进行测向，不仅可分辨前向、后向的来波方向，而且测向分辨率和测向精度随着无线电信号来波方位的变化比较稳定，使得圆阵列成为无线电测向领域一种常见的天线阵列布阵形式。

由无线电信号测向原理可知，在测向之前，可以在天线阵列远场采用设定的频率间隔、方向间隔逐一的在所需测向的无线电信号频率范围、测向范围内发射无线电信号，记录天线阵列的接收信号向量，由此形成实测方向向量和实测方向向量库。在测向时，利用天线阵列接收的无线电信号向量和实测方向向量库，实现无线电信号测向。获得方位一维实测方向向量库较易实现，将天线阵列置于一个转台上即可。在设定方向间隔时，所需的测向精度要求越高，方向间隔越小，但是，转台的控制精度要求则越高，获得方位一维实测方向向量库所需的成本则越大，时间也越长，占用的存储空间也越大。此外，当需要方位、仰角二维测向时，获得方位、仰角二维实测方向向量库的代价则更高，不仅转台的控制精度要求更高，获得方位、仰角二维实测方向向量库的时间也更长，占用的存储空间也更大。

由无线电信号测向原理还可知，当组成阵列的各个天线的位置精确已知时，可以通过计算无线电信号到达不同天线的时间差，确定给定频点、方向的无线电信号的方向向量，由此获得通过计算确定的解析方向向量和解析方向向量库。这种确定解析方向向量库的方法成本低，但是依赖高精度的天线位置测量。对于均匀圆阵列而言，则需要高精度的测量圆阵列半径。但是，由多个喇叭天线组成的圆阵列，由于天线的位置和相位中心难以对齐，导致圆阵列半径出现模糊，难以直接通过几何测量的方法进行精确测量。因此，有必要解决喇叭天线组成的圆阵列半径测量问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，以解决喇叭天线组成的圆阵列半径测量的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，该方法包括如下步骤：

S1、设置天线个数、实测方位一维方向向量库的频率个数和集合、方位个数和集合、搜索的圆阵列半径个数和集合；

S2、按照实测方位一维方向向量库的频率个数和集合、方位个数和集合，采集方位一维实测方向向量库；

S3、按照实测方位一维方向向量库的频率个数和集合、方位个数和集合、搜索的圆阵列半径个数和集合，确定搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库；

S4、对方位一维实测方向向量库和搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库进行比对，确定搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库比对值，进而确定最优比对值对应的搜索的圆阵列半径，即为喇叭天线组成的圆阵列半径测量。

(三)有益效果

本发明提出一种针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，本发明的有益效果是：使用本发明提出的一种针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，在无线电信号波长较小、喇叭天线尺寸较大时，可消除由于天线的位置和相位中心难以对齐引起的圆阵列半径模糊，所测量的圆阵列半径不仅可用于由较大的方位间隔对应的方位一维实测方向向量库确定较小的方位间隔对应的方位一维方向向量库，降低测向的方位量化误差，还可用于由方位一维实测方向向量库确定方位、仰角二维方向向量库，降低获得方位、仰角二维方向向量库的成本。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明针对喇叭天线组成的圆阵列半径测量问题，利用天线阵列的方位一维实测方向向量库，与搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库进行比对，通过确定最优比对结果，实现喇叭天线组成的圆阵列半径测量的目的。

本发明的技术方案为：

一种针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，该方法包括如下步骤：

S1、设置天线个数、实测方位一维方向向量库的频率个数和集合、方位个数和集合、搜索的圆阵列半径个数和集合；

S2、按照实测方位一维方向向量库的频率个数和集合、方位个数和集合，采集方位一维实测方向向量库；

S3、按照实测方位一维方向向量库的频率个数和集合、方位个数和集合、搜索的圆阵列半径个数和集合，确定搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库；

S4、对方位一维实测方向向量库和搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库进行比对，确定搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库比对值，进而确定最优比对值对应的搜索的圆阵列半径，即为喇叭天线组成的圆阵列半径测量。

具体地，本发明具体包括以下步骤：

S1、设置天线个数M、实测方位一维方向向量库的频率个数P和集合{f₁,f₂,…,f_P}、方位个数N和集合{θ₁,θ₂,…,θ_N}、搜索的圆阵列半径个数K和集合{r₁,r₂,…,r_K}；

S2、按照实测方位一维方向向量库的频率个数P和集合{f₁,f₂,…,f_P}、方位个数N和集合{θ₁,θ₂,…,θ_N}，采集方位一维实测方向向量，记为M维实测方向向量a(θ_n,f_p)，所有M维实测方向向量a(θ_n,f_p)组成的集合即为方位一维实测方向向量库，其中，n＝1,2,…,N，p＝1,2,…,P；

S3、按照实测方位一维方向向量库的频率个数P和集合{f₁,f₂,…,f_P}、方位个数N和集合{θ₁,θ₂,…,θ_N}、搜索的圆阵列半径个数K和集合{r₁,r₂,…,r_K}，确定搜索的圆阵列半径r_k对应的方位一维解析方向向量，记为M维解析方向向量b(θ_n,f_p,r_k)：

其中，c为光速，n＝1,2,…,N，p＝1,2,…,P，k＝1,2,…,K；所有M维解析方向向量b(θ_n,f_p,r_k)组成的集合即为方位一维解析方向向量库；

S4、对方位一维实测方向向量库和搜索的圆阵列半径r_k对应的方位一维解析方向向量库进行比对，确定搜索的圆阵列半径r_k对应的方位一维解析方向向量库的比对值为：

其中，| |为向量的各元素取模，|| ||为复数的模，H为向量的共轭转置，为向量的对应元素相除，k＝1,2,…,K；确定最优比对结果为集合{g(r₁),g(r₂),…,g(r_K)}中的最大值对应的搜索的圆阵列半径/>即为测量的喇叭天线组成的圆阵列半径。

实施例1：

下面结合实施例对本发明的实用性进行分析。

在本例中，设置天线个数M＝8、实测方位一维方向向量库的频率个数P＝1和集合{f₁}＝{2.84}GHz、方位个数N＝360和集合{θ₁,θ₂,…,θ_N}＝{0,1,…,359}度、搜索的圆阵列半径个数K＝201和集合{r₁,r₂,…,r_K}＝{0.050,0,051,…,0.250}米。

按照实测方位一维方向向量库的频率个数P＝1和集合{f₁}＝{2.84}GHz、方位个数N＝360和集合{θ₁,θ₂,…,θ_N}＝{0,1,…,359}度，采集方位一维实测方向向量，组成的集合即为方位一维实测方向向量库；

按照实测方位一维方向向量库的频率个数P＝1和集合{f₁}＝{2.84}GHz、方位个数N＝360和集合{θ₁,θ₂,…,θ_N}＝{0,1,…,359}度、搜索的圆阵列半径个数K＝201和集合{r₁,r₂,…,r_K}＝{0.050,0,051,…,0.250}米，确定搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量，组成的集合即为方位一维解析方向向量库。

对方位一维实测方向向量库和搜索的圆阵列半径r_k(k＝1,2,…,201)对应的方位一维解析方向向量库进行比对，最大的比对值为0.7429，对应的搜索的圆阵列半径米，即为本发明方法测量的喇叭天线组成的圆阵列半径。利用本发明方法测量的喇叭天线组成的圆阵列半径可得到方位一维解析方向向量库{|a(θ_n,f₁)|b(θ_n,f₁,r₁₂₇)，n＝1,2,…,360}，在0、45、90、135、180、225、270、315度的方位波束图与方位一维实测方向向量库{a(θ_n,f₁)，n＝1,2,…,360}的方位波束图之间的相关系数分别为0.9765、0.9852、0.9787、0.9747、0.9775、0.9777、0.9809和0.9781，表明本发明方法实现了对喇叭天线组成的圆阵列半径的测量目的。

本发明的有益效果是：使用本发明提出的一种针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，在无线电信号波长较小、喇叭天线尺寸较大时，可消除由于天线的位置和相位中心难以对齐引起的圆阵列半径模糊，所测量的圆阵列半径不仅可用于由较大的方位间隔对应的方位一维实测方向向量库确定较小的方位间隔对应的方位一维方向向量库，降低测向的方位量化误差，还可用于由方位一维实测方向向量库确定方位、仰角二维方向向量库，降低获得方位、仰角二维方向向量库的成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、设置天线个数、实测方位一维方向向量库的频率个数和集合、方位个数和集合、搜索的圆阵列半径个数和集合；

S2、按照实测方位一维方向向量库的频率个数和集合、方位个数和集合，采集方位一维实测方向向量库；

S3、按照实测方位一维方向向量库的频率个数和集合、方位个数和集合、搜索的圆阵列半径个数和集合，确定搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库；

S4、对方位一维实测方向向量库和搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库进行比对，确定搜索的圆阵列半径对应的方位一维解析方向向量库比对值，进而确定最优比对值对应的搜索的圆阵列半径，即为喇叭天线组成的圆阵列半径测量。

2.如权利要求1所述的针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：设置天线个数M、实测方位一维方向向量库的频率个数P和集合{f₁,f₂,…,f_P}、方位个数N和集合{θ₁,θ₂,…,θ_N}、搜索的圆阵列半径个数K和集合{r₁,r₂,…,r_K}。

3.如权利要求2所述的针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，其特征在于，天线个数M＝8。

4.如权利要求2所述的针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，其特征在于，实测方位一维方向向量库的频率个数P＝1和集合{f₁}＝{2.84}GHz。

5.如权利要求2所述的针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，其特征在于，方位个数N＝360和集合{θ₁,θ₂,…,θ_N}＝{0,1,…,359}度。

6.如权利要求2所述的针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，其特征在于，搜索的圆阵列半径个数K＝201和集合{r₁,r₂,…,r_K}＝{0.050,0,051,…,0.250}米。

7.如权利要求1-6任一项所述的针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：按照实测方位一维方向向量库的频率个数P和集合{f₁,f₂,…,f_P}、方位个数N和集合{θ₁,θ₂,…,θ_N}，采集方位一维实测方向向量，记为M维实测方向向量a(θ_n,f_p)，所有M维实测方向向量a(θ_n,f_p)组成的集合即为方位一维实测方向向量库，其中，n＝1,2,…,N，p＝1,2,…,P。

8.如权利要求7所述的针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

按照实测方位一维方向向量库的频率个数P和集合{f₁,f₂,…,f_P}、方位个数N和集合{θ₁,θ₂,…,θ_N}、搜索的圆阵列半径个数K和集合{r₁,r₂,…,r_K}，确定搜索的圆阵列半径r_k对应的方位一维解析方向向量，记为M维解析方向向量b(θ_n,f_p,r_k)：

其中，c为光速，n＝1,2,…,N，p＝1,2,…,P，k＝1,2,…,K；所有M维解析方向向量b(θ_n,f_p,r_k)组成的集合即为方位一维解析方向向量库。

9.如权利要求8所述的针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

对方位一维实测方向向量库和搜索的圆阵列半径r_k对应的方位一维解析方向向量库进行比对，确定搜索的圆阵列半径r_k对应的方位一维解析方向向量库的比对值为：

其中，| |为向量的各元素取模，|| ||为复数的模，H为向量的共轭转置，为向量的对应元素相除，k＝1,2,…,K；确定最优比对结果为集合{g(r₁),g(r₂),…,g(r_K)}中的最大值对应的搜索的圆阵列半径/>即为测量的喇叭天线组成的圆阵列半径。

10.如权利要求9所述的针对喇叭天线构建圆阵列的半径测量方法，其特征在于，圆阵列半径用于由较大的方位间隔对应的方位一维实测方向向量库确定较小的方位间隔对应的方位一维方向向量库，或用于由方位一维实测方向向量库确定方位、仰角二维方向向量库。