CN113111524B - 基于远场测试的天线隔离度预测方法、存储介质和装置 - Google Patents

基于远场测试的天线隔离度预测方法、存储介质和装置 Download PDF

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CN113111524B CN202110430904.8A CN202110430904A CN113111524B CN 113111524 B CN113111524 B CN 113111524B CN 202110430904 A CN202110430904 A CN 202110430904A CN 113111524 B CN113111524 B CN 113111524B
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Abstract

本发明公开了一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法、存储介质和装置，方法包括以下步骤：计算从平台上发射天线位置点Tx至接收天线位置点Rx绕几何表面的最短路径即短程线，提取Tx处的射线入射方向
Figure DDA0003031425910000011
和Rx处的射线出射方向
Figure DDA0003031425910000012
从远场测试数据中提取出各个计算离散频率球面上角度网络的天线远场增益数据；计算Tx在
Figure DDA0003031425910000013
方向上的垂直极化增益
Figure DDA0003031425910000014
和水平极化增益
Figure DDA0003031425910000015
计算Tx与Rx的收发极化失配xpol、和Tx与Rx经过短程线导致的空间路径损耗L；得到天线隔离度C。本发明基于现有技术的UTD计算收发天线远场测试数据的天线隔离度，考虑到收、发位置上射线方向对天线增益和极化隔离的影响情况，从而使得隔离度预测更加准确。

Description

基于远场测试的天线隔离度预测方法、存储介质和装置
技术领域
本发明涉及计算电磁学，特别涉及一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法、存储介质和装置。
背景技术
一致性几何绕射理论(UTD)以其计算频段高、占用资源低、精度高而被广泛应用到电大尺寸目标的电磁计算中，因该方法较依赖于目标的解析表达，而实际工程中目标难以解析表达，这使得UTD方法的应用受到了较大限制，UTD方法以各种类型的射线为基础，因此研究任意曲面上的射线寻迹方法具有重要的意义。
现有技术的UTD利用远场测试数据计算电大平台天线间隔离具有以下问题：(1)传统UTD法没有考虑收、发天线的增益；(2)传统UTD法没有考虑收、发天线在空间的极化隔离效应；(3)传统UTD法没有考虑收、发位置上射线方向对天线增益和极化隔离的影响情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法、存储介质和装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的第一方面，提供一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法，包括以下步骤：
加载平台模型；
计算从平台上发射天线位置点Tx至接收天线位置点Rx绕几何表面的最短路径即短程线，并根据所述最短路径线提取Tx处的射线入射方向
Figure GDA0003201901220000011
和Rx处的射线出射方向
Figure GDA0003201901220000012
且提取所述短程线的长度trip；
从远场测试数据中提取出各个计算离散频率球面上角度网络的天线远场增益数据，从发射天线测试数据中提取发射天线的增益数据，从接收天线测试数据中提取接收天线的增益数据；
计算Tx在
Figure GDA0003201901220000013
方向上的垂直极化增益
Figure GDA0003201901220000014
和水平极化增益
Figure GDA0003201901220000015
以及计算Rx在
Figure GDA0003201901220000016
方向上的垂直极化增益
Figure GDA0003201901220000017
和水平极化增益
Figure GDA0003201901220000018
利用垂直极化增益
Figure GDA0003201901220000019
水平极化增益
Figure GDA00032019012200000110
垂直极化增益
Figure GDA00032019012200000111
和水平极化增益
Figure GDA00032019012200000112
计算Tx与Rx的收发极化失配xpol、和Tx与Rx经过短程线导致的空间路径损耗L；
利用收发极化失配xpol和空间路径损耗L得到天线隔离度C。
进一步地，所述加载平台模型包括：
从nastran格式的平台面元文件中提取CAD网格模型的点列表和点连接列表。
进一步地，所述计算Tx在
Figure GDA0003201901220000021
方向上的垂直极化增益
Figure GDA0003201901220000022
和水平极化增益
Figure GDA0003201901220000023
采用插值计算，包括：
构建垂直极化增益
Figure GDA0003201901220000024
的二维结构网格和水平极化增益
Figure GDA0003201901220000025
的二维结构网格；分别构建
Figure GDA0003201901220000026
和
Figure GDA0003201901220000027
的随球坐标系坐标值变换的二维插值函数
Figure GDA0003201901220000028
和
Figure GDA0003201901220000029
θ为方位角，
Figure GDA00032019012200000210
为倾斜角；
由
Figure GDA00032019012200000211
和
Figure GDA00032019012200000212
得到
Figure GDA00032019012200000213
并由
Figure GDA00032019012200000214
通过坐标变换得到球坐标系坐标值
Figure GDA00032019012200000215
其中
Figure GDA00032019012200000216
为发射天线垂直极化的单位方向矢量，
Figure GDA00032019012200000217
为发射天线水平极化的单位方向矢量，
Figure GDA00032019012200000218
发射天线径向单位矢量，
Figure GDA00032019012200000219
将
Figure GDA00032019012200000220
代入到所述二维插值函数
Figure GDA00032019012200000221
和
Figure GDA00032019012200000222
得到
Figure GDA00032019012200000223
和
Figure GDA00032019012200000224
所述计算Rx在
Figure GDA00032019012200000225
方向上的垂直极化增益
Figure GDA00032019012200000226
和水平极化增益
Figure GDA00032019012200000227
的计算方式相同。
进一步地，所述计算Tx与Rx的收发极化失配xpol的计算公式为：
Figure GDA00032019012200000228
Figure GDA00032019012200000229
Figure GDA00032019012200000230
其中，GT为发射天线增益，GR为接收天线增益，
Figure GDA00032019012200000231
为接收天线垂直极化的单位方向矢量，
Figure GDA00032019012200000232
为接收天线水平极化的单位方向矢量。
进一步地，所述Tx与Rx经过短程线导致的空间路径损耗L的计算公式为：
Figure GDA00032019012200000233
其中，GT为发射天线增益，GR为接收天线增益，λ为波长，trip为收发天线绕平台表面的短程线长度。
进一步地，所述利用收发极化失配xpol和空间路径损耗L得到天线隔离度C的计算公式为：
C＝xpol+L。
进一步地，所述收发极化失配xpol、空间路径损耗L和天线隔离度C的单位均为dB。
进一步地，所述平台为飞行平台。
本发明的第二方面，提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述的一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法的步骤。
本发明的第三方面，提供一种装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行所述的一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法的步骤。
本发明的有益效果是：
在本发明的一示例性实施例中，基于现有技术的UTD计算收发天线远场测试数据的天线隔离度，考虑到收、发位置上射线方向对天线增益和极化隔离的影响情况，从而使得隔离度预测更加准确。
附图说明
图1为本发明一示例性实施例公开的方法流程图；
图2为本发明一示例性实施例公开的飞行平台模型示意图；
图3为本发明一示例性实施例公开的射线路径可视用折线显示短程线的示意图；
图4为本发明一示例性实施例公开的增益的矢量方向示意图；
图5为本发明一示例性实施例公开的构建的远场增益插值结构网格示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
参见图1，图1示出了本发明一示例性实施例中提供一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法，下述示例性实施例的模型以一优选示例性实施例中的飞行平台为主进行介绍，其他可以运用本方法的平台在此不进行赘述。
所述方法包括以下步骤：
S01：加载平台模型。
具体地，在一示例性实施例中，从nastran格式的平台面元文件中提取CAD网格模型的点列表和点连接列表，模型显示如图2所示。
S02：计算从平台上发射天线位置点Tx至接收天线位置点Rx绕几何表面的最短路径即短程线，并根据所述最短路径线提取Tx处的射线入射方向
Figure GDA0003201901220000041
和Rx处的射线出射方向
Figure GDA0003201901220000042
且提取所述短程线的长度trip。
其中，射线路径可视用折线显示此短程线，如图3所示。
S03：从远场测试数据中提取出各个计算离散频率球面上角度网格的天线远场增益数据，从发射天线测试数据中提取发射天线的增益数据，从接收天线测试数据中提取接收天线的增益数据。
S04：计算Tx在
Figure GDA0003201901220000043
方向上的垂直极化增益
Figure GDA0003201901220000044
和水平极化增益
Figure GDA0003201901220000045
以及计算Rx在
Figure GDA0003201901220000046
方向上的垂直极化增益
Figure GDA0003201901220000047
和水平极化增益
Figure GDA0003201901220000048
更优地，在一示例性实施例中，所述计算Tx在
Figure GDA0003201901220000049
方向上的垂直极化增益
Figure GDA00032019012200000410
和水平极化增益
Figure GDA00032019012200000411
采用插值计算，包括：
S041：构建垂直极化增益
Figure GDA00032019012200000412
的二维结构网格和水平极化增益
Figure GDA00032019012200000413
的二维结构网格；分别构建
Figure GDA00032019012200000414
和
Figure GDA00032019012200000415
的随球坐标系坐标值变换的二维插值函数
Figure GDA00032019012200000416
和
Figure GDA00032019012200000417
θ为方位角，
Figure GDA00032019012200000418
为倾斜角；
S042：由
Figure GDA00032019012200000419
和
Figure GDA00032019012200000420
得到
Figure GDA00032019012200000421
并由
Figure GDA00032019012200000422
通过坐标变换得到球坐标系坐标值
Figure GDA00032019012200000423
其中
Figure GDA00032019012200000424
为发射天线垂直极化的单位方向矢量，
Figure GDA00032019012200000425
为发射天线水平极化的单位方向矢量，
Figure GDA00032019012200000426
发射天线径向单位矢量，
Figure GDA00032019012200000427
其中，增益的矢量方向示意图如图4所示；
S043：将
Figure GDA00032019012200000428
代入到所述二维插值函数
Figure GDA00032019012200000429
和
Figure GDA00032019012200000430
得到
Figure GDA00032019012200000431
和
Figure GDA00032019012200000432
构建的远场增益插值结构网格如图5所示。
而所述计算Rx在
Figure GDA00032019012200000433
方向上的垂直极化增益
Figure GDA00032019012200000434
和水平极化增益
Figure GDA00032019012200000435
的计算方式相同，在此不进行赘述。
S05：利用垂直极化增益
Figure GDA00032019012200000436
水平极化增益
Figure GDA00032019012200000437
垂直极化增益
Figure GDA00032019012200000438
和水平极化增益
Figure GDA00032019012200000439
计算Tx与Rx的收发极化失配xpol、和Tx与Rx经过短程线导致的空间路径损耗L。
更优地，在一示例性实施例中，所述计算Tx与Rx的收发极化失配xpol的计算公式为：
Figure GDA00032019012200000440
Figure GDA00032019012200000441
Figure GDA00032019012200000442
其中，GT为发射天线增益，GR为接收天线增益，
Figure GDA00032019012200000443
为接收天线垂直极化的单位方向矢量，
Figure GDA00032019012200000444
为接收天线水平极化的单位方向矢量。
更优地，在一示例性实施例中，所述Tx与Rx经过短程线导致的空间路径损耗L的计算公式为：
Figure GDA0003201901220000051
其中，GT为发射天线增益，GR为接收天线增益，λ为波长，trip为收发天线绕平台表面的短程线长度。
S06：利用收发极化失配xpol和空间路径损耗L得到天线隔离度C。
更优地，在一示例性实施例中，所述利用收发极化失配xpol和空间路径损耗L得到天线隔离度C的计算公式为：
C＝xpol+L。
更优地，在一示例性实施例中，所述收发极化失配xpol、空间路径损耗L和天线隔离度C的单位均为dB。
基于上述任意方法示例性实施例，本发明的又一示例性实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述的一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法的步骤。
基于上述任意方法示例性实施例，本发明的又一示例性实施例提供一种装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行所述的一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法的步骤。
基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得装置执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
加载平台模型；
计算从平台上发射天线位置点Tx至接收天线位置点Rx绕几何表面的最短路径即短程线，并根据所述短程线提取Tx处的射线入射方向
Figure FDA0003201901210000011
和Rx处的射线出射方向
Figure FDA0003201901210000012
且提取所述短程线的长度trip；
从远场测试数据中提取出各个计算离散频率球面上角度网络的天线远场增益数据，从发射天线测试数据中提取发射天线的增益数据，从接收天线测试数据中提取接收天线的增益数据；
计算Tx在
Figure FDA0003201901210000013
方向上的垂直极化增益
Figure FDA0003201901210000014
和水平极化增益
Figure FDA0003201901210000015
以及计算Rx在
Figure FDA0003201901210000016
方向上的垂直极化增益
Figure FDA0003201901210000017
和水平极化增益
Figure FDA0003201901210000018
所述计算Tx在
Figure FDA0003201901210000019
方向上的垂直极化增益
Figure FDA00032019012100000110
和水平极化增益
Figure FDA00032019012100000111
采用插值计算，包括：
构建垂直极化增益
Figure FDA00032019012100000112
的二维结构网格和水平极化增益
Figure FDA00032019012100000113
的二维结构网格；分别构建
Figure FDA00032019012100000114
和
Figure FDA00032019012100000115
的随球坐标系坐标值变换的二维插值函数
Figure FDA00032019012100000116
和
Figure FDA00032019012100000117
θ为方位角，
Figure FDA00032019012100000118
为倾斜角；
由
Figure FDA00032019012100000119
和
Figure FDA00032019012100000120
得到
Figure FDA00032019012100000121
并由
Figure FDA00032019012100000122
通过坐标变换得到球坐标系坐标值
Figure FDA00032019012100000123
其中
Figure FDA00032019012100000124
为发射天线垂直极化的单位方向矢量，
Figure FDA00032019012100000125
为发射天线水平极化的单位方向矢量，
Figure FDA00032019012100000126
发射天线径向单位矢量，
Figure FDA00032019012100000127
将
Figure FDA00032019012100000128
代入到所述二维插值函数
Figure FDA00032019012100000129
和
Figure FDA00032019012100000130
得到
Figure FDA00032019012100000131
和
Figure FDA00032019012100000132
所述计算Rx在
Figure FDA00032019012100000133
方向上的垂直极化增益
Figure FDA00032019012100000134
和水平极化增益
Figure FDA00032019012100000135
的计算方式相同；
利用垂直极化增益
Figure FDA00032019012100000136
水平极化增益
Figure FDA00032019012100000137
垂直极化增益
Figure FDA00032019012100000138
和水平极化增益
Figure FDA00032019012100000139
计算Tx与Rx的收发极化失配xpol和Tx与Rx经过短程线导致的空间路径损耗L；
所述计算Tx与Rx的收发极化失配xpol的计算公式为：
Figure FDA00032019012100000140
Figure FDA00032019012100000141
Figure FDA00032019012100000142
其中，GT为发射天线增益，GR为接收天线增益，
Figure FDA00032019012100000143
为接收天线垂直极化的单位方向矢量，
Figure FDA00032019012100000144
为接收天线水平极化的单位方向矢量；
所述Tx与Rx经过短程线导致的空间路径损耗L的计算公式为：
Figure FDA00032019012100000145
其中，GT为发射天线增益，GR为接收天线增益，λ为波长，trip为收发天线绕平台表面的短程线长度；
利用收发极化失配xpol和空间路径损耗L得到天线隔离度C；
所述利用收发极化失配xpol和空间路径损耗L得到天线隔离度C的计算公式为：
C＝xpol+L。
2.根据权利要求1所述的一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法，其特征在于：所述加载平台模型包括：
从nastran格式的平台面元文件中提取CAD网格模型的点列表和点连接列表。
3.根据权利要求1所述的一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法，其特征在于：所述收发极化失配xpol、空间路径损耗L和天线隔离度C的单位均为dB。
4.根据权利要求1所述的一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法，其特征在于：所述平台为飞行平台。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于：所述计算机指令运行时执行权利要求1～4中任一项所述的一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法的步骤。
6.一种天线隔离度预测装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1～4中任一项所述的一种基于收发天线远场测试数据的天线隔离度预测方法的步骤。
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