一种基于匹配角度的天线空间位置快速匹配系统及方法

技术领域

本发明涉及电磁环境适应性领域，特别是涉及进行电磁环境适应性试验时一种基于匹配角度的天线空间位置快速匹配系统及方法。

背景技术

射频设备主要通过天线进行与其他设备、外部电磁环境的信息交互，对射频设备开展电磁环境适应性辐照试验，就是利用天线作为射频设备的电磁环境主要耦合通道，利用外部天线对射频设备辐射不同量值的电磁信号，测试射频设备对不同量值电磁信号的敏感程度。开展射频设备的电磁环境适应性试验时，根据试验要求，需要外部天线从不同角度向射频设备天线辐射电磁信号，因此，需要对天线按照规定角度进行空间位置匹配。

目前用于天线空间位置匹配的系统，主要通过操作人员采用目击法、激光对齐的方法进行天线最大辐射方向的判断，手动调整天线的方向。由于试验期间天线之间距离较远，并且试验期间不仅仅需要天线之间最大辐射方向匹配，根据试验要求，需要操纵人员控制外部天线从不同角度向射频设备天线辐射电磁信号，对天线的空间位置匹配进行实时监测。现有系统难以满足天线间远距离不同角度的空间位置匹配以及实时监测天线间空间位置匹配的需求，导致天线空间位置匹配的操作流程进度慢、天线空间位置匹配精度低，天线空间位置匹配效果不佳，影响射频设备电磁环境适应性辐照试验的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于匹配角度的天线空间位置快速匹配系统及方法，有效提升了天线间按照规定角度的空间位置匹配效率和精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于匹配角度的天线空间位置快速匹配系统，包括：

电磁姿态控制单元，用于从俯仰面和水平面按照预设角度间隔建立三维扫描网格，通过本地天线电磁姿态的俯仰角和水平角共同定义三维扫描网络的节点，从俯仰面及水平面按照预设三维扫描路线控制本地天线的电磁姿态变化；

电磁信号接收单元，用于控制本地天线按照预设三维扫描路线对目标天线进行扫描，建立本地天线与目标天线信号连接，获取本地天线在三维扫描网络中每一节点接收电磁信号功率并进行数据存储，形成接收电磁信号功率表；

最强接收方向判断单元，用于查询接收电磁信号功率表，获得接收电磁信号功率最大值，作为本地天线最强接收方向，将最强接收方向分别作为本地天线和目标天线方向图增益最大方向，根据方向图角度信息，进行本地天线和目标天线空间信息匹配；

空间位置匹配判断单元，用于按照最强接收方向控制本地天线与目标天线空间位置匹配后，获得本地天线接收电磁信号功率，并与接收电磁信号功率最大值进行比较，若二者误差在人工设置误差范围内，则认为本地天线与目标天线完成最强接收方向的空间位置匹配，根据本地天线与目标天线的空间信息，继续进行想定角度的空间位置匹配；若二者误差超出人工设置误差范围，重新进行本地天线和目标天线最强接收方向的空间位置匹配，直至二者误差在人工设置误差范围内；

通信指令控制单元，用于实现电磁姿态控制单元、电磁信号接收单元、最强接收方向判断单元、空间位置匹配判断单元之间的数据传递和通信。

一种基于匹配角度的天线空间位置快速匹配方法，包括以下步骤：

S1：获取固定的目标天线方位面和俯仰面空间信息；

S2：获取本地天线方位面和俯仰面空间信息；

S3：操纵天线空间位置快速匹配系统改变本地天线电磁姿态，进行本地天线三维空间的网格剖分及空间信息的网格化显示；

S4：建立目标天线与本地天线信号连接，根据目标天线和本地天线方向图信息，通过天线空间位置快速匹配系统获取本地天线接收电磁信号功率，形成本地天线不同电磁姿态下，本地天线不同方向图信息下对应的接收电磁信号功率表；

S5：通过查表获得本地天线接收电磁信号功率最大值，作为本地天线最强接收方向，操纵天线空间位置快速匹配系统按照最强接收方向进行对准；

S6：获得本地天线接收电磁信号功率，并与接收电磁信号功率最大值进行比较：

若二者误差在人工设置误差范围内，则认为本地天线与目标天线完成最强接收方向的空间位置匹配，进入步骤S7；

若二者误差超出人工设置误差范围，返回步骤S3，重新进行本地天线和目标天线最强接收方向的空间位置匹配，直至二者误差在人工设置误差范围内；

S7：将最强接收方向分别作为本地天线和目标天线方向图增益最大方向，匹配本地天线与目标天线的空间信息，根据目标天线和本地天线的方向图角度信息，按照想定匹配角度，操纵天线空间位置快速匹配系统进行本地天线电磁姿态变化。

本发明的有益效果是：本发明根据目标天线和本地天线的方向图角度信息，操作人员可按照规定匹配角度，操纵天线空间位置快速匹配系统进行本地天线电磁姿态变化并实时监控天线空间位置匹配情况。本发明可实现天线间远距离空间位置匹配的自主可控，可实时监控天线间远距离空间位置匹配情况，有效解决操作人员手动操纵带来的进度慢、匹配精度低等难题，极大地提升天线间按照规定角度的空间位置匹配效率和精度，为射频设备电磁环境适应性辐照试验提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为目标天线方位面和俯仰面空间信息示意图；

图4为本地天线方位面和俯仰面空间信息示意图；

图5为对本地天线建立的坐标系示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于匹配角度的天线空间位置快速匹配系统，其特征在于：包括：

电磁姿态控制单元，用于从俯仰面和水平面按照预设角度间隔建立三维扫描网格，通过本地天线电磁姿态的俯仰角和水平角共同定义三维扫描网络的节点，从俯仰面及水平面按照预设三维扫描路线控制本地天线的电磁姿态变化；

电磁信号接收单元，用于控制本地天线按照预设三维扫描路线对目标天线进行扫描，建立本地天线与目标天线信号连接，获取本地天线在三维扫描网络中每一节点接收电磁信号功率并进行数据存储，形成接收电磁信号功率表；

最强接收方向判断单元，用于查询接收电磁信号功率表，获得接收电磁信号功率最大值，作为本地天线最强接收方向，将最强接收方向分别作为本地天线和目标天线方向图增益最大方向，根据方向图角度信息，进行本地天线和目标天线空间信息匹配；

空间位置匹配判断单元，用于按照最强接收方向控制本地天线与目标天线空间位置匹配后，获得本地天线接收电磁信号功率，并与接收电磁信号功率最大值进行比较，若二者误差在人工设置误差范围内，则认为本地天线与目标天线完成最强接收方向的空间位置匹配，根据本地天线与目标天线的空间信息，继续进行想定角度的空间位置匹配；若二者误差超出人工设置误差范围，重新进行本地天线和目标天线最强接收方向的空间位置匹配，直至二者误差在人工设置误差范围内；

通信指令控制单元，用于实现电磁姿态控制单元、电磁信号接收单元、最强接收方向判断单元、空间位置匹配判断单元之间的数据传递和通信。

其中，所述电磁姿态控制单元包括：

方位面调整模块，用于按照预设方位角扫描范围

俯仰面调整模块，用于按照预设俯仰角扫描范围θ和俯仰角扫描间隔Δθ，控制所述本地天线按照预设俯仰面扫描路线运动，其中Δθ≥θ′，θ′为所述俯仰面调整模块精度；

三维随动模块，用于控制俯仰面和方位面按照预设路线三维联动扫描，通过所述本地天线电磁姿态的俯仰角和水平角共同定义三维扫描网络的节点，进行所述本地天线三维空间的网格剖分及空间信息的网格化显示。

所述电磁信号接收单元包括：

电磁信号处理模块，用于在电磁姿态控制单元按照预设三维扫描路线控制所述本地天线的电磁姿态变化时，建立所述本地天线与所述目标天线信号连接，对所述本地天线接收到的电磁信号进行处理并转化成接收电磁信号功率；

数据存储模块，用于对所述本地天线在三维扫描网络中每一节点的接收电磁信号功率进行数据存储，形成所述本地天线接收电磁信号功率表；所述本地天线接收电磁信号功率表中包含本地天线空间信息和对应的接收信号功率信息；所述本地天线空间信息包括本地天线的位置信息、频域信息、接收信号功率信息、方向图信息、方位角信息、俯仰角信息和电磁信号传播过程中路径损耗信息；

所述数据存储模块中还保存有固定的目标天线空间信息，所述目标天线空间信息包括目标天线的位置信息、频域信息、接收信号功率信息、方向图信息、方位角信息、俯仰角信息和电磁信号传播过程中路径损耗信息

所述最强接收方向判断单元包括：

数据查询模块，用于查询所述接收电磁信号功率表，获得所述本地天线的接收电磁信号功率最大值P

天线空间信息匹配模块，用于调用所述本地天线最强接收方向的空间信息，将所述最强接收方向分别作为所述本地天线和所述目标天线方向图增益最大方向，根据方向图角度信息，进行所述本地天线和所述目标天线空间信息匹配。

如图2所示，一种基于匹配角度的天线空间位置快速匹配方法，包括以下步骤：

S1：获取固定的目标天线方位面和俯仰面空间信息；

S2：获取本地天线方位面和俯仰面空间信息；

S3：操纵天线空间位置快速匹配系统改变本地天线电磁姿态，进行本地天线三维空间的网格剖分及空间信息的网格化显示；

S4：建立目标天线与本地天线信号连接，根据目标天线和本地天线方向图信息，通过天线空间位置快速匹配系统获取本地天线接收电磁信号功率，形成本地天线不同电磁姿态下，本地天线不同方向图信息下对应的接收电磁信号功率表；

S5：通过查表获得本地天线接收电磁信号功率最大值，作为目标天线最强接收方向，操纵天线空间位置快速匹配系统按照最强接收方向进行对准；

S6：获得本地天线接收电磁信号功率，并与接收电磁信号功率最大值进行比较：

若二者误差在人工设置误差范围内，则认为本地天线与目标天线完成最强接收方向的空间位置匹配，进入步骤S7；

若二者误差超出人工设置误差范围，返回步骤S3，重新进行本地天线和目标天线最强接收方向的空间位置匹配，直至二者误差在人工设置误差范围内；

S7：将最强接收方向分别作为本地天线和目标天线方向图增益最大方向，匹配本地天线与目标天线的空间信息，根据目标天线和本地天线的方向图角度信息，按照想定匹配角度，操纵天线空间位置快速匹配系统进行本地天线电磁姿态变化。

如图3所示，步骤S1中所述的目标天线方位面和俯仰面空间信息包括：

目标天线的位置信息、频域信息、方向图信息、方位角信息、俯仰角信息和电磁信号传播过程中路径损耗信息。

如图4所示，步骤S2中所述的本地天线方位面和俯仰面空间信息包括：

本地天线的位置信息、频域信息、方向图信息、方位角信息、俯仰角信息和电磁信号传播过程中路径损耗信息。

进一步地，所述步骤S3包括以下子步骤：

S301.设置所述目标天线和所述本地天线起始状态；

S302.预设方位角扫描范围

S303.预设俯仰角扫描范围θ和俯仰角扫描间隔Δθ,其中Δθ≥θ′，θ′为俯仰面调整模块精度；

S304.设置三维扫描路线，控制所述电磁姿态控制单元按照预设路线三维联动扫描；

S305.通过所述本地天线电磁姿态的俯仰角和水平角共同定义三维扫描网络的节点，进行所述本地天线三维空间的网格剖分及空间信息的网格化显示。

进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：

S401.配置所述电磁信号接收单元，直至建立所述目标天线与所述本地天线信号连接；

S402.对所述本地天线接收到的电磁信号进行处理并转化成接收电磁信号功率；

S403.对所述本地天线在三维扫描网络中每一节点接收电磁信号功率进行数据存储，形成所述本地天线接收电磁信号功率表。

进一步地，所述步骤S5包括以下子步骤：

S501.查询所述接收电磁信号功率表，获得所述本地天线的接收电磁信号功率最大值P

S502.将所述接收电磁信号功率最大值P

进一步地，所述步骤S6包括以下子步骤：

S601.设置接收电磁信号功率误差P′；

S602.设置所述电磁信号接收单元，对所述本地天线接收到的电磁信号进行处理并转化成接收电磁信号功率P，与所述接收电磁信号功率最大值P

若二者误差ΔP在人工设置误差范围P′内，即满足ΔP＜P′，则认为本地天线与目标天线完成最强接收方向的空间位置匹配；

若二者误差ΔP超出所述人工设置误差范围，即满足ΔP＞P′，返回S3，重新进行所述本地天线和所述目标天线最强接收方向的空间位置匹配，直至二者误差在人工设置误差范围内。

进一步地，所述步骤S7包括：

S701.通过所述天线空间信息匹配模块，设置所述最强接收方向分别作为所述本地天线和所述目标天线方向图增益最大方向；

S702.调用所述本地天线最强接收方向的空间信息，根据所述本地天线和所述目标天线方向图角度信息，进行所述本地天线和所述目标天线空间信息匹配；

S703.设置规定匹配角度，操纵所述天线空间位置快速匹配系统进行所述本地天线电磁姿态变化，实现所述本地天线与所述目标天线规定角度的空间位置快速匹配:

(1)如图5所示，对本地天线建立坐标系，俯仰面绕y轴旋转，用θ表示，方位面绕z轴旋转，用

也就是最强接收方向与方向图最大增益方向在方位面和俯仰面分别相差θ和

其中角度转换矩阵如下：

(2)完成最强接收方向与方向图最大增益方向匹配后，进行规定匹配角度的变换，本质是系统调用本地天线的方向图角度信息，通过俯仰面和方位面分别进行角度变换，假设变换角度分别是θ

变换方法为

其中，角度转换矩阵如下：

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。