桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法

摘要

本发明公开了一种桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法，主要解决现有技术忽视桅杆遮挡效应而导致八单元均匀圆阵天线导向矢量与实际情况差别大的问题。其实现的具体步骤如下，(1)架设阵子；(2)放置信号源；(3)测试归一化波瓣图；(4)拟合归一化波瓣图凹口处曲线；(5)划分区间；(6)选取到达角；(7)构建导向矢量；(8)判断是否已选取完所有的到达角；(9)各到达角导向矢量构建完毕。本发明具有构建的导向矢量更加符合实际情况的优点，本发明所构建的导向矢量可用于各种阵列信号处理领域，本发明也适用于桅杆遮挡效应存在时其他均匀圆阵导向矢量的构建。

主权项

一种桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法，其具体步骤如下：(1)架设阵子：将八单元均匀圆阵天线的任意一个阵子架设在金属桅杆上；(2)放置信号源：将一单频校正信号源放置于阵子的远场；(3)测绘归一化波瓣图：采用波瓣仪测绘所架设阵子的归一化波瓣图，读取归一化波瓣图凹口的宽度值；(4)拟合归一化波瓣图凹口处曲线：采用最小二乘拟合算法计算归一化波瓣图凹口处曲线的斜率、截距、归一化波瓣图凹口处曲线函数值，由此获得拟合归一化波瓣图凹口处曲线；所述的最小二乘拟合算法，具体执行步骤如下：第一步：将归一化波瓣沿横轴平移，使凹口最低点的横坐标为0；第二步：在平移后的归一化波瓣图凹口处曲线上按横坐标每隔1°取一个点，共取N个点，N的大小由凹口的宽度值而定；第三步：按照下式计算获得拟合曲线的斜率和拟合曲线的截距：$\underset{a,b}{\max }\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}|y_i-a|{\theta }_i{|-b|}^2$其中，min表示取最小值符号，a表示拟合曲线的斜率，b表示拟合曲线的截距，∑表示求和符号，||²表示求模的平方，||表示求绝对值符号，y_i表示本步骤第二步中在归一化波瓣图凹口处曲线上所取的第i个点的纵坐标，θ_i表示本步骤第二步中在归一化波瓣图凹口处曲线上所取的第i个点的横坐标，i表示本步骤第二步中在归一化波瓣图凹口处曲线上所取的点的序号，i＝1，2，...，N，N表示本步骤第二步中在归一化波瓣图凹口处曲线上所取点的个数；第四步：按照下式求拟合曲线函数值：l(φ)＝a|φ|+b其中，l(φ)表示拟合曲线在自变量φ处的函数值，φ表示拟合曲线的自变量，a表示拟合曲线的斜率，||表示求绝对值符号，b表示拟合曲线的截距；(5)划分区间：将到达角角度范围[0°，360°)划分成九个区间；所述的九个区间的范围如下：第一个区间的范围为第二个区间的范围为第三个区间的范围为第四个区间的范围为第五个区间的范围为第六个区间的范围为第七个区间的范围为第八个区间的范围为除上述八个区间以外的区间为第九个区间；其中，α₀表示归一化波瓣图凹口宽度值，∪表示区间合并符号；(6)选取到达角：在到达角角度范围[0°，360°)内，每隔1°取一个到达角，将选取的360个到达角按从小到大的顺序排列，选取最小的到达角作为观测角；(7)构建导向矢量：7a)计算观测角的理想导向矢量；所述理想导向矢量按照下式计算得到：$a\left(\theta \right)=\left[\begin{array}{c}{e}^{\frac{j2\pi }{\lambda }r\cos \left(\theta \right)}\\ e^{\frac{j2\pi }{\lambda }r\cos (\theta -\frac{\pi }{4})}\\ e^{\frac{j2\pi }{\lambda }r\cos (\theta -\frac{\pi }{4}\times 2)}\\ e^{\frac{j2\pi }{\lambda }r\cos (\theta -\frac{\pi }{4}\times 3)}\\ e^{\frac{j2\pi }{\lambda }r\cos (\theta -\frac{\pi }{4}\times 4)}\\ e^{\frac{j2\pi }{\lambda }r\cos (\theta -\frac{\pi }{4}\times 5)}\\ e^{\frac{j2\pi }{\lambda }r\cos (\theta -\frac{\pi }{4}\times 6)}\\ e^{\frac{j2\pi }{\lambda }r\cos (\theta -\frac{\pi }{4}\times 7)}\end{array}\right]$其中，a(θ)表示八单元圆阵天线导向矢量，θ表示观测角，j表示虚数单位，r表示八单元圆阵天线阵列半径，λ表示校正信号源的波长；7b)计算观测角的拟合值；所述拟合值的计算步骤如下：第一步：判断观测角是否位于第九个区间，如果位于第九个区间，则拟合值为1，执行本步骤的第三步，否则，执行本步骤的第二步；第二步：按照下式计算拟合值：$L\left(\theta \right)=l(\theta -\frac{\pi }{4}\times k)$其中，L(θ)表示观测角的拟合值，l表示拟合的归一化波瓣图凹口处曲线函数值，θ表示观测角的角度值，k表示观测角所在九个区间中对应的区间号；第三步：观测角的拟合值计算完毕；7c)构建对角矩阵；所述对角矩阵是将八阶单位矩阵的第(k+4)％8个对角元素替换为观测角的拟合值来构建的；其中，k表示观测角所在九个区间中对应的区间号，％表示求余符号；7d)计算观测角的导向矢量；所述导向矢量是将对角矩阵左乘理想导向矢量计算得到的；(8)判断是否已选取完所有的到达角：判断360个到达角中的观测角是否全部选取完，如果是，则执行步骤(9)，否则，按照排序选取360个到达角中的尚未选取的下一个到达角作为观测角，执行步骤(7)；(9)各到达角导向矢量构建完毕。