[发明专利]一种基于可转动辅助天线的大型天线方向图测量方法

权利要求书

1.一种基于可转动辅助天线的大型天线方向图测量方法，其特征在于步骤如下：

(1)针对无法转动的待测天线设计测量天线方向图的接收形式，其测量需满足：观测源与待测天线相对运动，观测源运动轨迹掠过待测天线方向图主瓣中心；观测源与辅助天线相对静止，辅助天线指向始终跟踪观测源转动；观测源信号具有良好的相关性；

(2)利用观测源仰角θ的余弦值cosθ和待测天线与辅助天线间距离d的乘积，比上光速c，即可得到路径延时估计为得到最大值Δt，用测量起始位置观测源的仰角进行计算；

(3)将辅助天线旋转至待测起始位置，等待选定观测源运动至待测起始位置；

(4)当观测源运动至待测起始位置时，辅助天线开始进行实时跟踪观测源运动，保证其指向始终对准观测源；观测源相对于待测天线运动的角速度为ω；

(5)从待测起始位置进行测量，观测ΔT时间，其中近似认为ΔT时间内待测天线场强归一化方向性函数不变，且ΔT＞Δt，利用ΔN＝f_s·Δt进而获得观测点数ΔN，其中f_s为采样频率；

(6)利用在ΔT时间内所采集的待测天线和辅助天线的观测数据，通过进行互相关运算，并取互相关运算结果的最大值，即

(7)利用在ΔT时间内所采集的待测天线和辅助天线的观测数据，通过进行自相关运算，取τ₂＝0处的自相关值

(8)得到后，再利用计算并记录测量结果，其中C_m，C_r，均可测量获得且为常数；

(9)当观测源运动至下一待测位置即下一ΔT时间时，重复步骤(6)-(8)直至观测源运动至待测终止位置，共得到M个测量结果；

(10)将记录的M个测量结果，进行归一化和插值处理，即得到待测天线方向图。

2.根据权利要求1所述的基于可转动辅助天线的大型天线方向图测量方法，其特征在于：

待测天线接收信号的功率表达式为：

式(1)中，p_m为待测天线接收功率，p₀为观测源的等效全向辐射功率，G₀为观测源发射天线的增益，G_m为待测天线的增益，λ为观测源信号波长，为待测天线场强归一化方向性函数，其中θ为方位角，为俯仰角，d为观测源到待测天线的传播距离，L_A为观测源信号到待测天线的大气损耗；

同理，辅助天线接收信号的功率表达式为：

式(2)中，p_r为辅助天线接收功率，G_r为辅助天线的增益，为辅助天线场强归一化方向性函数，d′为观测源到辅助天线的传播距离，L′_A为观测源信号到辅助天线的大气损耗；

式(1)和式(2)可表示为：

式中令Cm=p0G0Gmλ2(4π)2,Cr=p0G0Grλ2(4π)2]]>为常数。

3.根据权利要求2所述的基于可转动辅助天线的大型天线方向图测量方法，其特征在于：

待测天线的接收信号x_m(t)可表示为：

辅助天线的接收信号x_r(t)可表示为：

式中：w₁(t)和w₂(t)分别表示两个通道噪声，且E[w₁(t)]＝E[w₂(t)]＝0，E[w₁(t)w₂(t)]＝0；s(t)为观测源信号，与噪声w₁(t)、w₂(t)均不相关；

令和分别表示两通道中的观测源信号，且满足E[s₁(t)]＝E[s₂(t)]＝0，其中ρ表示s₁(t)与s₂(t)的相关系数；

根据相关函数的定义可知：

由于辅助天线始终跟踪对准观测源转动，所以观测源信号为平稳过程，则可令l＝t-τ将式(7)可化简为：

同理可得辅助天线自相关函数为：

Rrr(τ2)=Crd2LARss(τ2)+Rw2(τ2)---(9)]]>

结合式(8)、式(9)可得：

令τ₁＝t₀，τ₂＝0，由式(10)可得：

即：

式(12)中C为常数，为即系统的噪声功率，由于实际情况中观测数据为有限长度，因此只能得到R_mr(n₀)的估计值其中n₀为t₀的离散表示；通过将待测天线与辅助天线观测数据的互相关运算结果取最大，来补偿路径延时，即其中估计表达式为式(13)，R_rr(0)的估计值为式(14):

R^mr(τ1)=1N1Σn=1N1-|τ1|xm(n)xr(n+τ1)---(13)]]>

R^rr(0)=1N2Σn=1N2xr(n)xr(n)---(14)]]>

式(13)和式(14)中，N₁为计算互相关函数的运算点数；N₂为计算自相关函数的运算点数。