[发明专利]一种适用于任意平面阵列的测向精度分析方法

说明书

本发明公开了一种适用于任意平面阵列的测向精度分析方法，包括：对任意平面阵列建立坐标系，令阵列的几何中心位于坐标原点处；用克拉美罗下界评估阵列的测向精度，需首先根据各天线的坐标计算三个重要参数：幅值、直流偏移和初相；列出克拉美罗下界关于真实方位角、真实俯仰角的函数表达式，据此绘制克拉美罗下界关于真实方位角和真实俯仰角的关系曲线，若在某个真实方位角、真实俯仰角的范围内克拉美罗下界相对较小，则该处测向精度相对较高。本发明提出了一种适用于任意平面阵列的测向精度分析方法，对变电站内任意应用条件均适用，对优化布置天线阵列具有指导作用。通过该方法优化的天线阵列，具有较高的测向性能，以及较小的阵列尺寸。

技术领域

本发明属于局部放电检测技术领域，尤其涉及一种适用于任意平面阵列的测向精度分析方法。

背景技术

敞开式变电站内电力设备众多，确保系统安全稳定运行意义重大。局部放电是设备绝缘劣化的征兆，若未被早期发现，将逐渐发展为设备的击穿放电，给变电站带来不可估量的经济损失。现如今常用的局部放电检测技术是把传感器固定安装在变压器、气体绝缘组合电器设备等单一设备上，却对断路器、隔离开关等设备缺乏关注。为此，英国学者提出建立一个可移动式的巡检平台，利用特高频天线阵列对全站电力设备进行全方位的局部放电检测。然而，为保证系统定位精度，天线阵列的阵元间距超过了1.1m，不便于巡检。

为缩小阵列尺寸，提高巡检效率，超分辨率测向算法被应用于变电站局部放电特高频测向系统中。以旋转不变子空间算法(Estimation of Signal Parameters viaRotational Invariance Techniques，ESPRIT)算法为代表的超分辨率测向算法，其角度分辨能力突破了传统的“瑞利限”的制约，使系统在较小的阵列尺寸下也能拥有较高的分辨力与测向精度。然而，国内外研究结果表明，天线阵列的布置方法对ESPRIT算法的测向精度有重大影响。目前对天线阵列布置方法的研究，往往是选择几种不同形状的阵列，再通过仿真和实验比较它们的测向精度，从而选择性能最好的阵列布置方式。事实上，该方法具有局限性，具有最佳性能的阵列往往未在选择之列。

因此，亟需一种适用于任意平面阵列的测向精度分析方法，以求适用于任意应用场景，指导阵列优化布置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于任意平面阵列的测向精度分析方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种适用于任意平面阵列的测向精度分析方法，包括如下步骤：

1)对任意平面阵列建立坐标系，令该平面阵列的几何中心位于坐标原点处；

2)用克拉美罗下界评估该平面阵列的测向精度，需首先根据各天线的坐标计算三个重要参数：幅值、直流偏移和初相；

3)列出克拉美罗下界关于真实方位角、真实俯仰角的函数表达式，据此绘制克拉美罗下界关于真实方位角和真实俯仰角的关系曲线，若在某个真实方位角、真实俯仰角的范围内克拉美罗下界相对较小，则该处测向精度相对较高。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中所述任意平面阵列是在平面上任意布置的包含N个阵元的平面阵列，阵元为特高频天线。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，该平面阵列的几何中心的阵元坐标(x₀，y₀)的计算公式如下

式中，x_i和y_i分别是第i个阵元的横坐标和纵坐标，i＝1…N，N为阵元数目。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，克拉美罗下界即测向系统所能达到的最小测向误差，其能够将测向精度量化，且克拉美罗下界数值越小，测向精度越高。