[发明专利]一种应用于临空通信的3D柔性覆盖方法

权利要求书

1.一种应用于临空通信的3D柔性覆盖方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、某无人机搭载M×N个半波长的均匀平面阵列天线，所有天线共用一个射频；

步骤二、在三维空间中，对平面阵列天线的波束指向向量进行分解，将耦合的俯仰角与方位角变换为u,v两个角，实现x轴和y轴两个方向上天线权系数的解耦；

波束指向向量为：

a(θ,φ,M,N)＝[1,…,e^{jπsin(θ)[(m-1)cos(φ)+(n-1)sin(φ)]},…,e^{jπsin(θ)[(M-1)cos(φ)+(N-1)sin(φ)]}]

其中俯仰角θ表示波束方向与面阵天线法向量的夹角，方位角φ表示波束方向在面阵天线上的投影与x轴的夹角；m,n分别表示天线所处的位置坐标；

将波束指向向量分解变形为：

其中，cos(u)＝sin(θ)cos(φ),cos(v)＝sin(θ)sin(φ)；

u为波束与x轴正方向的夹角，v为波束与y轴正方向的夹角；

步骤三、针对空地链路中给定任意大小形状的目标区域D，计算各边界点对应波束方向与阵列天线x轴和y轴两个正方向上的夹角范围；

步骤四、针对夹角范围，计算能够覆盖该夹角范围的波束包络，目标区域D内各点均获得较高的阵列增益；

具体步骤如下：

步骤401、将x轴方向的阵列划分为若干子阵列，并计算满足目标波束宽度的子阵列个数；

目标波束宽度为：Δ_x＝cos(u_min)-cos(u_max)；

u_min为所有边界点中夹角u的最小值；u_max为所有边界点中夹角u的最大值；

根据每个子阵列的波束宽度和子阵列的个数与目标波束宽度的关系，求得x轴方向子阵列个数；

关系满足不等式方程：

此时M_x为x轴方向每个子阵列天线数，x轴方向子阵列个数为

步骤402、根据x轴方向子阵列的个数和波束中心，得到每个天线的权系数v_x[m]；

波束中心为：

第p个子阵列指向角度为：其余子阵列的天线权系数都取0，得到每个天线的权系数分别为：

步骤403、将y轴方向的阵列划分为若干子阵列，并计算满足目标波束宽度的子阵列个数；

目标波束宽度为Δ_y＝cos(v_min)-cos(v_max)；

v_min为所有边界点中夹角v的最小值；v_max为所有边界点中夹角v的最大值；

根据每个子阵列的波束宽度和子阵列的个数与目标波束宽度的关系，求得y轴方向子阵列个数；

关系满足不等式方程：

此时N_y为y轴方向每个子阵列天线数，y轴方向子阵列个数为

步骤404、根据y轴方向子阵列的个数和波束中心，得到每个天线的权系数v_y[n]；

波束中心为

第p个子阵列指向角度为：其余子阵列的的天线权系数都取0，得到每个天线的权系数分别为：

步骤405、针对x轴和y轴上每个天线的权系数v_x[m]和v_y[n]，将两个方向的波束叠加得到天线权系数矩阵v[m,n]；

v[m,n]＝v_x[m]×v_y[n]

步骤406、对天线权系数矩阵v[m,n]向量化得到最终波束赋形向量w即可形成覆盖该区域的最小包络；

w＝vec(v[m,n])。

2.如权利要求1所述的一种应用于临空通信的3D柔性覆盖方法，其特征在于，所述的阵列天线发射出经过相位转换器和功率放大器的射频信号，阵列天线的功率放大器具有相同的缩放比例，各天线的权系数模长相等。

3.如权利要求1所述的一种应用于临空通信的3D柔性覆盖方法，其特征在于，所述的步骤三具体为：

首先，针对目标区域边界上的某点坐标(a,b)，该点对应波束方向与阵列天线x,y轴的夹角分别为

h为无人机高度；

然后，通过对目标区域D边界点遍历搜索，得到各个点对应夹角的取值范围；

夹角的取值范围为：

u_min为所有边界点中夹角u的最小值；u_max为所有边界点中夹角u的最大值，v_min为所有边界点中夹角v的最小值；v_max为所有边界点中夹角v的最大值。