[发明专利]一种水下航行器载鞭天线的最佳工作频率确认方法及系统

说明书

本发明通过将水下航行器载有的鞭天线的水上和水下部分均等效为均匀双传输线，从而计算出水上部分的鞭天线的输入阻抗和鞭天线的总输入阻抗，并通过有耗传输线理论的电流电压分布可获取可到达水上部分鞭天线的辐射功率，最后，在鞭天线的馈电点的总输入功率一定的前提下，可获取鞭天线的对外实际辐射功率的最大值时对应的辐射电磁波的频率，即为水下航行器载鞭天线的最佳工作频率。通过以上方法获取了最佳工作频率，从而在鞭天线馈电点的总输入功率较小且鞭天线长度较短的前提下，尽可能地提升了鞭天线的对外实际辐射功率，保证了最大概率的通信，提升了近距离超短波通信的可靠性，对小型化无人艇的超短波通信具有很大的战略意义。

技术领域

本发明涉及天线通信技术领域，尤其涉及一种水下航行器载鞭天线的最佳工作频率确认方法及系统。

背景技术

天线辐射与电磁波传播问题主要用于研究雷达、舰艇之间的无线电通信任务。尤其对于小型无人艇来说，近距离的组网通信是战时等特殊时期不可或缺的一项重要保障。由于受风速、涌浪等因素影响，海面环境常常复杂多变，对于无线电传播过程无疑会造成影响；又因无人艇具有质量轻、体积小等特点，无法负载大功率的发射天线，通常其搭载的发射机功率范围为10-50 W，鞭天线长度通常为1 m左右。对于短波和超短波频段来说，海水是一种良导体，其对电磁波的吸收能力随频率的升高而不断增大，超短波相对于短波绕射能力较弱；而对于长度为1 m左右的鞭天线来说，工作在超短波频段的辐射效率要更高，相比于短波近场场强较大。

水下无人航行器（Underwater Unmanned Vehicle，UUV）常在水下完成各种探测任务。当收集完成海洋探测后，需要将数据传到接收点。为了保证良好的通信效果，水下无人航行器需要将压载水舱清空，使艇体上浮，通过顶部搭载的鞭天线进行数据传输。考虑到通信过程中的隐蔽性与时效性，很多时候并不会将鞭天线整体全部露出水面，而是仅将鞭天线上端一部分浮出水面，同时选择较高频率(甚高频)的电磁波进行工作。水下无人航行器的常见工作状态如图2所示。海上环境变化无常，常常会出现通信系统建立失败的情况。为了提高接收目标收到信号的幅值，需要使水下无人航行器搭载的鞭天线在浮出一定高度时辐射出最大功率，从而提高接收信号信噪比，减小接收误码率。此时，在近距离的通信过程中，如何选择水下航行器载鞭天线的最佳工作频率成为亟待解决的重要技术问题。

发明内容

针对背景技术中提到的现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供一种水下航行器载鞭天线的最佳工作频率确认方法及系统，用以解决现有技术中，在近距离的通信过程中，如何选择水下航行器载鞭天线的最佳工作频率的技术问题。

第一方面，本发明提供一种水下航行器载鞭天线的最佳工作频率确认方法，包括如下步骤：

S1.将水上部分的鞭天线等效为均匀双传输线的终端开路，获取所述水上部分的鞭天线的输入阻抗；

S2.将所述鞭天线等效为水下部分的均匀双传输线再接入所述水上部分的鞭天线的输入阻抗，获取所述鞭天线的总输入阻抗；

S3.基于包括所述鞭天线的总输入阻抗和水下部分的鞭天线的平均特性阻抗的参数，获取所述鞭天线位于水面处的电流和电压；

S4.基于所述鞭天线位于水面处的电流的共轭数以及所述鞭天线位于水面处的电压，获取可到达水上部分鞭天线的辐射功率；

S5.基于所述可到达水上部分鞭天线的辐射功率，获取所述鞭天线的对外实际辐射功率；

S6.在所述鞭天线的馈电点的总输入功率一定的前提下，获取所述鞭天线的对外实际辐射功率的最大值，所述最大值对应的辐射电磁波的频率即为所述水下航行器载鞭天线的最佳工作频率。

根据本发明提供的水下航行器载鞭天线的最佳工作频率确认方法，随着所述鞭天线浸入水中的深度逐渐增大，所述鞭天线的对外实际辐射功率会逐渐减小，所述鞭天线的最佳工作频率会逐渐增大。