一种获取天线不同姿态下天线方向图的方法

文档序号:7045242阅读:276来源:国知局
一种获取天线不同姿态下天线方向图的方法
【专利摘要】本发明给出了一种获取天线不同姿态下天线方向图的方法。本方法将天线阵子的姿态变化分解为自旋和下倾两部分,通过对自旋和下倾的两种天线姿态的分析和方向图的计算,最终得到任意姿态变化后的天线方向图求解方法。本发明可支持任意极化方式的天线馈源的方向图随天线馈源姿态变化所引起的定量变化。本发明所提出的天线馈源姿态变化后的方向图分析方法既可支持天线馈源的理想方向图也可支持馈源的实测天线方向图。
【专利说明】—种获取天线不同姿态下天线方向图的方法
【技术领域】
[0001]本发明为天线建模领域,涉及一种获取天线不同姿态下天线方向图的方法,能够广泛地应用到阵列天线系统中。
【背景技术】
[0002]在空间中,天线阵面会随着地面控制指令的要求而指向(这里的指向可以理解天线阵面的法线方向)不同的角度。但是,一旦天线阵面产生移动,则天线所有馈源的方向图将会发生变化。如果天线阵面指向改变后依然沿用没改变天线阵面之前的方向图,那么所得到的干扰空间角度指向将与真实干扰方向有偏差,进而降低甚至失去空域抗干扰的能力。因此,有必要研究如何利用原始天线方向图(基于暗室测量或者理论计算得到的),通过理论推导得到天线姿态变化后的天线方向图。从而使得天线指向变化后的调零处理器能够正确计算出干扰指向,正常工作以规避干扰。
[0003]目前对于天线姿态变化的研究主要是从二维平面上天线姿态的变化开展的:
[0004]Ramya Bhagavatula等人提出了用户终端姿态位置的变化会引起天线方向图的变化,进而造成接收功率的变化。在水平二维平面上,引入终端姿态的旋转矩阵来建模终端姿态的变化。 [0005]3GPP36.814标准中分析了在垂直大地的平面内,天线下倾角变化对极化方向图的影响,并将天线倾角变化与方向图变化之间的关系建立起函数关系,但其算法仅对线极化天线以及理论方向图有效,并不支持其他天线类型,三维空间内天线姿态的任意变化以及实测天线方向图。
[0006]以上【背景技术】均未分析天线姿态在三维空间中任意变化时天线极化三维方向图的变化以及其解析解。

【发明内容】

[0007]本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种获取天线不同姿态下天线方向图的方法,解决了现有技术只能对天线姿态在二维空间中变化后的方向图求解的缺陷。
[0008]本发明的技术方案是:一种获取天线不同姿态下天线方向图的方法,步骤如下:
[0009]I)建立坐标系,定义天线姿态:
[0010]11)建立全局坐标系:以正东方向为X轴,垂直大地方向为ζ轴的笛卡尔坐标系为全局坐标系,用(x, y, ζ)表示;
[0011]12)定义来波方內》在全局坐标系(X,y,z)中,来波方向/i在xy平面的投影与X轴正方向的夹角为水平角Φ,来波方向?与xy平面的夹角为俯仰角Θ,来波方向i在全局坐标系中的表示为(Φ,Θ);
[0012]13)建立天线原始坐标系:测量得到原始天线极化方向图,该原始天线极化方向图包括原始水平极化方向图FH((j5 ',θ')和原始垂直极化方向图?¥((35 ',θ');定义天线原始坐标系为(X’,y’,Z’ );定义来波方向#1在天线原始坐标系中的水平角和俯仰角分别为Φ'和θ ';定义来波方向i在天线原始坐标系下的坐标为(Φ',θ ');
[0013]14)定义天线原始姿态:当天线原始坐标系(X’,y’,ζ’)与全局坐标系(x, y, ζ)重合时,定义此时的天线处于天线的原始姿态;
[0014]15)定义天线的特定姿态:除天线原始姿态以外的姿态均称为天线的特定姿态;
[0015]16)定义来波方向在全局坐标系下的垂直极化方向和水平极化方向分别为
φ,其中,垂直极化方向I在ζ轴和来波方向^确定的平面上;水平极化方向多垂直于来波方向且垂直于垂直极化方向# ;
[0016]17)定义来波方向ι?在原始坐标系下的垂直极化方向和水平极化方向分别为Θ' ψ',其中,垂直极化方向#在ζ’轴和来波方向良确定的平面上,且垂直于来波方向H; #垂直于来波方向I且垂直于垂直极化方向;当天线在特定姿态时,天线原始坐标系和全局坐标系不再重合,因此夕和參之间存在夹角和#之间也存在夹角,定义φ和f的夹角以及6和^之间的夹角均为Ψ ;
[0017]2)根据来波方向i在天线原始坐标系中的坐标(Φ ',θ'),在原始天线极化方向图中查找得到来波方向i的水平极化方向#上的分量?11((]5',θ')和垂直极化方向#上的分量值Fv(Cj) ',0');
[0018]3)定义当天线任意姿态下,天线原始坐标系的X’轴与全局坐标系的X轴的夹角为Y,天线原始坐标系的Ζ’轴与全局坐标系的Z轴的夹角为β ;当天线姿态发生变化时,天线原始坐标系绕Z轴自旋,定义自旋后的天线原始坐标系(X,y, Ζ)变为(Xn, Yn, Zn),天线原始坐标系绕Z轴自旋至坐标轴Xn与X夹角为Y ,坐标轴Yn与y的夹角也为Y时,天线再沿Yn轴下倾β角,此时
[0019]
【权利要求】
1.一种获取天线不同姿态下天线方向图的方法,其特征在于步骤如下: 1)建立坐标系,定义天线姿态: 11)建立全局坐标系:以正东方向为X轴,垂直大地方向为Z轴的笛卡尔坐标系为全局坐标系,用(X,y, z)表示; 12)定义来波方向#1:在全局坐标系(x,y,z)中,来波方向?在xy平面的投影与X轴正方向的夹角为水平角Φ,来波方向Λ与xy平面的夹角为俯仰角Θ,来波方向?在全局坐标系中的表不为(Φ,Θ ); 13)建立天线原始坐标系:测量得到原始天线极化方向图,该原始天线极化方向图包括原始水平极化方向图Fh(cK,θ')和原始垂直极化方向图巧((^',θ');定义天线原始坐标系为(X’,y’,z’ );定义来波方向6在天线原始坐标系中的水平角和俯仰角分别为Φ'和θ ';定义来波方向?1在天线原始坐标系下的坐标为(Φ',θ '); 14)定义天线原始姿态:当天线原始坐标系(X’,y’,z’)与全局坐标系(X,y,z)重合时,定义此时的天线处于天线的原始姿态; 15)定义天线的特定姿态:除天线原始姿态以外的姿态均称为天线的特定姿态; 16)定义来波方向,I在全局坐标系下的垂直极化方向和水平极化方向分别为^和#,其中,垂直极化方向#在z轴和来波方向?确定的平面上;水平极化方向f垂直于来波方向g且垂直于垂直极化方向《; 17)定义来波方向?在原始坐标系下的垂直极化方向和水平极化方向分别为#和#,其中,垂直极化方向#在ζ’轴和来波方向?确定的平面上,且垂直于来波方向 #垂直于来波方向η且垂直于垂直极化方向;当天线在特定姿态时,天线原始坐标系和全局坐标系不再重合,因此参和來之间存在夹角,<1和#之间也存在夹角,定义J和#的夹角以及6和^之间的夹角均为Ψ ; 2)根据来波方向Ii在天线原始坐标系中的坐标(Φ',θ'),在原始天线极化方向图中查找得到来波方向,i的水平极化方向#上的分量?11((]5',θ')和垂直极化方向奢上的分量值巧(小',θ '); 3)定义当天线任意姿态下,天线原始坐标系的V轴与全局坐标系的X轴的夹角为Y,天线原始坐标系的Ζ’轴与全局坐标系的Z轴的夹角为β ;当天线姿态发生变化时,天线原始坐标系绕Z轴自旋,定义自旋后的天线原始坐标系(X,y, Z)变为(Xn, Yn, Zn),天线原始坐标系绕Z轴自旋至坐标轴Xn与X夹角为Y,坐标轴Yn与7的夹角也为Y时,天线再沿Yn轴下倾β角,此时
f π \ r=sign[^-|.y*|rj.⑴ 其中,
Φ I =arccos ? (Bx, By, Bz),(A,x, A,y, A,z) >) ; (2)
【文档编号】H01Q21/00GK103902821SQ201410121352
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】种稚萌, 张传林, 楼大年 申请人:西安空间无线电技术研究所
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