一种检测紧缩场反射面性能的方法和装置与流程

本发明涉及电磁散射测量领域，尤其涉及一种检测紧缩场反射面性能的方法和装置。

背景技术：

反射面是紧缩场暗室的重要组成部分，其作用是将馈源辐射出的球面电磁波近距离地转换成平面波，形成一个满足远场测试要求的静区(即工作区)。反射面形状、交叉极化纯度、边缘衍射、锯齿边缘的设计等性能指标的好坏都会影响暗室静区大小与静区质量。特别地，实际暗室中的反射面由于加工精度、形变等因素的影响会进一步降低静区性能。

反射面性能检测是紧缩场暗室性能检验的一个技术难点。由于反射面固定安装在暗室中，测试其形变、损伤等指标的设备难以展开，并且反射面形变等物理尺寸的变化无法说明其对电磁反射的影响。现今常用检测方法是检验测试暗室静区的电场分布情况，但是静区场分布不仅仅包含反射面的影响，还包括暗室干扰源、多路径效应等多种杂散波的干涉，对反射面的性能诊断结果会造成干扰。

因此，针对紧缩场暗室反射面的电磁性能难以检测的情况，亟需一种检测紧缩场反射面性能的方法，为反射面性能检验、修复等提供技术支撑。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是如何有效检测紧缩场反射面的性能，为反射面性能检验、修复等提供技术支撑。

为了解决上述技术问题，在一个方面，本发明提供了一种检测紧缩场反射面性能的方法。

本发明实施例的检测紧缩场反射面性能的方法包括：在紧缩场静区横截面进行采样获取二维电场分布数据；对所述二维电场分布数据进行二维傅立叶逆变换，获得测量信号的平面波谱分布数据；确定电磁波在从采样点到反射面的传播过程中的空间变换函数，并利用所述空间变换函数对所述平面波谱分布数据进行处理，得到反射面的平面波谱分布数据；对所述反射面的平面波谱分布数据进行二维傅立叶变换，得到反射面的二维电场分布数据；依据所述反射面的二维电场分布数据检测反射面性能。

优选地，所述方法进一步包括：以紧缩场静区中心为原点建立空间直角坐标系；其中，x轴方向为垂直方向，y轴方向为水平方向，z轴方向为静区中心指向反射面的方向；以及

所述采样的采样间隔满足以下公式：

其中，δx为x方向的采样间隔，δy为y方向的采样间隔，λ为测量信号波长，dx为反射面在x方向的长度，dy为反射面在y方向的长度，lx为扫描面在x方向的长度，ly为扫描面在y方向的长度，zmin为采样点投影到反射面的最小距离。

优选地，所述对所述二维电场分布数据进行二维傅立叶逆变换，具体包括：利用以下公式对该二维电场分布数据进行二维傅立叶逆变换：

其中，f(kx,ky,z＝0)为所述测量信号的平面波谱分布数据，kx为波数k在x方向的分量，ky为波数k在y方向的分量，e(x,y,z＝0)为采样获取的二维电场分布数据，j为虚数单位。

优选地，所述空间变换函数如下式所示：

其中，h(kx,ky)为所述空间变换函数，z0为从采样点投影到反射面的距离。

优选地，所述利用所述空间变换函数对所述平面波谱分布数据进行处理，具体包括：将所述测量信号的平面波谱分布数据乘以所述空间变换函数。

优选地，所述对所述反射面的平面波谱分布数据进行二维傅立叶变换，具体包括：依据下式进行所述二维傅立叶变换：

其中，e(x,y,z＝z0)为反射面的二维电场分布数据，f(kx,ky,z＝z0)为反射面的平面波谱分布数据。

在另一方面，本发明提供一种检测紧缩场反射面性能的装置。

本发明实施例的检测紧缩场反射面性能的装置可包括：电场分布获取单元，用于在紧缩场静区横截面进行采样获取二维电场分布数据；第一波谱分布计算单元，用于对所述二维电场分布数据进行二维傅立叶逆变换，获得测量信号的平面波谱分布数据；第二波谱分布计算单元，用于确定电磁波在从采样点到反射面的传播过程中的空间变换函数，并利用所述空间变换函数对所述平面波谱分布数据进行处理，得到反射面的平面波谱分布数据；检测单元，用于对所述反射面的平面波谱分布数据进行二维傅立叶变换，得到反射面的二维电场分布数据；依据所述反射面的二维电场分布数据检测反射面性能。

优选地，所述装置可进一步包括坐标系建立单元，用于以紧缩场静区中心为原点建立空间直角坐标系；其中，x轴方向为垂直方向，y轴方向为水平方向，z轴方向为静区中心指向反射面的方向；

所述采样的采样间隔满足以下公式：

第一波谱分布计算单元可进一步用于：利用以下公式对该二维电场分布数据进行二维傅立叶逆变换：

其中，δx为x方向的采样间隔，δy为y方向的采样间隔，λ为测量信号波长，dx为反射面在x方向的长度，dy为反射面在y方向的长度，lx为扫描面在x方向的长度，ly为扫描面在y方向的长度，zmin为采样点投影到反射面的最小距离；f(kx,ky,z＝0)为所述测量信号的平面波谱分布数据，kx为波数k在x方向的分量，ky为波数k在y方向的分量，e(x,y,z＝0)为采样获取的二维电场分布数据，j为虚数单位。

优选地，所述空间变换函数可如下式所示：

其中，h(kx,ky)为所述空间变换函数，z0为从采样点投影到反射面的距离。

优选地，第二波谱分布计算单元可进一步用于：将所述测量信号的平面波谱分布数据乘以所述空间变换函数；检测单元可进一步用于：依据下式进行所述二维傅立叶变换：

其中，e(x,y,z＝z0)为反射面的二维电场分布数据，f(kx,ky,z＝z0)为反射面的平面波谱分布数据。

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供一种检测紧缩场反射面性能的反演方法，解决了以往紧缩场暗室中反射面性能难以检验的问题。具体地，本发明首先在紧缩场静区横截面上进行采样获取特定极化方式的二维电场分布数据，然后对二维电场分布数据进行二维傅立叶逆变换以获得测量信号的平面波谱分布，之后计算与反向传播过程相等效的空间滤波器函数(即空间变换函数)，并利用上述函数对上述平面波谱分布进行滤波处理以获得反射面上的平面波谱分布；最后对反射面的平面波谱分布作傅立叶变换得到反射面上的电场分布，画出二维图像即可用于反射面性能检测与分析。通过分析不同极化方式和频率的反射面电场分布数据，本发明可直观地检测出对应条件下反射面的性能，包括电磁反射强度、相位扰动、边缘衍射等，对暗室反射面研制、性能检验以及反射面修复等具有重要意义。

附图说明

图1是本发明实施例的检测紧缩场反射面性能的方法的主要步骤示意图；

图2是本发明实施例的紧缩场坐标系与静区数据采集系统示意图；

图3为本发明实施例的紧缩场反射面仿真模型示意图；

图4为本发明实施例的静区中心横截面电场幅度分布示意图；

图5为本发明实施例的静区中心横截面电场相位分布示意图；

图6为本发明实施例的反射面电场幅度分布示意图；

图7为本发明实施例的反射面电场相位分布示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例的检测紧缩场反射面性能的方法的主要步骤示意图。如图1所示，本发明实施例的检测紧缩场反射面性能的方法可执行以下步骤：

步骤s101：在紧缩场静区横截面进行采样获取二维电场分布数据。

在本步骤中，可首先建立如下空间直角坐标系：以紧缩场静区中心为原点，以水平方向(即水平面的一个预设方向)为y轴方向，以垂直方向(即垂直水平面方向，如垂直水平面向上的方向)为x轴方向，以从静区中心指向反射面的方向为z轴方向。图2是本发明实施例的紧缩场坐标系与静区数据采集系统示意图，上述坐标系的建立以及紧缩场数据的采集可参见图2。在图2所示的静区场分布数据的采集系统中，馈源辐射的电磁波经过反射面反射后在静区形成准平面波，在y方向移动扫描架并沿x方向移动接收探头(即接收探头可在z＝0的平面进行x、y方向的二维移动)，即可在静区横截面(即z＝0的平面)上进行采样，得到二维电场分布数据。

具体应用中，采样间隔需满足以下公式：

其中，δx为x方向的采样间隔，δy为y方向的采样间隔，λ为测量信号波长，dx为反射面在x方向的长度，dy为反射面在y方向的长度，lx为扫描面在x方向的长度，ly为扫描面在y方向的长度，zmin为采样点投影到反射面的最小距离。可以理解，扫描面指的是接收探头在采样过程中所处的平面。

步骤s102：对所述二维电场分布数据进行二维傅立叶逆变换，获得测量信号的平面波谱分布数据。

在本步骤中，可利用以下公式对该二维电场分布数据进行二维傅立叶逆变换，得到测量信号的平面波谱分布数据：

其中，f(kx,ky,z＝0)为所述测量信号的平面波谱分布数据，kx为波数k在x方向的分量，ky为波数k在y方向的分量，e(x,y,z＝0)为采样获取的二维电场分布数据，j为虚数单位。

步骤s103：确定电磁波在从采样点到反射面的传播过程中的空间变换函数，并利用所述空间变换函数对所述平面波谱分布数据进行处理，得到反射面的平面波谱分布数据。

在本发明实施例中，需要将测量信号的平面波谱分布数据(即z＝0平面的平面波谱分布数据)变换为反射面的平面波谱分布数据(即z＝z0平面的平面波谱分布数据，z0为从采样点投影到反射面的距离)，此时需要确定从采样点到反射面的反向传播过程中的空间变换函数。可以理解，上述反向传播指的是与测量信号实际的传播方向相反，上述空间变换函数能够表征电磁波在反向传播过程中的衰减和约束，可等效于一个空间滤波器函数。

根据平面波谱理论，反射面上的平面波谱分布可表示为：

其中，f(kx,ky,z＝z0)为反射面的平面波谱分布数据，z0为从采样点投影到反射面的距离。由于反射面一般是抛物面曲面，因此不同采样点到反射面的距离不同，即z0是与反射面和采样点位置相关的变量。可以理解，以上公式仅为理论公式，并非本发明实际采用的公式。

考虑到图2所示的测试场景，并非每一传播方向的平面波谱分量都参与了叠加求总场的过程，对总场有贡献的是传播方向在的圆形区域内的平面波谱部分，因此静区平面波谱反向传播到反射面的空间变换函数(即等效的空间滤波器函数)可表示为：

其中，h(kx,ky)为所述空间变换函数。

此时，将所述测量信号的平面波谱分布数据乘以所述空间变换函数即可得到反射面的平面波谱分布数据，即：

f(kx,ky,z＝z0)＝f(kx,ky,z＝0)·h(kx,ky)

步骤s104：对所述反射面的平面波谱分布数据进行二维傅立叶变换，得到反射面的二维电场分布数据；依据所述反射面的二维电场分布数据检测反射面性能。

在本步骤中，可依据下式进行所述二维傅立叶变换：

其中，e(x,y,z＝z0)为反射面的二维电场分布数据。

通过上述步骤，即可得到反射面的二维电场分布数据。通过分析不同极化方式和频率的反射面电场分布数据，本发明可直观地检测出对应条件下反射面的性能，包括电磁反射强度、相位扰动、边缘衍射等，对暗室反射面研制、性能检验以及反射面修复等具有重要意义。

图3为本发明实施例的紧缩场反射面仿真模型示意图，其反射面的抛物线曲面为x²+y²＝24z，静区场x、y方向的采样间隔均为0.01米，极化方式为双水平极化，信号频率为5ghz。静区场分布的仿真数据如图4、图5所示。图4为静区中心的电场幅度分布，图5为静区中心的电场相位分布。在图4和图5中，横坐标为y方向距离，纵坐标为x方向距离，图4中的不同灰度表示不同的电场幅度大小，图5中的不同灰度表示不同的相位大小。经本发明所述的反演方法处理后得到的反射面电场幅度分布如图6所示，相位分布如图7所示。在图6和图7中，横坐标为y方向距离，纵坐标为x方向距离，图6中的不同灰度表示不同的电场幅度大小，图7中的不同灰度表示不同的相位大小。从图6中可以看出反射面上边缘锯齿附近存在较强的边缘衍射，四个边角的反射幅度受到的干扰较小，对应的相位扰动也小(如图6上方的箭头和虚线框所指)。

在本发明实施例中，还提供一种检测紧缩场反射面性能的装置，该装置可包括：电场分布获取单元、第一波谱分布计算单元、第二波谱分布计算单元和检测单元。

其中，电场分布获取单元可用于在紧缩场静区横截面进行采样获取二维电场分布数据；第一波谱分布计算单元可用于对所述二维电场分布数据进行二维傅立叶逆变换，获得测量信号的平面波谱分布数据；第二波谱分布计算单元可用于确定电磁波在从采样点到反射面的传播过程中的空间变换函数，并利用所述空间变换函数对所述平面波谱分布数据进行处理，得到反射面的平面波谱分布数据；检测单元可用于对所述反射面的平面波谱分布数据进行二维傅立叶变换，得到反射面的二维电场分布数据；依据所述反射面的二维电场分布数据检测反射面性能。

作为一个优选方案，所述装置可进一步包括坐标系建立单元，用于以紧缩场静区中心为原点建立空间直角坐标系；其中，x轴方向为垂直方向，y轴方向为水平方向，z轴方向为静区中心指向反射面的方向；所述采样的采样间隔满足以下公式：

第一波谱分布计算单元进一步用于：利用以下公式对该二维电场分布数据进行二维傅立叶逆变换：

其中，δx为x方向的采样间隔，δy为y方向的采样间隔，λ为测量信号波长，dx为反射面在x方向的长度，dy为反射面在y方向的长度，lx为扫描面在x方向的长度，ly为扫描面在y方向的长度，zmin为采样点投影到反射面的最小距离；f(kx,ky,z＝0)为所述测量信号的平面波谱分布数据，kx为波数k在x方向的分量，ky为波数k在y方向的分量，e(x,y,z＝0)为采样获取的二维电场分布数据，j为虚数单位。

较佳地，所述空间变换函数可如下式所示：

其中，h(kx,ky)为所述空间变换函数，z0为从采样点投影到反射面的距离。

此外，在本发明实施例中，第二波谱分布计算单元可进一步用于：将所述测量信号的平面波谱分布数据乘以所述空间变换函数；

检测单元进一步用于：依据下式进行所述二维傅立叶变换：

其中，e(x,y,z＝z0)为反射面的二维电场分布数据，f(kx,ky,z＝z0)为反射面的平面波谱分布数据。

综上所述，在本发明实施例的技术方案中，提供一种检测紧缩场反射面性能的反演方法，解决了以往紧缩场暗室中反射面性能难以检验的问题。具体地，本发明首先在紧缩场静区横截面上进行采样获取特定极化方式的二维电场分布数据，然后对二维电场分布数据进行二维傅立叶逆变换以获得测量信号的平面波谱分布，之后计算与反向传播过程相等效的空间滤波器函数(即空间变换函数)，并利用上述函数对上述平面波谱分布进行滤波处理以获得反射面上的平面波谱分布；最后对反射面的平面波谱分布作傅立叶变换得到反射面上的电场分布，画出二维图像即可用于反射面性能检测与分析。通过分析不同极化方式和频率的反射面电场分布数据，本发明可直观地检测出对应条件下反射面的性能，包括电磁反射强度、相位扰动、边缘衍射等，对暗室反射面研制、性能检验以及反射面修复等具有重要意义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。