一种机载监测天线增益标称值的计算方法及装置与流程

1.本技术涉及无线电监测技术领域，具体而言，涉及一种机载监测天线增益标称值的计算方法及装置。


背景技术：

2.场强是无线电监测的基本参数，高精度的场强测量是无线电监测的基本要求。但是监测天线增益的误差会影响到场强测量的误差。为了满足瞬时360
°
的空域覆盖，无线电监测一般采用全向天线，当场强计算时，现有的技术手段是选取全向增益中的某一点作为增益标称值。这种标称值选取方法的问题在于：由于全向天线存在不圆度，每个方向上的增益都不一致，如果标称值的选取不准确便不能体现监测天线360
°
方向上的增益分布。
3.对于机载监测平台而言，监测天线安装在机腹下。由于机腹为弧形金属蒙皮，存在多径及遮挡效应，较常规的没有弧形金属蒙皮监测天线，天线增益在360
°
方向上存在更大的不圆度。如果按照现有的技术手段选择某个方向的增益值作为场强计算的标称值，会引入较大的场强误差。因此，如何准确地体现出监测天线在360
°
空域内的增益分布特性成为本领域技术人员不得不考虑的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于，为了克服现有的技术缺陷，提供了一种机载监测天线增益标称值的计算方法及装置，通过对机载条件下监测天线的增益分布特性，提出以全向增益分布值的均值作为监测天线增益的标称值，能够体现监测天线360
°
的增益分布特性，能大大提高机载条件下场强测量的精度。
5.本技术目的通过下述技术方案来实现：
6.第一方面，本技术提出了一种增益标称值的计算方法，包括：
7.根据监测天线的装机条件建立所述监测天线的仿真模型；
8.对所述仿真模型进行仿真获得各个频点的仿真结果；
9.将所述仿真结果的增益分布值的平均值作为标称值计算场强值。
10.可选的，对所述仿真模型进行仿真获得各个频点的仿真结果的步骤，包括：
11.对所述仿真模型进行仿真，得到不同频率下的所述监测天线的方向图；
12.根据方向图获取对应频率下的增益波动值、增益分布值的平均值以及增益标准差。
13.可选的，将所述仿真结果的增益分布值的平均值作为标称值计算场强值的步骤，包括：
14.将所述仿真结果中增益分布值的平均值作为场强计算的标称值，并结合接收机信号幅度测量值、线缆插损以及被测频率，根据场强计算公式计算场强值。
15.可选的，所述场强计算公式为：
16.e＝p+l+20
×
1og
10
(f)-g+77.22
17.其中，e为所述场强值，p为所述接收机信号幅度测量值，f为所述被测频率，g为所述监测天线的增益分布值的平均值，l为所述线缆插损。
18.可选的，在所述根据所述仿真结果中的增益分布值的平均值计算场强值的步骤之后，所述方法还包括：
19.通过场强仪测得所述监测天线的场强实测值；
20.根据所述场强值和所述场强实测值计算场强误差值。
21.第二方面，本技术提出了一种机载监测天线增益标称值的计算装置，其特征在于，所述装置包括：
22.模型建立模块，用于根据监测天线的装机条件建立所述监测天线的仿真模型；
23.仿真模块，用于对所述仿真模型进行仿真获得各个频点的仿真结果；
24.计算模块，用于将所述仿真结果的增益分布值的平均值作为标称值计算场强值。
25.上述本技术主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本技术可采用并要求保护的方案；且本技术，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本技术方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本技术所要保护的技术方案，在此不做穷举。
26.本技术公开了一种机载监测天线增益标称值的计算方法及装置，首先根据监测天线的装机条件建立仿真模型，然后通过仿真获得各个频点的仿真结果，最后将仿真结果中增益分布值的平均值作为标称值来计算场强值。将增益分布值的平均值作为场强计算时的天线增益标称值，与将增益分布值的某一点作为标称值相比，更能够体现出监测天线360
°
的全向增益分布特性，降低场强测量误差，进而大大提高机载条件下场强测量的精度。
附图说明
27.图1a示出了1.5ghz下常规监测天线与载机机腹下的监测天线的方向图。
28.图1b示出了5ghz下常规监测天线与载机机腹下的监测天线的方向图
29.图2示出了本技术实施例提供的增益标称值的计算方法的流程示意图。
30.图3示出了本技术实施例提供的监测天线的仿真模型示意图。
31.图4a示出了30mhz下机腹的监测天线的方向图及增益分布值的平均值示意图。
32.图4b示出了1.5ghz下机腹的监测天线的方向图及增益分布值的平均值示意图。
33.图4c示出了5ghz下机腹的监测天线的方向图及增益分布值的平均值示意图
34.图4d示出了10ghz下机腹的监测天线的方向图及增益分布值的平均值示意图
35.图5示出了本技术实施例提出的一种场强误差测量的测试平台示意图。
36.图6为本技术实施例提供的一种增益标称值的计算装置的示意图。
具体实施方式
37.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.在现有技术中，对于机载监测平台而言，监测天线安装在机腹下。由于机腹为弧形金属蒙皮，存在多径及遮挡效应，较常规的没有弧形金属蒙皮的监测天线，天线不圆度更大。请参考图1a和图1b，图1a示出了1.5ghz下常规监测天线与载机机腹下的监测天线的方向图，而图1b示出了5ghz下常规监测天线与载机机腹下的监测天线的方向图，在两张图中，实线为常规监测天线的方向曲线，虚线为加装于机腹的监测天线的方向曲线，可见，安装在机腹下的监测天线的不圆度较大。如果不能选择合适的增益值作为场强计算的标称值，会引入较大的场强测量误差。因此，需要研究一种机载监测天线增益标称值的计算方法，使得该标称值能够准确体现监测天线在360
°
空域内的增益分布特性。
40.因此，为了解决上述问题，本技术提出了一种机载监测天线增益标称值的计算方法及装置，通过对机载条件下监测天线的增益分布特性分析，提出以全向增益分布值的均值作为监测天线增益的标称值，能够体现监测天线360
°
的增益分布特性，能大大提高机载条件下场强测量的精度，接下来对其进行详细地说明。
41.请参考图2，图2示出了本技术实施例提供的增益标称值的计算方法的流程示意图。该计算方法包括以下步骤：
42.步骤s110、根据监测天线的装机条件建立监测天线的仿真模型。
43.当载机的机体为圆柱体时，选取监测天线安装于机体的正下方，并建立监测天线的仿真模型，图3示出了本技术实施例提供的监测天线的仿真模型示意图，如图3所示，以载机机体以圆柱体的底部为基准，将底部的中心点作为基点来建立xyz轴的坐标系。
44.步骤s120、对所述仿真模型进行仿真获得各个频点的仿真结果。
45.步骤s130、将所述仿真结果的增益分布值的平均值作为标称值计算场强值。
46.分别对不同频率下的仿真模型进行仿真，从而获得各个仿真频点的仿真结果，在一种可能的实施方式中，选取频率分别为30mhz、1.5ghz、5ghz以及10ghz为例子进行说明，请结合图4a、图4b、图4c以及图4d，图4a示出了30mhz下机腹的监测天线的方向图及增益分布值的平均值示意图，图4b示出了1.5ghz下机腹的监测天线的方向图及增益分布值的平均值示意图，图4c示出了5ghz下机腹的监测天线的方向图及增益分布值的平均值示意图，图4d示出了10ghz下机腹的监测天线的方向图及增益分布值的平均值示意图，在图4a、4b、4c以及4d中，虚线代表加装于机腹的监测天线的方向图，而实线则代表增益分布值的平均值，监测天线的方向图为将监测天线安装在机腹测量得到的。
47.根据上述的图4a、图4b、图4c以及图4d，对增益波动、增益均值以及增益标准差进行统计，得到的统计表请参照表1：
48.表1
49.频率增益波动(db)增益分布值的平均值(db)增益标准差(db)30mhz0.190.070.071.5ghz10.27-2.612.275ghz6.71-2.982.2110ghz8.37-5.432.29
50.当频率为30mhz时，信号波长是10米，与机体长度相当，方向图基本不受机体影响，
监测天线的增益波动只有不到0.2db。频率升高后，天线增益波动变大，可达达到10db以上。因此，如何选择天线增益标称值就很重要，会直接影响场强测量误差。分析天线增益统计特性可以发现，信号频率从1.5ghz变化到10ghz，监测天线的增益标准差稳定，保持在2.2db至2.3db之间，变化幅度很小。因此，如果以天线全向增益分布值的均值作为监测天线的标称值参与场强计算，那么增益标准差就可作为天线增益均方根误差。
51.将仿真结果中增益分布值的平均值作为场强计算的标称值，并结合接收机信号幅度测量值、线缆插损以及被测频率，计算场强值。
52.场强计算公式为：
53.e＝p+l+20
×
1og
10
(f)-g+77.22
54.其中，e为场强值，单位为dbμv/m，p为接收机口面信号幅度测量值，单位为dbm，f为被测频率，单位为hz，g为监测天线的增益分布值的平均值，单位为dbi，l为接收天线到接收机的线缆插损，单位为db。
55.从该公式中可以看出，如果想到得到准确的场强，必须同时控制接收机口面信号幅度测量值、被测频率、监测天线的增益分布值的平均值以及接收天线到接收机的线缆插损的误差，而接收机口面信号幅度测量值、被测频率以及接收天线到接收机的线缆插损的误差统称为接收误差，通过系统标校可以将其控制在1db以内，这样对场强的测量便不会有太大的影响。此时，在通过系统标校将接收误差控制在小于1db之后，结合监测天线的增益标准差不超过2.3db，场强测量误差值为：
56.在步骤s110之后，为了验证将增益分布值的平均值作为场强计算的标称值的有效性，会设计半实物仿真平台，按照1:1比例搭建载机机腹模型并安装监测天线，对场强误差值进行进一步计算。
57.可选的，通过场强仪测得监测天线的场强实际值，根据场强值和场强实际值计算场强误差值。
58.对场强误差值进行计算必须要得到场强实际值，请参考图5，图5示出了本技术实施例提出的一种场强误差测量的测试平台示意图。其中信号源模拟信号辐射，通过辐射天线向外发送信号，而场强仪用于测量天线所在位置的标准场强，而监测设备包括监测天线和接收处理机，用于测量在不同方位、不同频段下的场强。
59.结合图5，当信号源输出频率为f的信号时，场强仪中的标准天线接收到该信号后发送到电平表来测量该信号在测试点所在位置的标准场强，然后改变信号源的输出频率f，重复对标准场强进行测试，值得说明的是，改变的信号源的输出频率f应不少于30次。接下来让旋转平台以固定角度步进旋转，该固定角度应不大于20，信号源依次输出改变的信号源的输出频率f，使得监测设备能够测量测试点所在位置的信号场强，将场强仪所测的标准场强与监测设备测得的场强进行统计分析，计算场强测量误差。
60.接来下对场强值进行测量，利用场强仪测量不同频率的信号在测试点所在位置的标准场强值，并利用监测设备记录对应频率的信号在测试点所在位置的实测场强值，由于信号源的输出频率f应不少于30次，本技术实施例抽取其中的部分数据为例进行说明，请参考表2：
61.表2：
[0062][0063][0064]
其中，场强测量的均方根误差计算公式如下：
[0065][0066]
在该式中：δe为场强测量的均方根误差，e
si
:es表示场强仪所测的标准场强值，i表示第i个频点(i＝1，2，
……
，m)，e
tji
:e
t
为监测设备所测实际场强值，j表示第j个方位(j＝1，2，
……
，n)。
[0067]
根据均方根误差计算公式，结合表2中的数据对均方根误差进行计算：
[0068][0069]
由于上述的均方根误差是选用输出频率f不少于30次中的部分数据为例进行说明，如果选用输出频率f不少于30次中的全部数据进行计算，场强测量的均方根误差能够达到2.82db(r.m.s)，与上述场强测量误差理论值2.51db(r.m.s)相差不大，进而验证了本技术的有效性。
[0070]
与现有技术相比，本技术实施例具有以下有益效果：
[0071]
以数据统计的方法，通过将天线增益分布的平均值作为场强计算时的天线增益标称值，而不是以某一点的天线增益分布的值作为标称值，更能够体现监测天线360
°
的增益分布特性，进而大大提高机载条件下场强测量的精度。
[0072]
接下来请参照图6，图6为本技术实施例提供的一种增益标称值的计算装置的示意图，该计算装置包括：
[0073]
模型建立模块，用于根据监测天线的装机条件建立所述监测天线的仿真模型；
[0074]
仿真模块，用于对所述仿真模型进行仿真获得各个频点的仿真结果；
[0075]
计算模块，用于将所述仿真结果的增益分布值的平均值作为标称值计算场强值。
[0076]
值得指出的是，该装置实施例是与方法实施例相对应的，上述方法实施例的所有实现方式均适用于该装置实施例中，故在此不在赘述。
[0077]
以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。