一種基于電磁場(chǎng)角動(dòng)量的天線定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及了一種三維電磁場(chǎng)信息的應(yīng)用技術(shù)，特別涉及一種基于電磁場(chǎng)角動(dòng)量 的天線定位方法，該天線定位方法利用了三維電磁場(chǎng)信息作發(fā)射天線的定位。
【背景技術(shù)】
[0002] 在衛(wèi)星定位系統(tǒng)里，需要收發(fā)雙方利用通信的手段，知道發(fā)射天線與接收天線的 信號(hào)的延時(shí)來(lái)確定天線的位置，如果雙方通信是保密的，那么發(fā)射天線的信號(hào)傳送到接收 天線上的時(shí)延就不可以被計(jì)算出來(lái)，則衛(wèi)星定位就失效；在雷達(dá)定位系統(tǒng)中，如果對(duì)方涂上 吸波材料，那么發(fā)射天線的電磁場(chǎng)就會(huì)給吸收，與目標(biāo)之間的距離也不能被計(jì)算出來(lái)，那么 雷達(dá)定位就失效。
[0003] 總之，以上兩種方法都需要主動(dòng)發(fā)射出信號(hào)才能達(dá)到定位，是有源定位的方法。在 有源定位中，如果主動(dòng)發(fā)射的信號(hào)不能被接收方知道，那么定位就完全失效。
[0004] 在實(shí)際的軍事應(yīng)用中，衛(wèi)星定位只能定位出我軍人員的天線位置，不能找出敵人 天線的位置，則不能對(duì)敵人進(jìn)行攻擊。在雷達(dá)定位中，如果敵人涂上吸波材料，則一樣不能 找出敵人的位置，同樣不能對(duì)敵人進(jìn)行攻擊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)在的衛(wèi)星定位與雷達(dá)定位的失效情況，提出一種基于電 磁場(chǎng)角動(dòng)量的天線定位方法，該天線定位方法只要對(duì)方發(fā)出電磁波信號(hào)，我方就可以確定 對(duì)方的位置，是一種全新的無(wú)源定位方法。
[0006] 本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于電磁場(chǎng)角動(dòng)量的天線定位方法， 包括以下步驟：
[0007] 步驟S1、測(cè)量發(fā)射天線的三維電磁場(chǎng)；利用高隔離度的三極化電偶極子天線和磁 偶極子天線，測(cè)量出發(fā)射天線至少兩個(gè)點(diǎn)的電磁場(chǎng)信息；測(cè)量的電磁場(chǎng)信息越多定位越準(zhǔn) 確。
[0008] 步驟S2、計(jì)算三維電磁場(chǎng)關(guān)于空間某一點(diǎn)的角動(dòng)量平方；
[0009] 步驟S3、找出角動(dòng)量平方最小的參考點(diǎn)，就是天線所在的位置。
[0010] 作為優(yōu)選，所述步驟S2包括以下步驟：
[0011] 步驟21、計(jì)算出發(fā)射天線的電磁場(chǎng)角動(dòng)量，計(jì)算公式如下：
[0013] 其中，J為角動(dòng)量，e ^為真空介電常數(shù)，r為場(chǎng)點(diǎn)，d為參考點(diǎn)，Re為取實(shí)部運(yùn)算， E為電場(chǎng)矢量，磁場(chǎng)矢量的共軛值；
[0014] 步驟22、把角動(dòng)量轉(zhuǎn)換成角動(dòng)量平方。
[0015] 作為優(yōu)選，所述步驟S3包括以下步驟：
[0016] 步驟31、計(jì)算角動(dòng)量平方隨參考點(diǎn)變化的函數(shù)，計(jì)算所述函數(shù)的公式如下：
[0018] 其中，|j(d) |2表示角動(dòng)量平方，J為角動(dòng)量，e ^為真空介電常數(shù)，r為場(chǎng)點(diǎn)，d為 參考點(diǎn)，Re為取實(shí)部運(yùn)算，E為電場(chǎng)矢量，磁場(chǎng)矢量的共軛值，dv為體積分微元。
[0019] 步驟32、找出角動(dòng)量平方的最小值，所述角動(dòng)量平方的最小值所對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)為 七"，則(1_即是天線所在的位置。
[0020] 作為優(yōu)選，在步驟32中，所述角動(dòng)量平方最小的參考點(diǎn)有且僅有一個(gè)。
[0021] 本發(fā)明利用了發(fā)射天線在遠(yuǎn)場(chǎng)的三維電磁場(chǎng)信息，在天線遠(yuǎn)場(chǎng)任意測(cè)量天線的三 維電磁場(chǎng)信息，最少任意測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)的三維電磁場(chǎng)信息。
[0022] 本發(fā)明利用所測(cè)量的三維電磁場(chǎng)信息計(jì)算關(guān)于空間某一點(diǎn)的角動(dòng)量平方，寫(xiě)出角 動(dòng)量平方關(guān)于空間坐標(biāo)的解釋表達(dá)式。
[0023] 本發(fā)明找出的角動(dòng)量平方最小的參考點(diǎn)，說(shuō)明了電磁場(chǎng)都是從這個(gè)參考點(diǎn)徑向射 出，就是天線所在的位置，找出角動(dòng)量平方最小的參考點(diǎn)可以利用三元函數(shù)求極值的辦法。
[0024] 本發(fā)明的原理：本發(fā)明利用了發(fā)射天線在遠(yuǎn)場(chǎng)的三維電磁場(chǎng)信息，并利用三維電 磁場(chǎng)信息計(jì)算關(guān)于空間某一個(gè)點(diǎn)的角動(dòng)量平方，天線的輻射中心定義為角動(dòng)量平方最小的 參考點(diǎn)，也就是天線的所在位置。
[0025] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)與有益效果：
[0026] 利用本發(fā)明的電磁場(chǎng)角動(dòng)量的天線定位，只要對(duì)方的天線發(fā)出信號(hào)一旦被我方測(cè) 量出來(lái)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線的定位，注意此技術(shù)與天線的形狀、頻率、極化方式都沒(méi)有關(guān)系。 這種定位方法只需要知道被定位天線發(fā)出的電磁場(chǎng)，是一種無(wú)源定位的方法。在所提出的 無(wú)源定位方法中，并不需要主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，只要知道被定位天線的電磁場(chǎng)就可以實(shí)現(xiàn)定位， 在很多的情況下收發(fā)雙方是沒(méi)有通信的，此時(shí)有源定位會(huì)完全失效，在收發(fā)雙方是沒(méi)有通 信時(shí)必需采用無(wú)源定位，本發(fā)明的無(wú)源定位的應(yīng)用范圍更廣泛，定位準(zhǔn)確，定位精度高。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為基于電磁場(chǎng)角動(dòng)量的天線定位方法流程圖。
[0028] 圖2為基于電磁場(chǎng)角動(dòng)量的一維的天線定位情況。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0030] 實(shí)施例
[0031] 如圖1所示，一種基于電磁場(chǎng)角動(dòng)量的天線定位方法，包括以下步驟：
[0032] 步驟S1、測(cè)量發(fā)射天線的三維電磁場(chǎng)，可以測(cè)量發(fā)射天線的任意位置的三維電磁 場(chǎng)，但最少要測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)的三維電磁場(chǎng)信息。
[0033] 步驟S2、利用電磁場(chǎng)角動(dòng)量的表達(dá)式，計(jì)算三維電磁場(chǎng)關(guān)于空間某一個(gè)點(diǎn)的角動(dòng) 量平方，電磁場(chǎng)角動(dòng)量表達(dá)式如下：
[0035]其中，J為角動(dòng)量，e ^為真空介電常數(shù)，r為場(chǎng)點(diǎn)，d為參考點(diǎn)，Re為取實(shí)部運(yùn)算， E為電場(chǎng)矢量，B#為磁場(chǎng)矢量取共軛，dv為體積分微元。
[0036]步驟S3、找出角動(dòng)量平方最小的參考點(diǎn)，就是天線所在的位置。
[0037]如圖2所示，被定位的天線放在橫坐標(biāo)x軸的某個(gè)位置上，在縱坐標(biāo)y軸方向的某 個(gè)區(qū)域測(cè)量出任意兩個(gè)點(diǎn)（即：第一個(gè)點(diǎn)和第二個(gè)點(diǎn)）的三維電磁場(chǎng)，也就是測(cè)出第一個(gè)點(diǎn) 的電場(chǎng)橫分量，第一個(gè)點(diǎn)的電場(chǎng)縱分量，第一個(gè)點(diǎn)的電場(chǎng)豎分量，第一個(gè)點(diǎn)的磁場(chǎng)橫分量， 第一個(gè)點(diǎn)的磁場(chǎng)縱分量，第一個(gè)點(diǎn)的磁場(chǎng)豎分量；第二個(gè)點(diǎn)的電場(chǎng)橫分量，第二個(gè)點(diǎn)的電 場(chǎng)縱分量，第二個(gè)點(diǎn)的電場(chǎng)豎分量，第二個(gè)點(diǎn)的磁場(chǎng)橫分量，第二個(gè)點(diǎn)的磁場(chǎng)縱分量，第 二個(gè)點(diǎn)的磁場(chǎng)豎分量，利用以下公式計(jì)算出角動(dòng)量平方關(guān)于x軸的函數(shù)，找出角動(dòng)量平方 最小的參考點(diǎn)A :
[0039] 式中，J為角動(dòng)量，e ^為真空介電常數(shù)，r為場(chǎng)點(diǎn)，d為參考點(diǎn)，Re為取實(shí)部運(yùn)算， E為電場(chǎng)矢量，B#為磁場(chǎng)矢量取共軛，dv為體積分微元。
[0040] 在圖2中，為了方便畫(huà)圖，用角動(dòng)量平方取對(duì)數(shù)log(|j(d) |2)來(lái)代替角動(dòng)量平方 J(d) |2;所述角動(dòng)量平方最小的參考點(diǎn)A就是天線所在的位置，只要在遠(yuǎn)處測(cè)量出電磁場(chǎng) 的信息，就可以計(jì)算出角動(dòng)量平方隨x的變化，A的位置就是角動(dòng)量平方的最小值，也就是 天線所在的位置。
[0041] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于電磁場(chǎng)角動(dòng)量的天線定位方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟S1、測(cè)量發(fā)射天線的三維電磁場(chǎng)；利用高隔離度的三極化電偶極子天線和磁偶極 子天線，測(cè)量出發(fā)射天線至少兩個(gè)點(diǎn)的電磁場(chǎng)信息； 步驟S2、計(jì)算三維電磁場(chǎng)關(guān)于空間某一點(diǎn)的角動(dòng)量平方； 步驟S3、找出角動(dòng)量平方最小的參考點(diǎn)，就是天線所在的位置。2. 如權(quán)利要求1所述的基于電磁場(chǎng)角動(dòng)量的天線定位方法，其特征在于，所述步驟S2 包括以下步驟： 步驟21、計(jì)算出發(fā)射天線的電磁場(chǎng)角動(dòng)量，計(jì)算公式如下： J(d) =e〇 工（r-d)XRe{EXB*}dv， （公式I) 其中，J為角動(dòng)量，e^為真空介電常數(shù)，r為場(chǎng)點(diǎn)，d為參考點(diǎn)，Re為取實(shí)部運(yùn)算，E為 電場(chǎng)矢量，8#為磁場(chǎng)矢量的共軛值； 步驟22、把角動(dòng)量轉(zhuǎn)換成角動(dòng)量平方。3. 如權(quán)利要求1所述的基于電磁場(chǎng)角動(dòng)量的天線定位方法，其特征在于，所述步驟S3 包括以下步驟： 步驟31、計(jì)算角動(dòng)量平方隨參考點(diǎn)變化的函數(shù)，計(jì)算所述函數(shù)的公式如下： J(d)I2=Ie。/ (r-d)XRe{EXB*}dv|2， （公式 2) 其中，|j(d)I2表示角動(dòng)量平方，J為角動(dòng)量，e。為真空介電常數(shù)，！為場(chǎng)點(diǎn)，d為參考 點(diǎn)，Re為取實(shí)部運(yùn)算，E為電場(chǎng)矢量，為磁場(chǎng)矢量的共軛值，dv為體積分微元； 步驟32、找出角動(dòng)量平方的最小值，所述角動(dòng)量平方的最小值所對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)為dmin， 則dmin即是天線所在的位置。4. 如權(quán)利要求3所述的基于電磁場(chǎng)角動(dòng)量的天線定位方法，其特征在于，在步驟32中， 所述角動(dòng)量平方的最小值的參考點(diǎn)有且僅有一個(gè)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電磁場(chǎng)角動(dòng)量的天線定位方法，包括以下步驟：步驟S1、測(cè)量發(fā)射天線的三維電磁場(chǎng)；利用高隔離度的三極化電偶極子天線和磁偶極子天線，測(cè)量出發(fā)射天線至少兩個(gè)點(diǎn)的電磁場(chǎng)信息；步驟S2、計(jì)算三維電磁場(chǎng)關(guān)于空間某一點(diǎn)的角動(dòng)量平方；步驟S3、找出角動(dòng)量平方最小的參考點(diǎn)，就是天線所在的位置。具有在收發(fā)雙方是沒(méi)有通信時(shí)都能準(zhǔn)確定位等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01S5/00
【公開(kāi)號(hào)】CN104931924
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510323638
【發(fā)明人】李融林, 劉柏楊, 崔悅慧
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月12日