本發(fā)明屬于儀器設備校準
技術(shù)領域：
，涉及一種射頻仿真系統(tǒng)中球面復合陣列近場效應的校準方法。
背景技術(shù)：
：射頻半實物仿真系統(tǒng)在導彈制導系統(tǒng)性能評估、系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試與驗證、飛行試驗結(jié)果預測與故障復現(xiàn)等方面有著不可替代的作用，不但能夠有效的縮短導彈研制周期，還可大大節(jié)約科研經(jīng)費。半實物仿真能夠在雷達系統(tǒng)仿真中，解決數(shù)學仿真中某些部分不易建模和物理仿真中費用較高，結(jié)構(gòu)難以進行修改的問題。半實物射頻仿真系統(tǒng)一般包括以下六個部分：電磁波暗室、射頻目標仿真器、計算機及其接口、目標和干擾環(huán)境模型的數(shù)據(jù)庫及相應的軟件、監(jiān)控操作臺及顯示設備、校準系統(tǒng)。射頻仿真中，電磁波信號由暗室中的球面天線陣列中的一個相應子陣(由三個輻射天線組成，以下稱三元組)輻射，通過饋電裝置給予目標位置三元組一定比例的功率，射頻目標仿真器便能產(chǎn)生目標信號，提供試驗所需要的外界電磁環(huán)境。由于電磁波暗室和仿真測試系統(tǒng)造價昂貴，通常半實物仿真系統(tǒng)并不能滿足測試所需的“遠場條件”，待測系統(tǒng)一般是工作于三元組的“輻射近場”區(qū)，為保證測試精度，必須對仿真系統(tǒng)的近場效應進行有效的校正；隨著應用發(fā)展需要，試驗要求射頻半實物仿真系統(tǒng)能夠提供更加復雜的電磁環(huán)境，在同一個發(fā)射天線陣列上實現(xiàn)多個頻段的目標信號的球面復合陣列也已提出，單陣列近場效應的校正方法不能滿足球面復合陣列近場效應的校正精度。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種射頻仿真系統(tǒng)中球面復合陣列近場效應的校準方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：在被測單元處實現(xiàn)較高測角精度，校準了因為球面復合陣列近場效應所帶來的誤差，通過誤差校準表，實現(xiàn)半實物仿真系統(tǒng)中各發(fā)射“三元組”的快速、準確控制。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種射頻仿真系統(tǒng)中球面復合陣列近場效應的校準方法，該方法包括以下具體步驟：步驟1：以發(fā)射天線球面陣列球心即被測目標的接收天線位置為坐標原點，根據(jù)所需電磁波信號的方位角與俯仰角，用重心公式計算陣列中對應三元組(球面復合陣列上任意相鄰的三個同頻天線組成的子陣)各單元的輸入功率初值，以及在被測目標處來波等效相位中心的估計值；步驟2：使用重心公式所得三元組各單元輸入功率的初值，用全波方法和一致性幾何繞射理論(UTD)相結(jié)合的混合算法，計算工作三元組及近旁同頻和異頻單元存在時的復雜電磁環(huán)境下接收天線附近的三元組輻射近場的幅度和相位分布；步驟3：根據(jù)計算所得的三元組輻射場的相位分布，用相位梯度法計算三元組電磁波信號的等效相位中心的準確值與估計值的方位偏差lx和俯仰偏差ly，lx與ly分別除以陣面半徑便得到方位方向和俯仰方向的測角偏差，即所謂“測角誤差”；步驟4：如測角誤差小于所給定的誤差范圍，則以重心公式所得的功率作為三元組各單元實際輸入功率；否則按修正公式對三元組各單元的輸入功率值進行修正，得到更精確的輸入功率值，重復上述步驟1至步驟3直到獲得滿足給定誤差范圍的測角誤差；其中，修正公式如下所示：M3=L2·(1-υQ)+(τQ*L-L2-(lx+ly.tan∂))L2·(1-υQ)-(τQ*L-L2-(lx+ly.tan∂))]]>M2=(1+M3)·L2+(τQ*L-L2)2-((1-υQ)*L)2+(τQ*L-L2)2-lycos((1-υQ)*L)2+(τQ*L-L2)2+lycos]]>三元組中三個天線分別命名為Mic1、Mic2以及Mic3，其相應的輸入幅度分別為M1、M2以及M3，以Mic1的輸入幅度為基準，即M1＝1，L為三元組中任意兩天線連線長度，M3和M2為指定等效相位中心位置處Q(τQ，υQ)并考慮了由于近場效應引起的方位方向和俯仰方向的偏差(lx，ly)的修正后的輸入幅度；根據(jù)修正后的輸入幅度能夠計算三元組各單元相應的修正后輸入功率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:克服了射頻半實物仿真系統(tǒng)中球面復合陣列近場效應所帶來的誤差。附圖說明圖1球面復合陣列局部示意圖；圖2本發(fā)明流程圖；圖3收發(fā)天線(以接收天線中點為坐標原點)關系圖；圖4收發(fā)天線(以三元組等效相位中心點為坐標原點)關系圖；圖5Q點位置修正計算原理圖；圖6球面復合陣列中微波三元組近場效應修正前后比較圖；圖7球面復合陣列中毫米波三元組近場效應修正前后比較圖。具體實施方式本發(fā)明所述的球面復合陣列由微波陣列與毫米波陣列組成，如圖1所示，顯示了球面復合陣列局部；圖中，●為微波天線，■為毫米波天線，a為微波三元組，b為毫米波三元組。參閱圖2，本發(fā)明的流程如下：(1)以接收天線中心為坐標原點O建立笛卡爾坐標系，天線Mic1、Mic2、Mic3組成三元組并且分布在半徑為R的陣面上，接收天線軸線指向Mic1，如圖3所示，描述了接收天線與發(fā)射天線之間的關系，圖中，◇為接收天線，●為微波天線，■為毫米波天線，微波天線與毫米波天線均表示發(fā)射天線。選擇三元組所在面上任意一點Q(如圖5所示)作為等效相位中心點，即目標信號的發(fā)射位置。根據(jù)以下重心公式即可獲得歸一化的三元組各單元的激勵幅度比例，根據(jù)歸一化的幅度比例計算相應的功率，作為三元組各單元輸入功率初值。式中的φ與θ分別表示該坐標系下等效相位中心的方位角和俯仰角，φi與θi分別表示三元組各單元的方位角與俯仰角，等效相位中心方位角和俯仰角的變化范圍為固定值分別為Δφ和Δθ，Ei表示三元組各單元的幅度。(2)以上一步等效相位中心Q點為坐標原點O建立笛卡爾坐標系，建立三元組仿真模型，接收天線位于輻射近場區(qū)，如圖4所示，其中O’為仿真計算得到的等效相位中心的位置。給予三元組上一步計算的輸入功率初值，接著仿真得到接收天線處的幅度和相位分布，根據(jù)相位梯度法計算三元組仿真得到的新的等效相位中心點。lx=2(αsinηcosψ-βcosηsinψ)sin2ηly=2(αsinηsinψ+βcosηcosψ)sin2η]]>上式的含義是仿真計算得到的新的等效相位中心點的方位偏差和俯仰偏差。該坐標系中的ψ和η分別表示接收天線中心處的方位角和俯仰角，α和β分別表示接收天線位置處相位沿著η和ψ方向的梯度除以傳播常數(shù)k。dx=lxRdy=lyR]]>上式中dx和dy分別表示方位方向和俯仰方向的測角誤差，其中R表示球面復合陣列的陣面半徑。(3)判斷測角誤差是否超過給定的誤差范圍，如果超過了給定的誤差范圍則需要求取該等效相位中心點的修正的幅度比例。當?shù)刃辔恢行狞c位于點Q(τQ，υQ)時，方位偏差和俯仰偏差分別為lx和ly，σ值為Q點位置的角度，L為三元組天線中任意兩天線之間的間距。具體如圖5所示，橫坐標τ表示天線1與天線3連線上不同位置距離天線1的長度所占總長度的比例值，縱坐標υ表示天線1天線3連線中點與天線2連線上不同位置與連線中點的長度所占總長度的比例值。σ=tan-1τQυQ]]>以Mic1的輸入幅度作為基準，Mic1幅度M1＝1；先修正等效相位中心點在方位方向的偏差，再修正因為Mic2的引入而存在的沿著過Q點的斜線方向的偏差。方位方向的偏差值為lx與ly的方位方向分量的和為lx+ly.tanσ，Mic2與Q連線方向存在的偏差值為俯仰方向偏差值沿著該連線方向的一個分量為ly/cosσ。經(jīng)過化簡整理可得修正后的天線2，天線3的輔助修正公式：M3=L2·(1-υQ)+(τQ*L-L2-(lx+ly.tan∂))L2·(1-υQ)-(τQ*L-L2-(lx+ly.tan∂))]]>M2=(1+M3)·L2+(τQ*L-L2)2-((1-υQ)*L)2+(τQ*L-L2)2-lycos((1-υQ)*L)2+(τQ*L-L2)2+lycos]]>求修正后歸一化幅度比例對應的功率值并且作為三元組實際的輸入功率，返回到(2)計算測角偏差，循環(huán)直到獲得滿足給定測角偏差范圍的三元組輸入功率。(4)由以上三個步驟可以求取三個天線連線區(qū)域內(nèi)任意位置作為等效相位中心點的修正后的三個天線幅度比例，接著歸一化幅度比例，給出相對應的功率比例并且制成修正表以供試用。根據(jù)上述球面復合陣列近場效應校準的流程分析的實例見實施例1。本發(fā)明結(jié)合以下實施例1作具體說明，但不用來限制本發(fā)明的保護范圍。實施例1球面復合陣列中微波/毫米波三元組近場效應校準，包括以下內(nèi)容：首先建立仿真模型，選擇球面復合陣列中任意一組相鄰的微波/毫米波天線組成三元組并且給予其輸入功率初值，其它位置的微波天線和毫米波天線不給予輸入功率。接收天線軸線指向三元組天線Mic1。將等效相位中心設置為三元組所在平面兩天線連線中垂線上，中垂線分為十等份，九個間隔點便是等效相位中心的位置。根據(jù)重心公式獲得目標信號來源于中垂線不同位置時三元組各單元應給予的輸入功率初值，仿真、計算獲得目標信號來源于中垂線上不同位置時的測角誤差值，接著根據(jù)球面復合陣列近場效應修正原理得到三元組輸入功率的修正值，仿真、計算獲得修正后的目標信號來源于中垂線上不同位置時的測角誤差值。因為目標信號來源于中垂線上不同位置時天線1和天線2的對稱性，所以測角誤差主要發(fā)生在俯仰方向，方位方向測角誤差可以忽略不計。如圖6所示，顯示了微波三元組修正前后中垂線上俯仰測角誤差的變化情況，其中▲線條表示修正前俯仰方向測角誤差，◆線條表示修正后俯仰方向測角誤差，通過近場效應修正使得最大等效相位中心俯仰測角誤差降低了97.50％；如圖7所示，顯示了毫米波三元組修正前后中垂線上俯仰測角誤差的變化情況，其中▲線條表示修正前俯仰方向測角誤差，◆線條表示修正后俯仰方向測角誤差，通過近場效應修正使得最大等效相位中心俯仰測角誤差降低了99.76％。當前第1頁1 2 3