一種獲取天線不同姿態(tài)下天線方向圖的方法
【專利摘要】本發(fā)明給出了一種獲取天線不同姿態(tài)下天線方向圖的方法。本方法將天線陣子的姿態(tài)變化分解為自旋和下傾兩部分，通過對自旋和下傾的兩種天線姿態(tài)的分析和方向圖的計(jì)算，最終得到任意姿態(tài)變化后的天線方向圖求解方法。本發(fā)明可支持任意極化方式的天線饋源的方向圖隨天線饋源姿態(tài)變化所引起的定量變化。本發(fā)明所提出的天線饋源姿態(tài)變化后的方向圖分析方法既可支持天線饋源的理想方向圖也可支持饋源的實(shí)測天線方向圖。
【專利說明】—種獲取天線不同姿態(tài)下天線方向圖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為天線建模領(lǐng)域，涉及一種獲取天線不同姿態(tài)下天線方向圖的方法，能夠廣泛地應(yīng)用到陣列天線系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002]在空間中，天線陣面會隨著地面控制指令的要求而指向(這里的指向可以理解天線陣面的法線方向)不同的角度。但是，一旦天線陣面產(chǎn)生移動，則天線所有饋源的方向圖將會發(fā)生變化。如果天線陣面指向改變后依然沿用沒改變天線陣面之前的方向圖，那么所得到的干擾空間角度指向?qū)⑴c真實(shí)干擾方向有偏差，進(jìn)而降低甚至失去空域抗干擾的能力。因此，有必要研究如何利用原始天線方向圖(基于暗室測量或者理論計(jì)算得到的)，通過理論推導(dǎo)得到天線姿態(tài)變化后的天線方向圖。從而使得天線指向變化后的調(diào)零處理器能夠正確計(jì)算出干擾指向，正常工作以規(guī)避干擾。
[0003]目前對于天線姿態(tài)變化的研究主要是從二維平面上天線姿態(tài)的變化開展的:
[0004]Ramya Bhagavatula等人提出了用戶終端姿態(tài)位置的變化會引起天線方向圖的變化，進(jìn)而造成接收功率的變化。在水平二維平面上，引入終端姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)矩陣來建模終端姿態(tài)的變化。 [0005]3GPP36.814標(biāo)準(zhǔn)中分析了在垂直大地的平面內(nèi)，天線下傾角變化對極化方向圖的影響，并將天線傾角變化與方向圖變化之間的關(guān)系建立起函數(shù)關(guān)系，但其算法僅對線極化天線以及理論方向圖有效，并不支持其他天線類型，三維空間內(nèi)天線姿態(tài)的任意變化以及實(shí)測天線方向圖。
[0006]以上【背景技術(shù)】均未分析天線姿態(tài)在三維空間中任意變化時(shí)天線極化三維方向圖的變化以及其解析解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種獲取天線不同姿態(tài)下天線方向圖的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)只能對天線姿態(tài)在二維空間中變化后的方向圖求解的缺陷。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種獲取天線不同姿態(tài)下天線方向圖的方法，步驟如下:
[0009]I)建立坐標(biāo)系，定義天線姿態(tài):
[0010]11)建立全局坐標(biāo)系:以正東方向?yàn)閄軸，垂直大地方向?yàn)棣戚S的笛卡爾坐標(biāo)系為全局坐標(biāo)系，用(x, y, ζ)表示；
[0011]12)定義來波方內(nèi)》在全局坐標(biāo)系(X，y，z)中，來波方向/i在xy平面的投影與X軸正方向的夾角為水平角Φ，來波方向?與xy平面的夾角為俯仰角Θ，來波方向i在全局坐標(biāo)系中的表示為(Φ，Θ);
[0012]13)建立天線原始坐標(biāo)系:測量得到原始天線極化方向圖，該原始天線極化方向圖包括原始水平極化方向圖FH((j5 '，θ')和原始垂直極化方向圖？￥((35 '，θ');定義天線原始坐標(biāo)系為(X’，y’，Z’ );定義來波方向#1在天線原始坐標(biāo)系中的水平角和俯仰角分別為Φ'和θ ';定義來波方向i在天線原始坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(Φ'，θ ')；
[0013]14)定義天線原始姿態(tài):當(dāng)天線原始坐標(biāo)系(X’，y’，ζ’)與全局坐標(biāo)系(x, y, ζ)重合時(shí)，定義此時(shí)的天線處于天線的原始姿態(tài)；
[0014]15)定義天線的特定姿態(tài):除天線原始姿態(tài)以外的姿態(tài)均稱為天線的特定姿態(tài)；
[0015]16)定義來波方向在全局坐標(biāo)系下的垂直極化方向和水平極化方向分別為
φ，其中，垂直極化方向I在ζ軸和來波方向^確定的平面上；水平極化方向多垂直于來波方向且垂直于垂直極化方向# ；
[0016]17)定義來波方向ι?在原始坐標(biāo)系下的垂直極化方向和水平極化方向分別為Θ' ψ'，其中，垂直極化方向#在ζ’軸和來波方向良確定的平面上，且垂直于來波方向H； #垂直于來波方向I且垂直于垂直極化方向；當(dāng)天線在特定姿態(tài)時(shí)，天線原始坐標(biāo)系和全局坐標(biāo)系不再重合，因此夕和參之間存在夾角和#之間也存在夾角，定義φ和f的夾角以及6和^之間的夾角均為Ψ ；
[0017]2)根據(jù)來波方向i在天線原始坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Φ '，θ')，在原始天線極化方向圖中查找得到來波方向i的水平極化方向#上的分量？11((]5'，θ')和垂直極化方向#上的分量值Fv(Cj) '，0');
[0018]3)定義當(dāng)天線任意姿態(tài)下，天線原始坐標(biāo)系的X’軸與全局坐標(biāo)系的X軸的夾角為Y，天線原始坐標(biāo)系的Ζ’軸與全局坐標(biāo)系的Z軸的夾角為β ;當(dāng)天線姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，天線原始坐標(biāo)系繞Z軸自旋,定義自旋后的天線原始坐標(biāo)系(X，y, Ζ)變?yōu)?Xn, Yn, Zn),天線原始坐標(biāo)系繞Z軸自旋至坐標(biāo)軸Xn與X夾角為Y ,坐標(biāo)軸Yn與y的夾角也為Y時(shí)，天線再沿Yn軸下傾β角，此時(shí)
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種獲取天線不同姿態(tài)下天線方向圖的方法，其特征在于步驟如下: 1)建立坐標(biāo)系，定義天線姿態(tài): 11)建立全局坐標(biāo)系:以正東方向?yàn)閄軸，垂直大地方向?yàn)閆軸的笛卡爾坐標(biāo)系為全局坐標(biāo)系，用(X，y, z)表示； 12)定義來波方向#1:在全局坐標(biāo)系(x，y，z)中，來波方向?在xy平面的投影與X軸正方向的夾角為水平角Φ，來波方向Λ與xy平面的夾角為俯仰角Θ，來波方向?在全局坐標(biāo)系中的表不為(Φ，Θ ); 13)建立天線原始坐標(biāo)系:測量得到原始天線極化方向圖，該原始天線極化方向圖包括原始水平極化方向圖Fh(cK，θ')和原始垂直極化方向圖巧((^'，θ');定義天線原始坐標(biāo)系為(X’，y’，z’ );定義來波方向6在天線原始坐標(biāo)系中的水平角和俯仰角分別為Φ'和θ ';定義來波方向?1在天線原始坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(Φ'，θ ')； 14)定義天線原始姿態(tài):當(dāng)天線原始坐標(biāo)系(X’，y’，z’)與全局坐標(biāo)系(X，y,z)重合時(shí)，定義此時(shí)的天線處于天線的原始姿態(tài)； 15)定義天線的特定姿態(tài):除天線原始姿態(tài)以外的姿態(tài)均稱為天線的特定姿態(tài)； 16)定義來波方向,I在全局坐標(biāo)系下的垂直極化方向和水平極化方向分別為^和#，其中，垂直極化方向#在z軸和來波方向?確定的平面上；水平極化方向f垂直于來波方向g且垂直于垂直極化方向《； 17)定義來波方向?在原始坐標(biāo)系下的垂直極化方向和水平極化方向分別為#和#，其中，垂直極化方向#在ζ’軸和來波方向?確定的平面上，且垂直于來波方向 #垂直于來波方向η且垂直于垂直極化方向；當(dāng)天線在特定姿態(tài)時(shí)，天線原始坐標(biāo)系和全局坐標(biāo)系不再重合，因此參和來之間存在夾角，<1和#之間也存在夾角，定義J和#的夾角以及6和^之間的夾角均為Ψ ； 2)根據(jù)來波方向Ii在天線原始坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Φ'，θ')，在原始天線極化方向圖中查找得到來波方向,i的水平極化方向#上的分量？11((]5'，θ')和垂直極化方向奢上的分量值巧(小'，θ '); 3)定義當(dāng)天線任意姿態(tài)下，天線原始坐標(biāo)系的V軸與全局坐標(biāo)系的X軸的夾角為Y，天線原始坐標(biāo)系的Ζ’軸與全局坐標(biāo)系的Z軸的夾角為β ;當(dāng)天線姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，天線原始坐標(biāo)系繞Z軸自旋,定義自旋后的天線原始坐標(biāo)系(X，y, Z)變?yōu)?Xn, Yn, Zn),天線原始坐標(biāo)系繞Z軸自旋至坐標(biāo)軸Xn與X夾角為Y，坐標(biāo)軸Yn與7的夾角也為Y時(shí)，天線再沿Yn軸下傾β角，此時(shí)
f π \ r=sign[^-|.y*|rj.⑴ 其中，
Φ I =arccos ? (Bx, By, Bz)，(A，x, A，y, A，z) >) ; (2)
【文檔編號】H01Q21/00GK103902821SQ201410121352
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】種稚萌, 張傳林, 樓大年 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所