[发明专利]一种基于相关法的大天线方向图测量方法

权利要求书

1.一种基于相关法的大天线方向图测量方法，其特征在于步骤如下：

(1)针对待测天线可转动设计测量天线方向图的接收形式，测量需满足：观测源与待测天线相对运动，观测源相对运动轨迹掠过待测天线方向图主瓣中心；观测源与辅助天线相对静止，辅助天线始终指向观测源；观测源信号具有良好的相关性；

(2)将待测天线以ω的旋转速度从起始待测位置旋转至终止待测位置，记录测量总时间T，并采集T时间内待测天线和辅助天线的观测数据并保存；

(3)将测量总时间T按Δt时间为单位分成个数据段，每个数据段的数据长度为ΔN，然后分别对每个数据段内的观测数据进行处理；

(4)计算每段待测天线与辅助天线观测数据的互相关运算结果，进行互相关运算，并取互相关运算结果的最大值，即其目的是补偿路径时延带来的时延差，使得观测源信号的相关性达到最大；其中互相关运算点数为ΔN＝f_s·Δt，f_s为采样频率；

(5)利用计算对应每段辅助天线观测数据的自相关运算，取τ₂＝0处的自相关值以保证观测源信号的相关性达到最大；为充分利用数据，因此自相关运算点数为ΔN＝f_s·Δt，f_s为采样频率；

(6)得到和再利用计算并记录测量结果，其中C_m，C_r，均可测量获得且为常数，因此可计算得到M个测量结果并记录；

(7)若需要多次测量时，待测天线以同样的旋转速度和测量轨迹，进行下一次快速扫描，获得观测数据并与前次观测对齐后，将本次运算的互相关运算和自相关运算结果与前次进行累积，再利用步骤(3)～(6)中的计算方式，计算并记录，可得到M个积累后的记录值；

(8)将记录M个测量结果，进行归一化和插值处理，即得到待测天线方向图。

2.根据权利要求1所述的基于相关法的大天线方向图测量方法，其特征在于：待测天线接收信号的功率表达式为：

式(1)中，p_m为待测天线接收功率，p₀为观测源的等效全向辐射功率，G₀为观测源发射天线的增益，G_m为待测天线的增益，λ为观测源信号波长，为待测天线场强归一化方向性函数，其中θ为方位角，为俯仰角，d为观测源到待测天线的传播距离，L_A为观测源信号到待测天线的大气损耗；

同理，辅助天线接收信号的功率表达式为：

式(2)中，p_r为辅助天线接收功率，G_r为辅助天线的增益，为辅助天线场强归一化方向性函数，d′为观测源到辅助天线的传播距离，L′_A为观测源信号到辅助天线的大气损耗；

式(1)和式(2)可表示为：

式中令Cm=p0G0Gmλ2(4π)2,Cr=p0G0Grλ2(4π)2]]>为常数。

3.根据权利要求2所述的基于相关法的大天线方向图测量方法，其特征在于：

待测天线的接收信号x_m(t)可表示为：

辅助天线的接收信号x_r(t)可表示为：

式中：w₁(t)和w₂(t)分别表示两个通道噪声，且E[w₁(t)]＝E[w₂(t)]＝0，var[w₁(t)]＝σ₁²，var[w₂(t)]＝σ₂²，E[w₁(t)w₂(t)]＝0；s(t)观测源信号，与噪声w₁(t)、w₂(t)均不相关；

令和分别表示两通道中的观测源信号，且满足E[s₁(t)]＝E[s₂(t)]＝0，E[s1(t)s2(t)]=ρ{E[s12(t)]E[s22(t)]}12,]]>其中ρ表示s₁(t)与s₂(t)的相关系数；

根据相关函数的定义可知：

由于辅助天线始终对准观测源，所以观测源信号为平稳过程，则可令l＝t-τ；将式(7)可化简为：

同理可得辅助天线自相关函数为：

Rrr(τ2)=Crd2LARss(τ2)+Rw2(τ2)---(9)]]>

结合式(8)、式(9)可得：

令τ₁＝t₀，τ₂＝0，由式(10)可得：

即：

式(12)中C为常数，为即系统的噪声功率；实际情况中观测数据为有限长度，因此只能得到R_mr(n₀)(n₀为t₀的离散表示)的估计值可通过将待测天线与辅助天线观测数据的互相关运算结果取最大，来补偿路径延时，即其中估计表达式，如式(13)，R_rr(0)的估计值如式(14)；

R^mr(τ1)=1N1Σn=1N1-|τ1|xm(n)xr(n+τ1)---(13)]]>

R^rr(0)=1N2Σn=1N2xr(n)xr(n);---(14)]]>

式(13)、(14)中，N₁为计算互相关函数的运算点数；N₂为计算自相关函数的运算点数。