一种基于干扰对消的空间取样天线的设计方法及装置与流程

技术特征：
1.一种基于干扰对消的空间取样天线的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：预设多种取样天线的设置方法；对每种所述设置方法，基于取样天线表面电流分布的解析解，通过计算取样天线自阻抗以及主天线与取样天线的互阻抗，获取主天线与取样天线间的耦合度；同时基于所述取样天线表面电流分布的解析解，解析格式方向图，通过空间取样方法，计算干扰抑制比；基于每种所述设置方法对应的所述耦合度和/或所述干扰抑制比，结合阵列天线设计的约束条件，筛选出最优取样天线数量以及位置，完成对空间取样天线的设计；其中，所述取样天线表面电流分布的解析解的获取方法为：根据单线无耗传输线模型方程，计算取样天线上的初始电流分布；采用所述取样天线上的初始电流分布，修正所述单线无耗传输线模型方程中电流分量产生的动态场分布；引入沿天线位置变化的分布参数均值表示修正后的所述动态场分布，结合洛伦兹条件和电磁场边界条件，获取单线有耗传输线模型方程；通过所述单线有耗传输线模型方程结合金属表面电磁场边界条件，获取取样天线表面电流分布的解析解。2.根据权利要求1所述的空间取样天线的设计方法，其特征在于，修正后的动态场分布为：f
z
(z)=jωμi(z)
·
∫
0l
{[i(z')/i(z)]
·
e-jβz''
/4πz''}dz'其中，j为虚数；ω为角频率；μ为磁导率；i(z)表示坐标轴z处电流分布函数；i(z')表示坐标z'处电流数值；∫为积分符号；l为偶极子天线长度；β为自由空间传播常数；z''=sqrt[(z'-z)2 ρ2]且ρ表示偶极子天线的半径；dz'表示对z'的积分。3.根据权利要求2所述的空间取样天线的设计方法，其特征在于，所述单线有耗传输线模型方程为：
ə
v(z)/
ə
z=-jωl'
·
i(z) e(z)，
ə
i(z)/
ə
z=-jωc '
·
v(z)其中，
ə
偏导符号；v(z)为单线有耗传输线电位；e(z)表示源；c '=με/l'为容抗且ε为介电常数；l'为沿天线位置变化的分布参数；μ为磁导率。4.根据权利要求3所述的空间取样天线的设计方法，其特征在于，所述主天线与所述取样天线间的耦合度获取方法，包括以下步骤：基于所述取样天线表面电流分布的解析解，获取所述取样天线的远区辐射场方程；基于所述取样天线的远区辐射场方程，计算所述取样天线自阻抗以及所述主天线与所述取样天线的互阻抗；通过所述取样天线自阻抗以及所述主天线与取样天线的互阻抗，计算主天线与取样天线的散射矩阵；基于主天线与取样天线的散射矩阵，计算出主天线与取样天线间的耦合度。5.根据权利要求3或4所述的空间取样天线的设计方法，其特征在于，所述干扰抑制比的获取方法为：基于取样天线表面电流分布的解析解，获取取样天线的远区辐射场方程；通过自由空间波阻抗、取样天线的远区辐射场以及取样天线远场位置参数，获取取样天线方向图；
基于取样天线方向图，获取主天线和取样天线接收到的信号；根据主天线和取样天线接收到的信号，采用最小均方准则，获取空间取样天线权值；结合空间取样天线权值、主天线和取样天线接收到的信号，计算干扰抑制比。6.根据权利要求5所述的空间取样天线的设计方法，其特征在于，所述干扰抑制比为：icr=||s
m-w
opt
s
a
||2×
||c
m
n
m
||2/||s
m
||2/||c
m
n
m
‑ꢀ
w
opt
(c
a
n
a
) ||2其中，|| ||2为功率计算符号，c
m
=c
·
f
m
(θ
c
, φ
c
)、s
m
=s
·
f
m
(θ
s
, φ
s
)分别为主天线接收的干扰信号、通信信号，c
a
=c
·
f
a
(θ
c
, φ
c
)、s
a
=s
·
f
a
(θ
s
, φ
s
)分别为空间取样阵列天线接收的干扰信号、通信信号，n
m
、n
a
分别为主天线、取样天线收到的噪声信号；s为发射的通信信号；c为发射的干扰信号； f
a
(θ
s
, φ
s
)为取样天线方向图；f
m
(θ
s
, φ
s
)为主天线方向图；w
opt
为空间取样天线权值。7.根据权利要求6所述的空间取样天线的设计方法，其特征在于，所述取样天线的数量获取方法为：根据干扰源来波方向，确定取样天线的空间覆盖范围；根据主天线方向图数据、抗干扰容限和干扰取样方法，确定取样天线的增益；根据阵列天线设计的原理，通过取样天线的所述空间覆盖范围、所述增益和干扰源信号特征，获取取样天线数量与抗干扰容限之间的关系；结合实际舰船或车载平台上取样天线的适装性和成本，根据取样天线数量与抗感容限之间的关系，选取最优的取样天线数量。8.一种基于干扰对消的空间取样天线的设计装置，其特征在于，包括：天线设置模块，用于预设多种取样天线的设置方法；性能计算模块，用于对每种所述设置方法，基于取样天线表面电流分布的解析解，通过计算取样天线自阻抗以及主天线与取样天线的互阻抗，获取主天线与取样天线间的耦合度；同时基于所述取样天线表面电流分布的解析解，解析格式方向图，通过空间取样方法，计算干扰抑制比；天线设计模块，用于基于每种所述设置方法对应的所述耦合度和/或所述干扰抑制比，结合阵列天线设计的约束条件，筛选出最优取样天线数量以及位置，完成对空间取样天线的设计；表面电流分布获取模块，用于获取取样天线表面电流分布的解析解，具体执行方法为：根据单线无耗传输线模型方程，计算取样天线上的初始电流分布；采用所述取样天线上的初始电流分布，修正所述单线无耗传输线模型方程中电流分量产生的动态场分布；引入沿天线位置变化的分布参数均值表示修正后的所述动态场分布，结合洛伦兹条件和电磁场边界条件，获取单线有耗传输线模型方程；通过所述单线有耗传输线模型方程结合金属表面电磁场边界条件，获取取样天线表面电流分布的解析解。9.根据权利要求8所述的空间取样天线的设计装置，其特征在于，修正后的动态场分布为：f
z
(z)=jωμi(z)
·
∫
0l
{[i(z')/i(z)]
·
e-jβz''
/4πz''}dz'其中，j为虚数；ω为角频率；μ为磁导率；i(z)表示坐标轴z处电流分布函数；i(z')表示坐标z'处电流数值；∫为积分符号；l为偶极子天线长度；β为自由空间传播常数；z''=sqrt[(z'-z)2 ρ2]且ρ表示偶极子天线的半径；dz'表示对z'的积分；
所述单线有耗传输线模型方程为：
ə
v(z)/
ə
z=-jωl'
·
i(z) e(z)，
ə
i(z)/
ə
z=-jωc '
·
v(z)其中，
ə
偏导符号；v(z)为单线有耗传输线电位；e(z)表示源；c '=με/l'为容抗且ε为介电常数；l'为沿天线位置变化的分布参数。10.根据权利要求9所述的空间取样天线的设计装置，其特征在于，所述干扰抑制比为：icr=||s
m-w
opt
s
a
||2×
||c
m
n
m
||2/||s
m
||2/||c
m
n
m
‑ꢀ
w
opt
(c
a
n
a
) ||2其中，|| ||2为功率计算符号，c
m
=c
·
f
m
(θ
c
, φ
c
)、s
m
=s
·
f
m
(θ
s
, φ
s
)分别为主天线接收的干扰信号、通信信号，c
a
=c
·
f
a
(θ
c
, φ
c
)、s
a
=s
·
f
a
(θ
s
, φ
s
)分别为空间取样阵列天线接收的干扰信号、通信信号，n
m
、n
a
分别为主天线、取样天线收到的噪声信号；s为发射的通信信号；c为发射的干扰信号； f
a
(θ
s
, φ
s
)为取样天线方向图；f
m
(θ
s
, φ
s
)为主天线方向图；w
opt
为空间取样天线权值。

技术总结
本发明提供了一种基于干扰对消的空间取样天线的设计方法及装置，属于抗干扰取样天线技术领域，设计方法包括：基于取样天线表面电流分布的解析解，通过计算取样天线自阻抗以及主天线与取样天线的互阻抗，获取主天线与取样天线间的耦合度；同时解析格式方向图，通过空间取样方法计算干扰抑制比；结合阵列天线设计的约束条件，筛选出最优取样天线数量；取样天线表面电流分布的解析解获取方法为：采用取样天线上的初始电流分布，修正电流分量产生的动态场分布；引入沿天线位置变化的分布参数均值表示修正后的动态场分布，获取单线有耗传输线模型方程，进而得到取样天线表面电流分布的解析解。本发明可用于各种线天线类抗干扰取样天线的优化设计。线的优化设计。线的优化设计。


技术研发人员：罗康 何方敏 刘宏波 李亚星 杨凯 王青 李斌 谢明亮 李哲宇
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：2021.12.22
技术公布日：2022/1/21