用于计算混响腔的品质因数Q的方法技术

一种方法包括收集混响腔(210)内的位置处的场表征测量值的数据集，该混响腔由具有多个离散电磁频率的信号激发；以及以频率步长(Δf)对数据集执行多次(n)循环移位并且在每次移位时计算基于协方差的系数，直到该系数表明相关性的缺乏。该方法进一步包括按照fc/(Δf×n)计算混响腔(210)的品质因数(Q)，其中fc是数据集的中心频率。

【技术实现步骤摘要】
混响腔的品质因数估计
技术介绍
大的混响腔(reverberant cavity)的品质因数(Q)可以被用来描述腔存储能量的能力。较高的Q指示相对于所存储的能量的较低的能量损耗率。 简单腔的Q的分析表达式可以基于容积、表面积、以及壁传导性的数学模型。然而，复杂腔可能极其难以数学建模。举例来说，复杂腔就真实容积而言可能难以表征。此外，损耗可能难以估计。因此，复杂腔的Q可能难以确定。
技术实现思路
根据本文中的实施例，一种方法包括收集混响腔内的位置处的场表征测量值的数据集，该混合腔由具有多个离散电磁频率的信号激励。该方法进一步包括以频率步长(Λ f)对数据集执行多次(η)循环移位并且在每一次移位时计算基于协方差的系数，直到系数表明相关性的缺乏；以及按照fc/(AfXn)计算混响腔的品质因数(Q)，其中fc是数据集的中心频率。 根据本文中的另一实施例，飞行器包含具有复杂混响腔的多个结构、腔中的多个天线，以及飞行器航空电子设备，该飞行器航空电子设备用于使用天线以借助具有多个离散电磁频率的信号来激发腔并且获得每个腔的场表征测量值的数据集。针对每一数据集，航空电子设备以频率步长(Af)对该数据集合执行多次(η)循环移位并且在每一次移位时计算基于协方差的系数，直到该系数指示相关性的缺乏。航空电子设备随后按照fc/(AfXn)来计算该位置处的品质因数(Q)，其中fc是数据集中心频率。 根据本文中的另一实施例，一种用于分析混响腔的网络分析机器包含:信号生成器，其用于在第一以及第二端口上生成以多个离散电磁频率激励腔的信号；接收器，其用于读取第一以及第二端口上的信号；以及处理器，其经编程以处理所接收的信号，从而收集该位置处的功率测量值的数据集。处理器进一步经编程以按频率步长(Af)对数据集执行多次(η)循环移位并且在每一次移位时计算基于协方差的系数，直到该系数指示相关性的缺乏；以及按照fc/(AfXn)计算混响腔的品质因数(Q)，其中fc是该数据集的中心频率。 这些特征以及功能可以在各种实施例中被独立实现或可以在其它实施例中被组合。参考下列描述以及附图可以看到实施例的进一步的细节。 【附图说明】 图1是用于估计混响腔的Q的方法的图示。 图2是用于估计混响腔的Q的系统的图示。 图3A是测量值的原始数据集的循环移位的图示。 图3B是经循环移位的数据集与原始数据集的相关性的图示。 图4是估计并且使用大的数据集的区段的Q的方法的图示。 图5是包括具有复杂混响腔的结构的飞行器的图示。 图6是在飞行器中实时估计并且使用Q的方法的图示。 图7是制造包括复杂混响腔的仓库的图示。 【具体实施方式】 参考图1，其示出估计混响腔的品质因数(Q)的方法，该混响腔可以是简单或复杂的。腔的内表面反射电磁波并且显示在谐振频率下的谐振或谐振行为。如本文中所使用，术语“谐振模式带宽”指代独立模式之间的频率间隔。 在方框110处，腔由具有多个离散电磁频率的信号来激励，该多个离散电磁频率以恒定的频率步长(Af)被间隔开。在每一频率处，施加并且去除激励信号，并且在移到下一频率之前使产生的电磁场衰减。频率可按顺序增加。也就是说，腔可以由下列的频率序列来激励:fstart、fstart+ Λ f、fstart+2 Δ f、fstart+3 Λ f、…,其中 fstart 及是起始以及结束激励频率。激励的波长(λ)为λ = V = v/f，其中V是腔中的传播速度，并且f是激励频率。腔的最小尺寸超过一个波长。Af的值，即离散频率的间隔，可以至少比估计的腔的谐振模式带宽小10倍。如将在下文看到，小100倍的Af将产生比小10倍的Af更高的Q的分辨率估计。 同样在方框110处，获取并存储表征腔中的电磁场的测量值。场表征测量值的示例包括但不限于功率、电压、电流以及阻抗的测量值。在场已经建立并且达到稳定状态之后，可以获取每一测量值。在已经测量并且存储fmd之后，存在对应于不同的离散频率的场表征测量值的数据集。 在方框120处，以频率步长(Af)对数据集执行多次(η)循环移位，并且在每次移位时计算基于协方差的系数，直到该系数表明相关性的缺乏。相关性的缺乏表明经移位数据集与当与原始数据集相比时的差异。 基于协方差的系数可以是相关系数。在一些情况下，基于协方差的系数可以是皮尔逊(Pearson)积差相关系数。 相关性的缺乏可以通过比较系数与阈值来确定。作为仅一个实例，执行移位直到系数小于(Ι/e)。 在方框130处，按照fc/(AfXn)计算混响腔的品质因数(Q)。乘积(AfXn)等于谐振模式带宽。谐振模式带宽表明频率上的间隔腔模式。 参考图3A，其示出离散频率处的功率测量值的原始数据集的示例。数据集包括总共100个样本。样本之间的固定带宽是Af = 50KHz。未经移位的样本(即，原始数据集的样本)由圆圈(〇)表不。 图3A还示出原始数据集的循环移位。经移位η = 5次的样本由星形(☆)表示。经移位η = 10次的样本由方框(口)表示。针对每次循环移位,所有的样本被左移,并且第一样本被移动到最后的位置。考虑数据集Stl, S1，…，S.。对于单次移位(η = I)，经移位的数据集变成S1，…，S100, S00对于第二次移位(η = 2)，经移位的数据集变成S2，…，S100, S0, Sp尽管图3Α示出左循环移位，但也可以使用右循环移位。 图3Β示出经移位的数据集与原始数据集的相关性。当η = 7时，相关系数〈(I/e)。 对于图3A-3B的示例，Q = fc/(350KHz)。此示例使用50KHz的频率步长。如果使用更小的步长(例如，5KHz)，那么将执行60与70次之间的移位，但估计的分辨率将更高，并且将更加靠近60而非70来表明相关性的缺乏。 可以通过腔中的一个或多个天线来发射激励并且进行测量。对于其中场均匀分布的简单腔，可以在单个位置处进行测量。对于复杂腔，可以在腔中的不同位置处进行多次测量。 图1的方法提供估计极其难以数学建模的腔的Q的简单方式。不需要计算几何容积或表面积，或者估计损耗。该方法可以估计具有复杂的形状以及特性的腔的Q(例如，由不同材料以及厚度制成的壁、难以测量的耦合、动态的损耗机制、在大小及空间上变化的孔隙等)。 现在参考图2，其示出在腔210内的位置处包括第一天线220以及第二天线230的混响腔210。每一天线220以及230都可以发射并且接收。天线220以及230可以任意地定位，但优选的是，消除连接两个天线220以及230的视距组件，使得仅多径组件被有效地耦合。举例来说，可以利用交叉对准极性使定向天线彼此远离地指向，从而使得它们是正交的(90度)。 网络分析机器240的端口 I以及2可以耦合到天线220以及230。网络分析机器240可以包括信号生成器242、测试装置244、一个或多个接收器246，以及处理器248。信号生成器242产生具有多个离散频率的信号，并且测试装置244将信号从信号生成器242路由到端口 I以及2。测试装置244还将所接收的信号从端口 I以及2路由到接收器246。接收器246测量所发射的能量。处理器248根据图1的方框120以及130产生数据集并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：收集混响腔(210)内的位置处的场表征测量值的数据集，其中所述混响腔(210)由具有多个离散电磁频率的信号激励；以频率步长Δf对所述数据集执行多次即n次循环移位并且在每次移位时计算基于协方差的系数，直到所述系数表明相关性的缺乏；以及按照fc/(Δf×n)计算所述混响腔(210)的品质因数Q，其中fc是所述数据集的中心频率。

【技术特征摘要】
2013.08.19 US 13/969,7151.一种方法，包括: 收集混响腔(210)内的位置处的场表征测量值的数据集，其中所述混响腔(210)由具有多个离散电磁频率的信号激励； 以频率步长△ f对所述数据集执行多次即η次循环移位并且在每次移位时计算基于协方差的系数，直到所述系数表明相关性的缺乏；以及 按照fc/(AfXn)计算所述混响腔(210)的品质因数Q，其中fc是所述数据集的中心频率。2.根据权利要求1所述的方法，其中收集所述数据集包括测量所述位置处的s参数并且基于传输系数S21计算功率测量值。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述基于协方差的系数是相关系数。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述基于协方差的系数是皮尔逊积差相关系数。5.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述移位直到所述系数小于1/e。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述频率步长Af小于所述腔(210)的谐振模式带宽。7.根据权利要求1所述的方法，其中收集所述数据集包括用η端口网络分析机器(240)分析所述混响腔(210)。8.根据权利要求1所述的方法，其中收集所述数据集包括将第一和第二天线(220和230)放置在所述腔(210)中的所述位置处；以及使用网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·鲍莫尔，D·M·里维斯，G·J·汉金斯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US