一种基于二维插值提高球面近场相位测量效率的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于二维插值提高球面近场相位测量效率的方法及装置，所述方法的步骤包括：获取第一测量幅值数据和第二测量幅值数据；分别对第一测量幅值数据和第二测量幅值数据进行二维插值，得到第一插值幅值数据和第二插值幅值数据；计算所述第一球面的初始迭代场分布，基于第一球面的初始迭代场分布计算所述第二球面的迭代场分布；基于第二球面的迭代场分布计算第一球面的迭代场分布，分解得到第一球面的迭代幅值数据和迭代相位数据；计算第一插值幅值数据和所述迭代幅值数据的误差值；将误差值与预设的误差阈值进行比较，基于误差阈值确定进行下一次迭代或跳出迭代，若跳出迭代则以第一插值幅值数据与当前的迭代相位数据组合得到电场数据。组合得到电场数据。组合得到电场数据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维插值提高球面近场相位测量效率的方法及装置


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于二维插值提高球面近场相位测量效率的方法及装置。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的飞速发展，天线广泛应用于雷达通信、电子对抗、卫星导航、航天探测等各个领域。设计满足需求的高性能天线离不开天线测量技术。通过高精度的天线测量得到天线的各种辐射特性指标，进而不断完善天线的设计。
[0003]天线测量技术包括远场测量、近场测量等。远场测量技术是一种重要的天线测量技术，具有直观，操作简单，扫描速度快等优点。远场测量需要满足天线远场测试距离，通常在室外空间测量，不可避免地会受到气候、复杂电磁环境、建筑物遮挡等影响，越来越难适应现代天线的测量要求。随着5G技术的发展及6G技术的探索，所需天线的工作频率越来越高，大规模阵列天线的应用越来越多，大尺寸天线难以在远场环境中测量。近场测量在微波暗室中进行，克服了远场测量场地受限以及易受环境干扰的缺点，大大提高了天线测量的精度。随着毫米波和太赫兹逐渐应用在天线领域，天线的工作频率越来越高，由于探头定位误差、测量设备成本等因素的限制，准确的测量相位信息变得十分复杂和困难。为了解决近场测量中相位测量不精确的问题，研究人员开始致力于无相位近场测量技术的研究。现有技术中，平面无相位近场测量技术应用最为广泛，对测试环境及测试设备的要求也比较低，只需要测量两个采样平面的幅值信息，不需要相位信息，即可通过相位恢复算法及近远场变换算法得到天线远场方向图。但是平面近场测量适用于高定向性天线，并且存在截断误差，天线测量的精度并不高。而球面近场测量是一种适用于各种类型的天线，具有高精度，高保密性，全天候实时性的天线测量方法。
[0004]因此，球面无相位近场测量技术受到研究人员的广泛关注。然而，球面近场测量中近场相位难以测量及近场测量采样复杂度高，测量时间长，且测量效率低。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种基于二维插值提高球面近场相位测量效率的方法，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
[0006]本专利技术的一个方面提供了一种基于二维插值提高球面近场相位测量效率的方法，所述方法的步骤包括：
[0007]获取待测天线辐射近区的第一半径的第一球面的第一测量幅值数据和第二半径的第二球面的第二测量幅值数据；
[0008]分别对所述第一测量幅值数据和所述第二测量幅值数据进行二维插值，得到第一插值幅值数据和第二插值幅值数据；
[0009]基于所述第一插值幅值数据计算所述第一球面的初始迭代场分布，并基于所述第一球面的初始迭代场分布计算所述第二球面的迭代场分布；
[0010]基于所述第二球面的迭代场分布计算第一球面的迭代场分布，分解第一球面的迭代场分布，得到所述第一球面的迭代幅值数据和迭代相位数据；
[0011]计算所述第一插值幅值数据和所述迭代幅值数据的误差值；
[0012]将所述误差值与预设的误差阈值进行比较，基于所述误差阈值确定进行下一次迭代或跳出迭代，若跳出迭代则以所述第一插值幅值数据与当前的迭代相位数据组合得到电场数据；若进行下一次迭代，则以所述第一插值幅值数据与当前的迭代相位数据组合得到电场数据作为初始迭代场分布，重新计算所述误差值。
[0013]采用上述方案，本方案首先采用两个半径不同的采样球面进行幅值测量，由于实际采样中相位数据存在误差，本方案应用球面波模式展开理论进行电场迭代，恢复近场相位分布，且在每次迭代后比较误差值，最终得到较为精准的电场数据，本方案在球面近场测量中采样复杂度较低，测量效率较高，且能够更加精准。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，在分别对所述第一测量幅值数据和所述第二测量幅值数据进行二维插值的步骤中，使用三次样条插值法分别对所述第一测量幅值数据和所述第二测量幅值数据进行二维插值，具体包括：
[0015]分别在所述第一测量幅值数据和所述第二测量幅值数据在球坐标系的θ和方向对应的采样点中分别等间距的插入γ和τ个插值节点；
[0016]将所述插值节点代入预设的三次样条插值函数，分别计算所述个插值节点对应的三次样条插值函数值，所述三次样条插值函数为不超过三次的多项式，所述三次样条插值函数的二阶导函数连续且所处插值区间的两个边界插值节点的二阶导函数值均为0；
[0017]将所述插值节点依次代入对应的所述三次样条插值函数值确定对应的第一插值幅值数据和第二插值幅值数据。
[0018]采用上述方案，与传统的球面近场测量相比，无相位近场测量技术需要两个甚至多个测量面，这无疑给近场测量带来了更为复杂的工作量。随着天线频率的升高，天线的波长越来越短，根据奈奎斯特球面采样定理可知，采样间隔变得非常小，这会大大提高天线近场测量的难度。近场数据采样方向包括θ和方向，无论是在θ方向还是方向上采样信息的缺失对转换远场信息都有很大的影响。为了进一步解决球面无相位近场测量采样工作量大、复杂度高，且测量效率低的问题，本专利技术对双球面采样的近场幅值数据缺失部分进行恢复，利用三次样条插值法对双球面欠采样的近场数据分别进行二维插值，减少了近场测量采样次数，从而大幅度降低采样工作量，缩短采样时间，在不损失近远场转换精度的同时有效提高近场测量效率。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述方法的步骤还包括：
[0020]基于球面波模式展开的近远场变换理论，基于以所述第一插值幅值数据与当前的迭代相位数据组合得到电场数据计算得到待测天线的远场方向图。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，在基于所述第一插值幅值数据计算所述第一球面的初始迭代场分布的步骤中，基于如下公式计算所述第一球面的初始迭代场分布：
[0022]E
′1＝M
#1
e
jψ
；
[0023]其中，E
′1表示所述第一球面的初始迭代场中任一点对应的电场数据，M
#1
为第一球面的初始迭代场中任一点的第一插值幅值数据，ψ为第一球面的相位，j为虚部，e为自然常数。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，在基于所述第一球面的初始迭代场分布计算所述第二球面的迭代场分布的步骤中，基于如下公式计算所述第二球面的迭代场分布；
[0025][0026]其中，为球坐标系下第二球面中各个点的坐标；r为目标球面半径，当计算所述第二球面的迭代场分布时，基准球面为第一球面，目标球面为第二球面，r表示第二球面半径，表示第二球面中各个点的电场参数，和是第二球面基于球面波模式展开理论的两个正交矢量波函数，a
mn
为通过基准球面的初始迭代场计算出的第一模式系数，b
mn
为通过基准球面的初始迭代场计算出的第二模式系数，m的取值范围为[
‑
n，n]，n的取值范围为[0，N]，N为球面波模式展开阶数。
[0027]在本专利技术的一些实施方式中，基于如下公式计算所述第一模式系数和第二模式系数：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维插值提高球面近场相位测量效率的方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：获取待测天线辐射近区的第一半径的第一球面的第一测量幅值数据和第二半径的第二球面的第二测量幅值数据；分别对所述第一测量幅值数据和所述第二测量幅值数据进行二维插值，得到第一插值幅值数据和第二插值幅值数据；基于所述第一插值幅值数据计算所述第一球面的初始迭代场分布，并基于所述第一球面的初始迭代场分布计算所述第二球面的迭代场分布；基于所述第二球面的迭代场分布计算第一球面的迭代场分布，分解第一球面的迭代场分布，得到所述第一球面的迭代幅值数据和迭代相位数据；计算所述第一插值幅值数据和所述迭代幅值数据的误差值；将所述误差值与预设的误差阈值进行比较，基于所述误差阈值确定进行下一次迭代或跳出迭代，若跳出迭代则以所述第一插值幅值数据与当前的迭代相位数据组合得到电场数据；若进行下一次迭代，则以所述第一插值幅值数据与当前的迭代相位数据组合得到电场数据作为初始迭代场分布，重新计算所述误差值。2.根据权利要求1所述的基于二维插值提高球面近场相位测量效率的方法，其特征在于，在分别对所述第一测量幅值数据和所述第二测量幅值数据进行二维插值的步骤中，使用三次样条插值法分别对所述第一测量幅值数据和所述第二测量幅值数据进行二维插值，具体包括：分别在所述第一测量幅值数据和所述第二测量幅值数据在球坐标系的θ和方向对应的采样点中分别等间距的插入γ和τ个插值节点；将所述插值节点代入预设的三次样条插值函数，分别计算所述个插值节点对应的三次样条插值函数值，所述三次样条插值函数为不超过三次的多项式，所述三次样条插值函数的二阶导函数连续且所处插值区间的两个边界插值节点的二阶导函数值均为0；将所述插值节点依次代入对应的所述三次样条插值函数值确定对应的第一插值幅值数据和第二插值幅值数据。3.根据权利要求1所述的基于二维插值提高球面近场相位测量效率的方法，其特征在于，所述方法的步骤还包括：基于球面波模式展开的近远场变换理论，基于以所述第一插值幅值数据与当前的迭代相位数据组合得到电场数据计算得到待测天线的远场方向图。4.根据权利要求1所述的基于二维插值提高球面近场相位测量效率的方法，其特征在于，在基于所述第一插值幅值数据计算所述第一球面的初始迭代场分布的步骤中，基于如下公式计算所述第一球面的初始迭代场分布：E
′1＝M
#1
e
jψ
；其中，E
′1表示所述第一球面的初始迭代场中任一点对应的电场数据，M
#1
为第一球面的初始迭代场中任一点的第一插值幅值数据，ψ为第一球面的相位，j为虚部，e为自然常数。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的基于二维插值提高球面近场相位测量效率的方法，其特征在于，在基于所述第一球面的初始迭代场分布计算所述第二球面的迭代场分布的步骤中，基于如下公式计算所述第二球面的迭代场分布；
其中，θ,为球坐标系下第二球面中各个点的坐标；r为目标球面半径，当计算所述第二球面的迭代场分布时，基准球面为第一球面，目标球面为第二球面，r表示第二球面半径，表示第二球面中各个点的电场参数，和是第二球面基于球面波模式展开理论的两个正交矢量波函数，a
mn
为通过基准球面的初始迭代场计算出的第一模式系数，b
mn
为通过基准球面的初始迭代场计算出...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫民，刘橦，吴永乐，杨清华，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：