【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信，尤其涉及一种基于相位迭代的球面偶极子阵列的相位恢复方法。
技术介绍
1、天线测量按照测试场地通常可划分为：紧缩场测量、远场测量和近场测量。其中，紧缩场测量是通过借助反射镜及阵列等装置产生平面波，以模拟无限远场环境，但是由于其所需器械的加工精度很高，整套系统造价十分昂贵。远场测量则因为会受到外界环境的干扰，比如周围电磁环境的不同和气候条件等自然因素影响，导致其无法有很精确的测量结果，并且保密性方面的问题难以解决。在近场测试中，天线和测量设备之间的距离相对较短，减少了传播路径和外界环境的影响，从而提高了测量的精度和准确性，并且具有良好的保密性，以及全天候工作的优势，由于其不需要构建大型远场测试场地或使用复杂的测量设备，整个测试系统搭建的成本也是最低的。
2、近场测量在天线领域中具有广泛的应用，根据扫描面形状的不同，可以分为平面测量、柱面测量和球面测量。平面测量主要用于笔形波束天线的测试。这种天线通常在一个方向上内具有较强的辐射能力，如雷达中的指向性天线。柱面测量则针对扇形波束天线。这种天线通常在一个柱面范围内辐射信号，例如卫星通信天线。但这两种扫描方法的缺点在于当在扫描区域的边缘上扫描时，由于扫描面是截断的，导致在进行近远场变化时缺少截断区域内的信息，而无法精确计算远场的辐射特性，只有在知道辐射方向的部分信息，如波束指向，之后才能人为规定扫描面以减小误差。而球面测量是一种更通用的方法，适用于各种类型的各种波束的天线。球面测量通过在一个球面范围内对天线进行扫描，可以获取天线在全方向上的辐射特性。这对于天
3、主流的球面近远场转换算法主要有模式展开法和等效偶极子源重构方法，模式展开法是一种广泛用于解决电磁场分布问题的数值方法。它通过将待测天线(aut)在空间建立的场分布表示为一组球面波函数的线性组合，利用近场测量数据计算出加权系数，从而实现对电磁场分布的准确计算。其优势在于适用性广泛，能够灵活地应用于各种问题，具备高效率和较高精度等优点。然而，模式展开法需要准确的采样数据，连续并且规则的采样面，并且无法在无相位的情况下进行近远场转换。等效偶极子源重构方法利用等效源来代替aut，通过计算得到等效源的辐射特性用来作为aut的辐射特性。等效偶极子源重构方法最大的优点在于具有高度的通用性，它可以使用任何可得到的电磁场信息，例如电场值、磁场值，相位信息、幅度信息，甚至可以在无相位的近场测量情况下求解等效偶极子阵列，最后得到aut的远场辐射特性。
4、现有的相位恢复算法中，最常用的是利用双平面采样数据进行迭代方式进行相位恢复，但是所需要的近场数据需要在两个平面上取得，也可以通过机器学习等方式进行相位恢复，但是这些方法的通病都在于只能在平面采样面上进行相位恢复，所以需要预先了解主瓣的方向。在无法预知辐射源形状、主瓣方向，并且只有单一采样面上的数据时，无法得到一个良好的结果。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于相位迭代的球面偶极子阵列的相位恢复方法，解决了现有技术存在的不足。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于相位迭代的球面偶极子阵列的相位恢复方法，所述相位恢复方法包括：
3、步骤一、构建球面偶极子阵列与其产生电场之间的关系，输入无相位的近场测量数据并假设一个相位将无相位近场变为有假设相位的近场测量数据，即er、eθ和表示球坐标系下的电场，θ、r是偶极子在球坐标系下的位置；
4、步骤二、将有假设相位的近场测量数据带入到代价函数中，m是近场测量值的个数，n是等效偶极子的个数；
5、步骤三、将假设相位φ(t)作为迭代个体，利用代价函数进行迭代，并通过迭代算法找到本轮迭代中的个体，并计算出代价函数的值；
6、步骤四、当迭代次数达到上限或者代价函数满足预期结果时，将此时的相位作为无相位测量近场的相位数据，否则重复步骤二的内容。
7、所述建球面偶极子阵列与其产生电场之间的关系包括：
8、将矩阵am×nxn＝bm的逆问题作为从离散的近场测量数据找到辐射源的参数的问题，其中，am×n∈cm×n描述了近场测量值bm∈cm与代表等效源的参数xn∈cn之间的关系；
9、通过坐标变换公式将坐标系中心处电偶极子产生的电场方程变换为任意位置下电偶极子产生的电场方程：
10、
11、
12、
13、其中，ex,ey,ez为直角坐标系下偶极子产生的电场大小分量，η为自由空间中的波阻抗大小，px,py,pz为直角坐标系下的电偶极子偶极矩分量，k是自由空间中的波数，g1(r)、g2(r)和f(r)均表示函数；
14、再次利用坐标变换公式对三个电场方程进行两次坐标系变换，将电场ex,ey,ez和偶极子px,py,pz分别变换为球坐标系下er,eθ,和pr,pθ,得到其中，terpr、terpθ和分别表示er和pr,pθ,之间的关系参数，teθpr、teθpθ和分别表示eθ和pr,pθ,之间的关系参数，和分别表示和pr,pθ,之间的关系参数；
15、选择球面切向方向的一组均匀电偶极子作为待测天线的等效源来代替原本辐射源，此时电偶极子和电场之间的关系方程改写为
16、所述输入无相位的近场测量数据并假设一个相位将无相位近场变为有假设相位的近场测量数据包括：
17、通过奇异值分解将关系矩阵am×n分解为三个相乘矩阵的形式为其中，um×m和vn×n为hermitian矩阵，diag(sn)为对角矩阵；
18、通过最小二乘法估算一个可行的等效源的参数xn，并给测量的无相位近场设置一个的相位向量此时近场测量值bm表示为进而将转换为
19、将带入中得到
20、此时则的最小二乘解为yn＝diag(sn-1)dn，即其中，(um×n)h表示(um×m)h的前n列；
21、此时的下界为‖-dm-n‖2，让下界‖-dm-n‖2趋近于0，得到新的最小二乘问题为作为迭代算法的代价函数进行运算，找到此最小二乘问题的解，该解是一组向量也就是无相位测量近场的相位数据。
22、本专利技术具有以下优点：一种基于相位迭代的球面偶极子阵列的相位恢复方法，通过迭代测量场的相位而不是迭代偶极子的大小，避免了偶极子大小上限未知这一缺点，并且可以在一部分程度上减小计算机存储所带来的误差，极大的提高了收敛性。在单一球面的采样条件和不知道辐射源的具体情况下也能有良好的相位恢复结果。
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1.一种基于相位迭代的球面偶极子阵列的相位恢复方法，其特征在于：所述相位恢复方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于相位迭代的球面偶极子阵列的相位恢复方法，其特征在于：所述建球面偶极子阵列与其产生电场之间的关系包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于相位迭代的球面偶极子阵列的相位恢复方法，其特征在于：所述输入无相位的近场测量数据并假设一个相位将无相位近场变为有假设相位的近场测量数据包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于相位迭代的球面偶极子阵列的相位恢复方法，其特征在于：所述相位恢复方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于相位迭代的球面偶极子阵列的相位恢复方法，其特征在于：所述建球面偶极子阵列与其产...
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