[发明专利]一种利用面积加权精确计算导航天线相位中心的方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航天线技术领域，具体涉及一种精确计算卫星导航天线相位中心的方法。

背景技术

天线是把电磁波从导行波转换成自由空间波的部件。电磁波向某个方向开始自由传播的点，是真正意义上的天线口面，即“相位原点”。存在一定的频带宽度的天线，相位原点将随频率变化，连成一条线段。卫星导航天线通常是半面全向天线，不同的方向对应不同的相位原点，这些点会组成一个曲面。运用统计理论知识，可以计算得到曲面的中心，这是卫星导航天线的“相位中心”；进而可以得到用均方差表示的各个方向的相位原点与相位中心的偏差。

卫星导航天线在地面接收卫星发射的无线电信号。用导航接收机做测量时，多个卫星的信号从不同方位进入接收机的天线，到达各自的相位原点，而接收机认为这些信号是到达同一个点，也就是相位中心。这之间的偏差会导致测量误差。

通常，导航接收机可以用来判定卫星的仰角，因此选定了接收天线的工作波瓣宽度。在不同的波瓣宽度条件下，天线的相位中心是不同的，相应的偏差值也不同。工作波瓣宽度越宽，偏差越大，因此在用卫星导航系统做测量时，需要精确标识接收天线的相位中心，还需要保证相位中心的偏差在足够小的范围之内。这种天线就是零相差卫星导航天线。

推算天线相位中心的机理在于对任意天线，其远区辐射场的某个分量在球坐标系可写为：

公式(1)中，为电场主极化分量的单位向量；为幅度方向图，函数为相位方向图。在天线上或邻近若有一参考点，在给定频率下，使等于常数，则这个使为常数的点称为天线的相位中心。对绝大多数天线来说没有这样一个相位中心，但是许多天线可以找到这样一个参考点，使得在主瓣某一范围内电场的相位保持相对恒定，则把这个参考点称为“视在相位中心”。

经检索，目前已有的计算天线相位中心的方法主要有：专利号为200810150400.5，名称为“基于移动参考点的天线相位中心测量方法”的发明。该发明通过对参考点的移动，并应用最小二乘法估算相位中心偏差，以获得较高的相位中心测试精度。但是该方法有一定的局限性，是通过在某个弧线上计算，并且假设弧线旋转形成弧面，这种假设成立的前提条件是卫星仰角为均匀分布。也就是说必须保证每颗卫星都是从地平线升起，以角速度匀速上升，经过天顶，再以角速度匀速下降至地平线以下，只有这样卫星仰角的概率分布才是均匀分布。但这种条件在目前的任何导航系统中都是无法成立的，实际观测到的卫星仰角概率分布，基本满足递减的规律。因此“基于移动参考点的天线相位中心测量方法”的发明不适合零相差卫星导航天线的设计，需要一种更加科学的、适用于零相差卫星导航天线的精确计算相位中心的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种更加科学、简便的卫星仰角概率分布加权方法，实际应用中可以采用面积加权方法来精确计算卫星导航天线的相位中心及其偏差。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：一种利用面积加权精确计算导航天线相位中心的方法，包括如下过程：

(1)读取远场电场相位方向图数据；

(2)修正圆极化相位：从远场电场相位方向图数据中去除由方位角平面引起的相移，使相位值只与距离有关；

(3)修正相位起始值：把数据表中的数变换成以0为中心的分布形式；

(4)计算当前点相位偏差：在当前工作角度范围内，寻找相位偏差最小点，作为当前相位中心；

(5)采用面积加权方法来计算四周的相位偏差：以步骤(4)得到的当前相位中心点为起点，以步骤(4)确定的当前相位中心点的坐标绝对值为搜索范围，采用面积加权方法来计算四周的相位偏差，不断移动当前点，循环遍历，并且判断偏差是否最小，最后，相位偏差最小点即为天线的相位中心。

进一步的，如上所述的一种利用面积加权精确计算导航天线相位中心的方法，其中：步骤(4)中的计算当前点相位偏差，是先确定以天线的几何中心为起点，向上10毫米的相位中心的预期范围；然后任意选取一个切面相位方向图，利用该切面的相位方向图数据，在选定的预期范围内采用最小二乘法寻找当前相位中心点。