一种箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法
技术领域
本发明涉及半实物射频仿真及箔条云无源干扰
技术领域
，特别是指一种箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法。背景技术
现代战场的复杂电子环境中，箔条干扰作为一种有效的无源干扰形式，发挥着重要的著作用。其凭借制造简单、价格低廉、干扰范围大等突出特点广泛应用于飞机导弹的突防、舰船的自卫等场景。为了评估箔条干扰效果，可以在外场试验环境中开展相关的实验，这需要花费大量的经费。为了有效地对箔条干扰的性能进行评估，同时又能够比较节约的开展实验，可以通过半实物射频仿真对实施箔条干扰的回波信号进行建模和仿真。因此，箔条云回波信号空时特性在半实物射频仿真中的重现对于研究抗箔条干扰技术具有重要的参考价值。
半实物射频仿真是雷达导引头研发过程中常用的一种测试方法。在微波暗室中，建立一个天线阵面，上面分布许多辐射单元。天线阵面面向一个转台，将待测试导引头置于转台之上。每相邻的三个辐射单元构成一个三元组，可以对位于三元组三角形内部的点目标进行仿真。该三元组(three unit array,TUA)结构已被世界上多个国家的半实物射频仿真实验室所采用。三元组的三个单元通常形成一个正三角形。三个辐射单元辐射出的电磁波在空中叠加，形成一个与真实环境空间中某个点目标回波相同的能流方向。通过调节三元组的三个辐射单元馈电的幅度，其合成的电磁能流将可以沿着不同的方向，从而达到仿真不同的点目标方向的目的。在此基础上，实现对运动的点目标的仿真。
对于箔条云的半实物射频仿真，难点在于箔条云的箔条数目很大。箔条的数目可以达到数百万数千万根。在半实物射频仿真中，若采用传统的方法，则需要计算每根箔条的位置所对应的馈电系数，然后将各箔条对应的馈电系数进行雷达散射截面(RCS，radarcross section)加权叠加，来获得天线阵面上各辐射单元的馈电系数。在这个过程中，由于箔条的数目巨大，将会导致馈电系数的计算量巨大，影响了半实物射频仿真的实时性。
因此，现有技术的缺点主要是：计算量巨大，仿真实时性较差。
发明内容
本发明实施例提供了箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法，能够极大减少由庞大的箔条组成的箔条云的半实物射频仿真的馈电系数的计算时间。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法，该方法应用于电子设备，该方法包括：
对箔条云所在区域依据投影到不同三元组内部进行方位向的划分，得到多个具有不同方位的子区域；
确定每个子区域内的箔条的数量；
计算在子区域内位置取向皆为随机分布的单根箔条的半实物射频仿真三元组的馈电系数；
基于得到的单根箔条的半实物射频仿真三元组的馈电系数，确定子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数的联合概率密度分布函数；
基于确定的联合概率密度分布函数，给出各子区域的箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数的一个样本，并将各子区域同一辐射单元的馈电系数叠加得到该辐射单元的实际馈电系数。
进一步地，所述对箔条云所在区域依据投影到不同三元组内部进行方位向的划分，得到多个具有不同方位的子区域包括：
对箔条云所在区域进行距离向的划分：按照雷达的距离分辨率，以雷达为球心，将箔条云所在区域划分为一层一层的同心球壳，每层球壳的厚度等于雷达距离分辨率；
针对每层球壳区域，利用雷达指向每组三元组的立体角切割该层球壳区域，从而在每层球壳上划分出具有不同方位的子区域。
进一步地，随机分布的单根箔条的半实物射频仿真三元组的馈电系数表示为：
其中，分别为随机分布的单根箔条的半实物射频仿真三元组中第p个辐射单元的馈电系数，p＝1,2,3；a为三元组的张角；xp、yp为三元组的第p个辐射单元的归一化直角坐标；x、y为单根箔条的归一化直角坐标。
进一步地，所述基于得到的单根箔条的半实物射频仿真三元组的馈电系数，确定子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数的联合概率密度分布函数包括：
基于得到的单根箔条的半实物射频仿真三元组的馈电系数，确定子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数C1、C2、C3，其中，C1、C2、C3分别为子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组中第m个辐射单元的馈电系数，m＝1,2,3；
记C1＝u1+jv1，C2＝u2+jv2，C3＝u3+jv3，其中，j为虚数单位，u1、v1分别为C1的实部和虚部，u2、v2分别为C2的实部和虚部，u3、v3分别为C3的实部和虚部；
确定u1,u2,u3,v1,v2,v3的协方差矩阵
根据得到的协方差矩阵确定u1,u2,u3,v1,v2,v3的联合概率密度函数
进一步地，子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数C1、C2、C3表示为：
其中，C1、C2、C3分别为子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组中第p个辐射单元的馈电系数，p＝1,2,3；N为三元组内的箔条数目；σi为复随机变量，其相位满足均匀分布。
进一步地，复随机变量σi表示为：
σi＝γi exp(jα)
其中，j为虚数单位，γi、α分别为σi的幅度和相位；γi满足瑞利分布，α满足均匀分布。
进一步地，协方差矩阵表示为：
其中，λ为工作波长，N为三元组内的箔条数目。
进一步地，记W＝[u1,u2,u3,v1,v2,v3]，联合概率密度函数表示为：
进一步地，所述基于确定的联合概率密度分布函数，给出各子区域的箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数的一个样本，并将各子区域同一辐射单元的馈电系数叠加得到该辐射单元的实际馈电系数包括：
给出符合协方差矩阵和联合概率密度函数的随机变量u1,u2,u3,v1,v2,v3的一个样本，从而给出各子区域的箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数的一个样本，并将各子区域的箔条云的半实物射频仿真三元组的同一辐射单元的馈电系数叠加得到该辐射单元的实际馈电系数。
进一步地，针对辐射单元1，将各子区域的箔条云的半实物射频仿真三元组的辐射单元1的馈电系数叠加得到辐射单元1的实际馈电系数
其中，A为与辐射单元序号无关与距离有关的系数，m表示辐射单元1所属的箔条云子区域编号，j为虚数单位，分别为第m个箔条云子区域对应的辐射单元1的u1、v1对应的样本。
一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法。
一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明实施例中，以箔条云的箔条位置的随机分布为基础进行建模，保留了箔条云的相关统计特征，并以统计的方法计算整个天线阵面上各个辐射单元的馈电系数，这样，能够在半实物射频仿真中进行更加精确和快速地箔条干扰的仿真，为更好地研究复杂电磁环境下电子系统的性能提供了更加快速有效的方法。与现有的对箔条云进行逐根箔条的计算方法，本发明能够极大减少由庞大的箔条组成的箔条云的半实物射频仿真的馈电系数的计算时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的XYZ直角坐标系的示意图；
图3为本发明实施例提供的辐射单元编号与箔条子区域编号示意图；
图4是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法，该方法可以由电子设备实现，该电子设备可以是终端或服务器，该方法包括：
S101，对箔条云所在区域依据投影到不同三元组内部进行方位向的划分，得到多个具有不同方位的子区域；
S102，确定每个子区域内的箔条的数量；
S103，计算在子区域内位置取向皆为随机分布的单根箔条的半实物射频仿真三元组的馈电系数；
S104，基于得到的单根箔条的半实物射频仿真三元组的馈电系数，确定子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数的联合概率密度分布函数；
S105，基于确定的联合概率密度分布函数，给出各子区域的箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数的一个样本，并将各子区域同一辐射单元的馈电系数叠加得到该辐射单元的实际馈电系数。
本发明实施例所述的箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法，以箔条云的箔条位置的随机分布为基础进行建模，保留了箔条云的相关统计特征，并以统计的方法计算整个天线阵面上各个辐射单元的馈电系数，这样，能够在半实物射频仿真中进行更加精确和快速地进行干扰的仿真，为更好地研究复杂电磁环境下电子系统的性能提供了更加快速有效的方法。与现有的对箔条云进行逐根箔条的计算方法，本发明能够极大减少由庞大的箔条组成的箔条云的半实物射频仿真的馈电系数的计算时间。
本实施例中，以箔条云的箔条位置的随机分布为基础进行建模，建立的模型由下文的式(24)(25)(26)体现，统计特征为式(24)给出的协方差矩阵，统计的方法由式(24)体现。
在前述箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法的具体实施方式中，进一步地，所述对箔条云所在区域依据投影到不同三元组内部进行方位向的划分，得到多个具有不同方位的子区域(S101)包括：
对箔条云所在区域进行距离向的划分：按照雷达的距离分辨率，以雷达为球心，将箔条云所在区域划分为一层一层的同心球壳，每层球壳的厚度等于雷达距离分辨率；
针对每层球壳区域，利用雷达指向每组三元组的立体角切割该层球壳区域，从而在每层球壳上划分出具有不同方位的子区域。
本实施例中，根据S101的划分结果，确定每个子区域内的箔条的数量，每个子区域对应一个三元组。
本实施例中，建立如图2所示的XYZ直角坐标系，则三元组的第p个辐射单元在XYZ直角坐标系的坐标为(Xp,Yp,Zp),p＝1,2,3。目标在XYZ直角坐标系中的坐标为(X,Y,Z)。将第p个辐射单元的坐标对离开雷达的距离归一化，得到第p个辐射单元的归一化直角坐标(xp,yp,zp)为：
其中，式(1)、(2)中的
同样可得目标的归一化直角坐标(x,y,z)为
由三元组仿真的重心公式可得：
x＝C1x1+C2x2+C3x3 (6)
y＝C1y1+C2y2+C3y3 (7)
C1+C2+C3＝1 (8)
其中，(x,y)在三元组内部呈均匀随机分布；C1、C2、C3分别为三个辐射单元的馈电系数。
本实施例中，若单根箔条在三元组内部呈均匀随机分布，则将单根箔条当作目标，根据重心公式，可以得到S103中随机分布的单根箔条的半实物射频仿真三元组的馈电系数的表达式：
其中，分别为随机分布的单根箔条的半实物射频仿真三元组中第p个辐射单元的馈电系数，p＝1,2,3；a为三元组的张角；xp、yp为三元组的第p个辐射单元的归一化直角坐标；x、y为单根箔条的归一化直角坐标。
在前述箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法的具体实施方式中，进一步地，所述基于得到的单根箔条的半实物射频仿真三元组的馈电系数，确定子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数的联合概率密度分布函数(S104)包括：
A1，基于得到的单根箔条的半实物射频仿真三元组的馈电系数，确定子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数C1、C2、C3，其中，C1、C2、C3分别为子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组中第m个辐射单元的馈电系数，m＝1,2,3；
本实施例中，对于一个三元组内的任一辐射单元，其馈电系数应该由该三元组内所有箔条的半实物射频仿真三元组的馈电系数的叠加。
本实施例中，基于S103，可以得到第i根箔条的馈电系数可以表示为：
根据式(12)-(14)，可以得到子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数C1、C2、C3为：
其中，C1、C2、C3分别为子区域内箔条云的半实物射频仿真三元组中第p个辐射单元的馈电系数，p＝1,2,3；N为三元组内的箔条数目；σi为复随机变量，其相位满足均匀分布。
根据中心极限定理，C1、C2、C3满足复高斯分布。
本实施例中，复随机变量σi表示为：
σi＝γi exp(jα)
其中，j为虚数单位，γi、α分别为σi的幅度和相位；γi满足瑞利分布，α满足均匀分布。
A2，记C1＝u1+jv1，C2＝u2+jv2，C3＝u3+jv3，其中，j为虚数单位，u1、v1分别为C1的实部和虚部，u2、v2分别为C2的实部和虚部，u3、v3分别为C3的实部和虚部；
A3，确定u1,u2,u3,v1,v2,v3的协方差矩阵
本实施例中，u1u2、u1u1的均值E(u1u2)、E(u1u1)分别为：
其中，λ为工作波长，N为三元组内的箔条数目。
根据式(18)-(19)，得到u1和u2的相关系数为：
同理，可以得到：
本实施例中，u1v2的均值E(u1v2)为：
同理，可以得到：
E(u1v2)＝E(u2v3)＝E(u3v1)＝0 (23)
则u1,u2,u3,v1,v2,v3的协方差矩阵为
A4，根据得到的协方差矩阵确定u1,u2,u3,v1,v2,v3的联合概率密度函数
本实施例中，记W＝[u1,u2,u3,v1,v2,v3]，则u1,u2,u3,v1,v2,v3的联合概率密度函数为：
在前述箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法的具体实施方式中，进一步地，所述基于确定的联合概率密度分布函数，给出各子区域的箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数的一个样本，并将各子区域同一辐射单元的馈电系数叠加得到该辐射单元的实际馈电系数包括：
给出符合协方差矩阵和联合概率密度函数的随机变量u1,u2,u3,v1,v2,v3的一个样本，从而给出各子区域的箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数的一个样本，并将各子区域的箔条云的半实物射频仿真三元组的同一辐射单元的馈电系数叠加得到该辐射单元的实际馈电系数。
本实施例中，由于u1,u2,u3,v1,v2,v3为满足上述协方差矩阵的联合高斯分布，则可以产生其一个样本：U1,U2,U3,V1,V2,V3。由于每个辐射单元可以属于六个不同的三元组，即每个辐射单元需要对分布于六个不同三元组区域的箔条云进行馈电系数的计算。将该六个不同的箔条云子区域编号，如图3所示。以辐射单元1为例，其所属的箔条云子区域编号从1至6，辐射单元1周遭的各个子区域内箔条数目记作Nm，1≤m≤6；每个子区域对应的该辐射单元的馈电系数的一个样本为其中，j,k为能够与辐射单元1组成三元组的六个辐射单元的编号，则辐射单元1的馈电系数可以表示为：
其中，A为与辐射单元序号无关与距离有关的系数。这样就得到了进行箔条云仿真时，辐射单元1的馈电系数，其它辐射单元的馈电系数也采用同样的方法同时给出，例如，利用相同的随机数样本，获得图3中辐射单元3的馈电系数。按照上述方案，就能够获得整个天线阵面上各个辐射单元的馈电系数，从而实现对整个箔条云的半实物射频仿真。
图4是本发明实施例提供的一种电子设备600的结构示意图，该电子设备600可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(centralprocessing units，CPU)601和一个或一个以上的存储器602，其中，所述存储器602中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器601加载并执行以实现上述箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述箔条云的半实物射频仿真三元组馈电系数确定方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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