(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210710497.0 (22)申请日 2022.06.22 (71)申请人 电子科技大 学 地址 610000 四川省成 都市高新区 （西区） 西源大道 2006号 (72)发明人 刘颜回　肖凡　李明　游鹏飞　 陈礼阳　杨仕文　胡俊　聂在平　 (74)专利代理 机构 四川省成 都市天策商标专利 事务所(有限合 伙) 51213 专利代理师 罗伟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/15(2006.01) (54)发明名称 非规则天线阵列矢量增益方向图的快速精 准预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种非规则天线阵列矢量增 益方向图的快速精准预测方法， 包括如下： 根据 非规则天线阵列平台的相似程度将其分为不同 区域， 在各区域内， 划分边缘单元子区域和中心 单元子区域并选取代表性单元； 分别在各子区域 中， 将代表 性单元依据强弱互耦区域条件组成小 阵列进行全波仿真， 得到其在局部阵列互耦环境 下的矢量有源 单元方向图及增益； 分别在各子区 域中， 利用代表性单元和坐标系的旋转、 二维插 值和平移以及坐标系单位向量的旋转、 投影得到 该区域其他单元的矢量有源单元方向图的标量 值和单位方向向量； 将所有区域的有源单元方向 图矢量叠加， 得到非规则天线阵列的矢量增益方 向图。 该发 明能够快速精准预测非规则天线阵列 的矢量增益方向图。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115034075 A 2022.09.09 CN 115034075 A 1.非规则天线阵列矢量增益方向图的快速精准预测方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 根据非规则天线阵列平台的相似程度将其分为不同区域， 在各区域内， 划分边 缘单元子区域和中心单 元子区域并选取代 表性单元； 步骤2： 分别在各子区域中， 将代表性单元依据强弱互耦区域条件组成小阵列进行全波 仿真， 得到其在局部阵列互耦环境下的矢量有源单 元方向图及增益； 步骤3： 分别在各子区域中， 利用代表性单元和坐标系的旋转、 二维插值和平移以及坐 标系单位向量的旋转、 投影得到该区域其他单元的矢量有源单元方向图的标量值和单位方 向向量； 步骤4： 将所有区域的有源单元方向图矢量叠加， 得到非规则天线阵列的矢量增益方向 图。 2.如权利要求1所述的非规则天线阵列矢量增益方向图的快速精准预测方法， 其特征 在于， 所述 步骤1中的区域及边 缘单元子区域和中心单 元子区域划分具体可表述 为： (101)根据单元所处的阵列环境的不同， 可首先将阵列平台依据平台的相似程度分为 不同的区域， 在相同区域中， 再将单元分为边缘单元子区域和中心单元子区域， 边缘单元子 区域可有 多个不同的区域； (102)在此基础上， 分别选择每 类区域的代 表性单元， 其一般为中间的单 元。 3.如权利要求1所述的非规则天线阵列矢量增益方向图的快速精准预测方法， 其特征 在于， 所述步骤2中分别将代表性单元依据强弱互耦区域条件组成小阵列进行全波仿 真， 得 到其在局部阵列互耦环境下的矢量有源单 元方向图及增益具体可表述 为： (201)在考虑每个区域的代表性单元的有源单元增益方向图的提取， 可以将阵列其他 单元对其的影响分为强耦合区域和弱耦合区域； 对于强耦合区域的单元， 则在假定它们 具 有与待分析单元相同的工作状态情况下进行精确建模； 对于弱耦合区域的单元和平台， 由 于其贡献较弱， 可将其建模成具有单 元形状的背景平台材 料， 仅计入散射项贡献； (202)考虑到计算复杂性， 可将距离待分析单元的相邻单元划分为强耦合区域， 其余为 弱耦合区域； 划分强弱耦合区域之后， 进 行全波仿 真， 得到各类区域的代表性单元的矢量有 源单元方向图及增益。 4.如权利要求1所述的非规则天线阵列矢量增益方向图的快速精准预测方法， 其特征 在于， 所述步骤3中的利用代表性单元和坐标系的旋转、 二 维插值和平移以及坐标系单位向 量的旋转、 投影得到该区域其他单元的矢量有源单元方向图的标量值和单位方向向量具体 可表述为： (301)建立局部坐标系， 假定代表性单元位于坐标原点， 单元指向(最大辐射方向)为坐 标系的Z轴方向 与指向正交的平面内任 意找一向量作为旋向 的参考方向， 同时为坐标系 的X方向 则通过向量叉乘运 算可以得到坐标系的Y轴方向 (302)建立全局坐标系， 原点为O， 坐标系X轴、 Y轴、 Z轴方向分别为 考虑该区 域阵列中第n个单 元在全局坐标系中的位置为(xn,yn,zn)； (303)整个变换过程分解为四步： 绕 旋转A(n)， 绕 旋转B(n)， 绕 旋转C(n)， 由原点O平 移至(xn,yn,zn)实现单元空间位置改变； 其中， 前三步旋转操作对应的坐标变换矩阵分别为权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115034075 A 2T1， T2， T3， 则 (304) 为旋转前单元方向图的一观测方向上的单位向量， 其于全局坐标系下的俯仰角 和方位角分别为θ和φ， 则 在全局坐标系下的坐标(ux,uy,uz)， 其中ux＝sinθcosφ， uy＝ sinθ sinφ， uz＝cosθ； 将 经过(303)步骤旋转后得到单位向量 借助旋 转变换总矩阵TG2L＝(T1·T2·T3)‑1， 可得此时 的坐标为 进而可得 在全局坐标系下的俯仰角和方位角 (305)在代表性单元旋转前， 其在 方向上的远场 场强为 其中， Eθ( θ,φ)和Eφ( θ,φ)分别为 在球坐标系的单位坐标向量 和 上的投影， 并且 在代表性单元旋转后， 其在 方向上的远场 场强为： 其中 和 分别为 在新球坐标系中 和 上的 投影， 且 借 助旋转矩 阵TG2L， 可得 和 为原球坐标系的 和 经过旋转变换后 得到的单位 坐标向量； 由 可得： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115034075 A 3