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申请/专利权人:西安交通大学
摘要:本发明公开了一种平面近场天线方向图重构方法,包括以下步骤;对待测天线的口面进行平面近场扫描,获得平面近场电场数据;选取平面近场扫描面S1,在S1上控制探头沿待测天线口面的x和y方向进行扫描,得到不同采样间隔下的平面近场数据集X1,X2和X3;从数据集X2中随机选取部分采样数据,作为待插值重构的初始数据集X'2;X1作为完备数据集完成对X'2的数据插值工作,并将X'2插值后的结果记为X'2';对X'2'进行迭代处理,得到数据集X'2”,将X3的远场与插值重构后的X'2”的远场进行对比;得到降低截断误差的待测天线的远场方向图;将S1的扫描面积增大记作S2,采样得到平面近场数据集X4,将X'2”和X4的远场方向图对比,得到与S2采样面上推得的远场方向图相近的结果。本发明降低平面数据的截断误差并提高测量的准确性。
主权项:1.一种平面近场天线方向图重构方法,其特征在于,包括以下步骤;步骤1:将待测天线102放置在支架104上,将探头101放置在机械臂103上,控制机械臂103移动,对待测天线102的口面进行平面近场扫描,从而获得平面近场电场数据;步骤2:选取面积为16×16cm2的平面近场扫描面S1,并在S1上分别以0.5λ、0.4λ以及0.2λ为间隔控制探头101沿待测天线102口面的x和y方向进行扫描,对应得到不同采样间隔下的平面近场数据集X1,X2和X3;步骤3:从数据集X2中随机选取部分采样数据,作为待插值重构的初始数据集X'2;X1作为完备数据集完成对X'2的数据插值工作,并将X'2插值后的结果记为X′2;步骤4:利用GP算法对X″2进行迭代处理,得到降低了截断误差的数据集X″′2,并将X3的远场与插值重构后的X″′2的远场进行对比;得到降低截断误差的待测天线102的远场方向图;步骤5:将S1的扫描面积增大为30×30cm2,记作S2,并以0.5λ的间隔进行采样,得到平面近场数据集X4,将X″′2和X4的远场方向图进行对比,得到与S2采样面上推得的远场方向图相近的结果;所述步骤3中,为了形成初始少量不完整的原始数据集,对X2进行随机采样,并得到待插值的初始少量数据集X'2;所述插值方法采用了K均值聚类和维诺胞元划分的方法,其中K均值聚类法将初始数据集X'2进行聚类划分,分别计算每一个样本点的场强与各聚类中心场强的2范数,选择每个样本点对应的最小欧氏距离,从而将该样本点划分到对应最小欧式距离的聚类簇中,假设共划分k个聚类,其中第j个聚类为Cj1≤j≤k,聚类中心为cj,重复上述计算过程,直至聚类中心收敛,从而得到稳定的聚类中心 其中,nj表示第j个聚类簇Cj内的总样本数,然后计算当前所有聚类簇内部的误差平方和SSE 选择不同聚类数目k,重新计算式1和2的值,当SSE误差曲线在某一k值处出现显著拐点时,说明此时的k就是最佳的区域划分数;然后利用维诺胞元镶嵌法对各聚类内部的采样点进行胞元划分,通过计算各胞元面积以及各采样点之间的场强梯度变化,来评估各聚类内部的数据密度及对应的插值方法,让每个采样点xn,n=1,2,...,Nsample对应的胞元面积为Axn,则当前采样点附近的样本分布密度Sxn可以表示如下 选择具有公共细胞壁或顶点的两个采样点xn和xm,计算对应的场强梯度 同时计算与xn相邻的采样点场强变化梯度,并求得xn附近所有梯度的绝对值之和 其中Msample表示与xn相邻的采样点总数,归一化的场强梯度值为 将上述两个参数Sxn和Gxn进行结合,得到整体评价参数JxnJxn=h11+Sxn+h21+Gxn7其中h1和h2为参数系数,且h1+h2=1,两者的值在不同的聚类簇中进行动态调整,如果该聚类内部的整体Gxn偏大,则应适当增加h1的权重,反之应降低h1的权重,最后,如果整体评价参数Jxn偏大,则该数据点所在区域需要添加更多的插值数据,在此,利用数据集X1对上述经过聚类划分和胞元划分后的X'2进行插值,如果该采样点的Jxn偏小,则只在该点周围增加8个数据点,反之则增加24个数据点,这些新增数据点从数据集X1中获取;所述步骤4中,采用GP算法对S1平面上的插值数据进行迭代处理,通过波数域滤波和空间域滤波的方式,保留置信区间内的平面场强信息和平面波谱PWS,GP算法首先通过傅里叶变换将平面近场扫描信息转化为PWS 其中,kx,ky和kz是沿着x,y和z轴的波数,Ex,yx,y,d是在距离天线口面d处的平面电场强度,同时定义波数域的可靠区域为 其中,θx和θy是可信区间的夹角,ηx和ηy要大于1从而考虑更多的模式,对此,谱滤波可以表示为 滤波后的PWS可以表示为 其中,n表示迭代次数,通过逆傅里叶变换将波数域滤波后的PWS变换为空间域的电场强度, 然后,对12式的场强进行空间域滤波 其中 将式13的傅里叶变换为PWS 此时,式15的Px',ykx,ky是经过一轮波数域滤波和空间域滤波的PWS,然后将式15得到的Px',ykx,ky重新代入11-15当中,通过多次循环迭代,实现降低截断误差的效果,最后,将多次迭代运算后的PWS代入天线远场方向图的计算公式中,得到降低截断误差的待测天线102的远场方向图;
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