口面平滑的混合卷绕边缘反射面及其构建方法与流程

1.本发明实施例涉及电磁测量技术领域，特别涉及一种口面平滑的混合卷绕边缘反射面及其构建方法。


背景技术：

2.紧缩场测量是各类散射体和辐射体电磁特性参数的主要测量手段。具有测量不受天气和干扰杂波影响、所需测试场地有限、测量一致性好等优点。紧缩场的核心组成部分是反射面，为了减小反射面边缘绕射场对静区幅度和相位的影响，通常需要对其边缘进行有针对性的处理，常见的处理方式包括但不限于添加边齿、边缘卷绕等。
3.请参考图1，为现有技术中构建的混合卷绕边缘反射面。该混合卷绕边缘反射面的口面存在不连续区域，存在该不连续区域的反射波在测量电磁特性参数时会影响测量结果的准确性。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种口面平滑的混合卷绕边缘反射面及其构建方法，能够提高反射面在进行紧缩场测量过程中电磁特性参数测量准确性。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种口面平滑的混合卷绕边缘反射面构建方法，包括：
6.确定平滑口面所对应反射面的投影轮廓边缘线表达式；
7.基于所述投影轮廓边缘线表达式构建局部坐标系；
8.基于所述局部坐标系与全局坐标系的变换关系，生成混合卷绕边缘在全局坐标系中以γ为自变量的严格参数方程；其中，γ为局部坐标系中从ye轴负向朝xe轴正向旋转的角度对应的弧度；
9.根据所述严格参数方程构建二维曲率连续的曲率半径残差表达式；
10.利用所述残差表达式生成口面平滑的混合卷绕边缘反射面。
11.在一种可能的实现方式中，所述平滑口面所对应反射面的投影轮廓边缘线表达式为：
12.右上角区域：
13.x
ax
＝rsinθ+(x
max-r),θ∈[0
°
,90
°
]
[0014]yax
＝rcosθ+(y
max-r),θ∈[0
°
,90
°
]
[0015]
右下角区域：
[0016]
x
ax
＝rcosθ+(x
max-r),θ∈[0
°
,-90
°
]
[0017]yax
＝rsinθ+(y
max
+r),θ∈[0
°
,-90
°
]
[0018]
其中，左上角区域与右上角区域为对称关系，左下角区域和右下角区域为对称关系；
[0019]
其中，x
ax
、y
ax
表示反射面的投影轮廓边缘线在全局坐标系中x、y轴上的投影分量；
x
max
、y
max
表示反射面的投影轮廓边缘线在全局坐标系中x、y轴上投影分量的最大值；r表示倒圆角半径；θ表示倒圆角位置对应的旋转角度。
[0020]
在一种可能的实现方式中，所述局部坐标系与全局坐标系的变换关系为：
[0021][0022]
其中，x、y、z表示全局坐标系中的点坐标值；xe、ye、p表示与全局坐标系中对应点在局部坐标系中的点坐标值；xj、yj、zj表示主反射面区域与卷绕边缘区域连接点在全局坐标系中的坐标值；x
p1
、x
p2
、x
p3
表示局部坐标系xe轴单位向量在全局坐标系x、y、z轴上的投影分量；y
p1
、y
p2
、y
p3
表示局部坐标系ye轴单位向量在全局坐标系x、y、z轴上的投影分量；p1、p2表示局部坐标系p轴单位向量在全局坐标系x、y轴上的投影分量。
[0023]
在一种可能的实现方式中，所述混合卷绕边缘在全局坐标系中以γ为自变量的严格参数方程为：
[0024][0025][0026][0027]
其中，c表示局部坐标系与全局坐标系变换关系式中的分数因子式；fc表示主反射面的焦距；γm表示γ所能取的最大弧度值；xm表示与γm对应的主反射面区域延拓线的最大长度；ae表示用于混合卷绕的椭圆半长轴；be表示用于混合卷绕的椭圆半短轴；b(γ)表示混合卷绕的过渡函数，且γ＝0时，b(γ)＝0，γ＝γm时，b(γ)＝1。
[0028]
在一种可能的实现方式中，所述残差表达式为：
[0029][0030]
其中，ε表示曲率半径残差；x
(n)
、y
(n)
、z
(n)
表示混合卷绕边缘在全局坐标系中以γ为自变量的严格参数方程各分量的n阶导数，n为正整数。
[0031]
在一种可能的实现方式中，所述利用所述残差表达式生成口面平滑的混合卷绕边缘反射面，包括：
[0032]
以反射面投影中心(x
avg
，y
avg
)作为旋转中心，以(x
ax
，y
ax
)和(x
avg
，y
avg
)的连线矢量与z轴矢量确定的平面作为切割平面，依次求解得到设定旋转角度间隔的轮廓线；基于反射面同侧轮廓线的连续性，对同侧轮廓线进行放样处理，得到口面平滑的混合卷绕边缘反射面。
[0033]
第二方面，本发明实施例还提供了一种口面平滑的混合卷绕边缘反射面，利用上
述任一构建方法构建得到。
[0034]
本发明实施例提供了一种口面平滑的混合卷绕边缘反射面及其构建方法，通过将口面所对应反射面的四角位置进行平滑处理，使得四角位置的矩形角被处理为倒圆角，并通过构建局部坐标系，利用局部坐标系与全局坐标系的变换关系生成混合卷绕边缘在全局坐标系中的严格参数方程，基于该严格参数方程构建二维曲率连续的曲率半径残差表达式，以优化曲率半径的连续条件，使得混合卷绕边缘区域的棱线被消除，如此口面边缘处变得平滑，从而可以提高反射面在进行紧缩场测量过程中电磁特性参数测量准确性。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
[0036]
图1是现有技术中构建的混合卷绕边缘反射面；
[0037]
图2是本发明一实施例提供的一种口面平滑的混合卷绕边缘反射面构建方法流程图；
[0038]
图3是本发明一实施例提供的一种口面平滑的混合卷绕边缘反射面示意图；
[0039]
图4是本发明一实施例提供的一种局部坐标系在全局坐标系中的位置示意图；
[0040]
图5～图16是本发明一实施例提供的口面平滑的混合卷绕边缘反射面静区幅相曲线示意图。
具体实施方式
[0041]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
如前所述，图1中的混合卷绕边缘反射面，其口面存在不连续区域，即矩形口面的边缘位置处存在一条棱线，该条棱线的存在势必会对电磁特性参数的测量结果的造成影响。
[0043]
基于上述问题，本发明的发明构思在于：对矩形口面的混合卷绕边缘反射面进行平滑处理，消除边缘位置处的棱线，以提高电磁特性参数测量结果的准确性。
[0044]
下面描述以上构思的具体实现方式。
[0045]
请参考图2，本发明实施例提供了一种口面平滑的混合卷绕边缘反射面构建方法，该方法包括：
[0046]
步骤200，确定平滑口面所对应反射面的投影轮廓边缘线表达式；
[0047]
步骤202，基于所述投影轮廓边缘线表达式构建局部坐标系；
[0048]
步骤204，基于所述局部坐标系与全局坐标系的变换关系，生成混合卷绕边缘在全局坐标系中以γ为自变量的严格参数方程；其中，γ为局部坐标系中从ye轴负向朝xe轴正向旋转的角度对应的弧度；
[0049]
步骤206，根据所述严格参数方程构建二维曲率连续的曲率半径残差表达式；
[0050]
步骤208，利用所述残差表达式生成口面平滑的混合卷绕边缘反射面。
[0051]
本发明实施例中，通过将口面所对应反射面的四角位置进行平滑处理，使得四角位置的矩形角被处理为倒圆角，并通过构建局部坐标系，利用局部坐标系与全局坐标系的变换关系生成混合卷绕边缘在全局坐标系中的严格参数方程，基于该严格参数方程构建二维曲率连续的曲率半径残差表达式，以优化曲率半径的连续条件，使得混合卷绕边缘区域的棱线被消除，如此口面边缘处变得平滑，从而可以提高反射面在进行紧缩场测量过程中电磁特性参数测量准确性。
[0052]
下面描述图2所示的各个步骤的执行方式。
[0053]
首先，针对步骤200，确定平滑口面所对应反射面的投影轮廓边缘线表达式。
[0054]
本发明实施例中，需要利用矩形口面倒圆角半径的数值，来确定反射面的投影在倒圆角位置所需平滑处理的区域范围，请参考图3，为所需构建的口面平滑的混合卷绕边缘反射面示意图，根据图3，需要形成投影轮廓边缘线的表达式，该表达式如下：
[0055]
右上角区域：
[0056]
x
ax
＝rsinθ+(x
max-r),θ∈[0
°
,90
°
]
[0057]yax
＝rcosθ+(y
max-r),θ∈[0
°
,90
°
]
[0058]
右下角区域：
[0059]
x
ax
＝rcosθ+(x
max-r),θ∈[0
°
,-90
°
]
[0060]yax
＝rsinθ+(y
max
+r),θ∈[0
°
,-90
°
]
[0061]
其中，左上角区域与右上角区域为对称关系，左下角区域和右下角区域为对称关系；基于右上角区域的表达式可以得出左上角区域的表达式，同理，基于右下角区域的表达式可以得出左下角区域的表达式；
[0062]
其中，x
ax
、y
ax
表示反射面的投影轮廓边缘线在全局坐标系中x、y轴上的投影分量；x
max
、y
max
表示反射面的投影轮廓边缘线在全局坐标系中x、y轴上投影分量的最大值；r表示倒圆角半径；θ表示倒圆角位置对应的旋转角度。
[0063]
然后，针对步骤202“基于所述投影轮廓边缘线表达式构建局部坐标系”和步骤204“基于所述局部坐标系与全局坐标系的变换关系，生成混合卷绕边缘在全局坐标系中以γ为自变量的严格参数方程；其中，γ为局部坐标系中从ye轴负向朝xe轴正向旋转的角度对应的弧度”。
[0064]
由于主反射面区域的四角范围平滑处理为倒圆角，主反射面区域的口面发生变化，因此需要重新构建局部坐标系，请参考图4，为局部坐标系在全局坐标系中的位置示意图，图中阴影区域为主反射面区域，主反射面区域外围为混合卷绕边缘区域，主反射面区域和混合卷绕边缘区域共同构成主反射面。
[0065]
本发明实施例中，局部坐标系与全局坐标系的变换关系为：
[0066][0067]
其中，x、y、z表示全局坐标系中的点坐标值；xe、ye、p表示与全局坐标系中对应点在局部坐标系中的点坐标值；xj、yj、zj表示主反射面区域与卷绕边缘区域连接点在全局坐标
系中的坐标值；x
p1
、x
p2
、x
p3
表示局部坐标系xe轴单位向量在全局坐标系x、y、z轴上的投影分量；y
p1
、y
p2
、y
p3
表示局部坐标系ye轴单位向量在全局坐标系x、y、z轴上的投影分量；p1、p2表示局部坐标系p轴单位向量在全局坐标系x、y轴上的投影分量。
[0068]
为了构建反射面，需要在局部坐标系中将混合卷绕区域的轮廓边缘线绘制出来，然后将其放置在全局坐标系中进行构建，因此需要基于上述变换关系生成混合卷绕边缘在全局坐标系中以γ为自变量的严格参数方程。
[0069]
本发明实施例中，该述混合卷绕边缘在全局坐标系中以γ为自变量的严格参数方程为：
[0070][0071][0072][0073]
其中，c表示局部坐标系与全局坐标系变换关系式中的分数因子式；fc表示主反射面的焦距；γm表示γ所能取的最大弧度值；xm表示与γm对应的主反射面区域延拓线的最大长度；ae表示用于混合卷绕的椭圆半长轴；be表示用于混合卷绕的椭圆半短轴；b(γ)表示混合卷绕的过渡函数，且γ＝0时，b(γ)＝0，γ＝γm时，b(γ)＝1。
[0074]
接下来，针对步骤206，根据所述严格参数方程构建二维曲率连续的曲率半径残差表达式。
[0075]
在确定了严格参数方程之后，需要保证严格参数方程的形式与旋转抛物面截出来的方程局足够的连续性，保证拼接在一起的线是平滑的，即形成的混合卷绕边缘区域的连续性，消除区域内的棱线，则需要保证曲率半径残差尽可能的小，以优化曲率半径的连续条件。本发明实施例中，基于严格参数方程构建的二维曲率连续的曲率半径残差表达式为：
[0076][0077]
其中，ε表示曲率半径残差；x
(n)
、y
(n)
、z
(n)
表示混合卷绕边缘在全局坐标系中以γ为自变量的严格参数方程各分量的n阶导数，n为正整数。
[0078]
本实施例中，该曲率半径残差需小于预设值，比如，0.0001。
[0079]
最后，针对步骤208，利用所述残差表达式生成口面平滑的混合卷绕边缘反射面。
[0080]
上述条件设置完成之后，在生成口面平滑的混合卷绕边缘反射面时，可以根据轮廓线的连续方式及疏密程度，通过扫掠放样方式获得口面平滑的混合卷绕边缘反射面，具体为：
[0081]
以反射面投影中心(x
avg
，y
avg
)作为旋转中心，以(x
ax
，y
ax
)和(x
avg
，y
avg
)的连线矢量与z轴矢量确定的平面作为切割平面，依次求解得到设定旋转角度间隔的轮廓线；基于反射
面同侧轮廓线的连续性，对同侧轮廓线进行放样处理，得到口面平滑的混合卷绕边缘反射面。
[0082]
本发明实施例还提供了一种口面平滑的混合卷绕边缘反射面，利用上述任一构建方法构建得到。
[0083]
为验证该口面平滑的混合卷绕边缘反射面的测量效果，本实施例对最低工作频率0.8ghz的口面平滑的混合卷绕边缘反射面进行测量仿真，得到口面平滑的混合卷绕边缘反射面静区幅相曲线示意图，请参考图5～16，其中，图5～7为水平极化对应的静区水平截线幅相曲线示意图，图8～10为水平极化对应的静区垂直截线幅相曲线示意图，图11～13为垂直极化对应的静区水平截线幅相曲线示意图，图14～16为垂直极化对应的静区垂直截线幅相曲线示意图。根据结果可知，其静区幅度锥削、幅度波纹、相位波动及交叉极化均优于常规设计指标。
[0084]
可见，通过对传统边缘公式进行修正，可以构建得到口面平滑的混合卷绕边缘反射面，与传统混合卷绕边缘反射面相比，口面平滑的混合卷绕边缘反射面具有更加优良的静区幅相特性。
[0085]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
…”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
[0086]
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
[0087]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。