一种便携式VLF辐射效率测量平台及方法

本申请涉及甚低频通信，更具体地，涉及一种便携式vlf辐射效率测量平台、方法、工控计算机、计算机可读存储介质及计算机程序产品。

背景技术：

1、低频电磁波传播稳定，衰减小，在远距离导航、通信领域应用广泛。甚低频(vlf,very low frequency)是指频带由3khz到30khz的电磁波，其主要用于远距离水下目标的通信指挥。为了有效辐射甚低频电磁波，通常采用垂直架设的直立天线。

2、辐射效率是甚低频发射天线最重要的参数之一。目前，通常在距离发射天线20km-60km处，采用标准场强计配置相关天线对地波场强进行测量，然后根据理论公式推算出辐射效率。

3、目前的甚低频发射天线的辐射效率测量方法存在以下问题：

4、(1)天线对测量结果影响较大。目前与场强计配置的天线主要有环天线和鞭天线。根据天线理论可知，环天线在低频段具有明显的方向性，其最大接收方向为环面所在平面。因此在利用环天线进行测量时，首先需要对环天线的方向进行手动调整，通过场强计上的场强大小的读数来判断是否将环天线的最大接收方向对准低频信号的来波方向。在此调整过程中，为减小人为因素对环天线的影响，每一次调整方向人要远离环天线后在进行场强的读数和记录，过程繁琐，且需要至少2人配合才能较好地完成测量任务。此外，鞭天线虽然无方向性，但为保证接收信号的准确度，通常需要给鞭天线配置半径至少约为1m的金属板(铝板)保证良好的接地条件，导致整个测量设备笨重。同时考虑到鞭天线更容易受到周围电磁环境的影响，通常采用环天线进行场强测量。

5、(2)由于受电磁环境的影响，测量时场强计读数总会存在一定波动，人为读数和记录时很难把握一定的规则，通常采用多次读数和记录，过程较为繁琐，而且还存在一定错记或漏记等风险。

6、(3)在对辐射效率测量时，目前的测量平台或设备均不具备直接给出辐射效率的功能，而是需要通过场强的大小根据下式进行推算：

7、

8、式中，η为天线的辐射效率，ez为测量点所测得的场强大小，r为测量点到发射天线之间的直线距离，pin为发射天线的输入功率。因此，要推算出辐射效率，还需要计算测量距离和天线的输入功率。

9、因此，目前的甚低频发射天线的辐射效率测量方法存在测量效率不高、操作流程多等的问题。

技术实现思路

1、为了解决甚低频发射天线的辐射效率测量设备和方法以上的问题，本发明提供了一种便携式vlf辐射效率测量平台、方法、工控计算机、计算机可读存储介质及计算机程序产品，同时可实现实现最大方向自动寻找、场强信号自动记录和保存、效率自动计算等功能，提高甚低频发射天线的辐射效率的测量效率。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种便携式vlf辐射效率测量平台，该平台包括：

3、甚低频接收天线、gnss天线、数字下变频接收机、gnss接收机、工控计算机、转台；

4、数字下变频接收机连接甚低频接收天线，用于接收甚低频发射天线辐射的低频电磁场信号；

5、gnss接收机连接gnss天线，用于接收gnss天线采集的接收点的经纬度；

6、转台用于放置并支撑甚低频接收天线；

7、工控计算机分别连接数字下变频接收机、gnss接收机、转台，用于控制转台的方向并调整转台至最大方向，以保证测量接收点的场强时始终为最大场强；基于甚低频发射天线的经纬度和接收点的经纬度，计算发射点和接收点之间的距离；获取接收点的最大场强和发射点的输入功率；根据发射点和接收点之间的距离、接收点的最大场强和发射点的输入功率，计算甚低频发射天线的辐射效率。

8、进一步地，甚低频接收天线采用磁环天线。

9、进一步地，数字下变频接收机、gnss接收机、工控计算机均放置于三防机箱。

10、进一步地，转台配置有三脚架。

11、按照本发明的第二个方面，还提供了一种便携式vlf辐射效率测量方法，应用于上述便携式vlf辐射效率测量平台，包括：

12、获取甚低频发射天线辐射的低频电磁场信号；

13、获取gnss接收报文，gnss接收报文包括接收点的经纬度；

14、基于低频电磁场信号，获取接收点的最大场强、发射点的经纬度和输入功率；

15、基于发射点的经纬度和接收点的经纬度，计算发射点和接收点之间的距离；

16、在发射点和接收点之间的距离满足预设条件的情况下，根据发射点和接收点之间的距离、接收点的最大场强和发射点的输入功率，计算甚低频发射天线的辐射效率。

17、进一步地，基于发射点的经纬度和接收点的经纬度，计算发射点和接收点之间的距离，包括：

18、采用haversine公式，计算发射点和接收点之间的距离：

19、

20、式中，tx为发射点的经度，rx为接收点的经度，ty为发射点的纬度，ry为接收点的纬度。

21、进一步地，根据发射点和接收点之间的距离、接收点的最大场强和发射点的输入功率，计算甚低频发射天线的辐射效率，包括：

22、

23、式中，η为甚低频发射天线的辐射效率，r为发射点和接收点之间的距离，ez为接收点的最大场强，pin为发射点的输入功率。

24、按照本发明的第三个方面，还提供了一种工控计算机，其包括存储器、处理器及存储在该存储器上的计算机程序，该处理器执行该计算机程序以实现上述任一项方法的步骤。

25、按照本发明的第四个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法的步骤。

26、按照本发明的第五个方面，还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法的步骤。

27、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

28、(1)本发明提供的一种便携式vlf辐射效率测量平台，通过转台实现甚低频接收天线的最大场强定位；并且，通过gnss天线和gnss接收机实现接收点的经纬度(即接收天线的经纬度)的自动采集，从而基于甚低频发射天线的经纬度和接收天线的经纬度计算发射点和接收点之间的距离，进而计算甚低频发射天线的辐射效率，能够实现对甚低频发射天线的辐射效率的自动、准确的测量，提高甚低频发射天线的辐射效率的测量效率。

29、(2)本发明提供的一种便携式vlf辐射效率测量平台，通过采用磁环天线作为甚低频发射天线，由于磁环天线具有尺寸小的特点，因此该平台具有较好的便携性。

技术特征：

1.一种便携式vlf辐射效率测量平台，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的平台，其特征在于，所述甚低频接收天线采用磁环天线。

3.如权利要求1所述的平台，其特征在于，所述数字下变频接收机、所述gnss接收机、所述工控计算机均放置于三防机箱。

4.如权利要求1所述的平台，其特征在于，所述转台配置有三脚架。

5.一种便携式vlf辐射效率测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4中任一项所述便携式vlf辐射效率测量平台，包括：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述发射点的经纬度和所述接收点的经纬度，计算发射点和接收点之间的距离，包括：

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述发射点和接收点之间的距离、所述接收点的最大场强和所述发射点的输入功率，计算甚低频发射天线的辐射效率，包括：

8.一种工控计算机，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求5-7中任一项所述方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求5-7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求5-7中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本申请涉及甚低频通信技术领域，公开了一种便携式VLF辐射效率测量平台及方法。该平台包括甚低频接收天线、GNSS天线、数字下变频接收机、GNSS接收机、工控计算机、转台；数字下变频接收机连接甚低频接收天线，用于接收甚低频发射天线辐射的低频电磁场信号；GNSS接收机连接GNSS天线，用于接收GNSS天线采集的接收点的经纬度；转台用于放置并支撑甚低频接收天线；工控计算机分别连接数字下变频接收机、GNSS接收机、转台，用于控制转台方向并调整转台至最大方向，根据发射点和接收点之间的距离、接收点的最大场强和发射点的输入功率，计算甚低频发射天线的辐射效率。采用本方法能够实现对甚低频发射天线辐射效率的准确测量。

技术研发人员：吴华宁,冯慧婷,李家鑫,艾文珵
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10