用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法、装置及设备与流程

1.本技术涉及卫星导航模拟技术领域，特别地，涉及一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法、装置及设备。


背景技术：

2.在卫星导航模拟领域中，导航接收天线在载体上的安装位置和安装方向，卫星位置变化，载体轨迹的位置变化和姿态变化等因素都会实时影响卫星信号在接收天线上的入射角度，最终影响卫星信号的接收功率，例如飞机、导弹姿态变化时，天线方向在时刻变化，那么接收到的每一颗卫星信号也在时刻变化，因接收天线方向图的影响，那么信号功率也在时刻变化，某些方向上甚至无法接受到信号；在导航模拟中，也必须考虑接收方向在天线不同角度的功率变化，因此，在导航模拟中加入天线方向图的仿真，可极大的提高导航模拟的真实度。
3.要实现天线方向图的模拟，需定量计算天线的三维方向图；在现有的卫星导航模拟系统中，天线方向图建模方式一般是将方位角、俯仰角分成等间隔的区间，并形成一个天线方向图二维表格，在表格中填入对应方位角、俯仰角的增益；计算时找到所需的方位角、俯仰角的增益值，这种方法需假定对天线的各个角度区间的方向图都进行了测量，而全方位的测量工作量巨大，因此大部分天线测量时只对水平面面和垂直面进行了样本测量，并且测量点数量不定，间隔不定。也有在没有天线的测量数据时，根据仿真需要，设定一种特定形状的天线方向图的需求。
4.因此，需提供一种简便的天线方向图建模方法, 不但可以利用现有测量数据重构其近似的三维天线方向图，而且能够根据设定需要，创建、编辑特定形状的三维天线方向图，现有技术提出了在已知水平面、垂直面方向图的情况下，合成三维天线方向图的方法，但上述方法仍然存在如下不足之处：第一，现有方法假定已知天线的水平面、垂直面方向图的精确函数，而在现实中大部分情况下是无法知道精确函数的；第二，由水平、垂直两个截面来拟合三维空间曲面，有无数可能性，理论上不可能完成，现有方法使用的验证方式只对理想天线进行对比，而理想天线本来就在各截面上有高度的相似性，与实际条件下的天线相差太远；第三，现有方法不能对垂直、水平面以外的样本数据进行拟合，也就是说，就算有测量数据，如果不在水平、垂直面内，就不能被使用，造成数据浪费；第四，在商用化使用中，需考虑使用者根据需要对天线方向图进行编辑、调整的功能，现有技术无法提供此功能，灵活性差。


技术实现要素：

5.本技术一方面提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，以解决现有导航模拟中因天线测量样本数据的数量和位置分布受限无法合成高质量三维天线方向图，进而影响卫星导航模拟精确性的技术问题。
6.本技术采用的技术方案如下：
一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，包括步骤：载入预先编辑好的天线样本数据集，所述天线样本数据集表示为集合{，其中，，n表示样本数量且，θ表示方位角、φ表示俯仰角，g表示对应方向的增益，以db为单位；根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数；通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体的地心坐标位置、姿态，并计算载体上所装天线和每个卫星当前时刻的地心坐标位置；根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角；根据所述三维天线方向图函数、所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角计算得到所述当前卫星信号方向向量在天线上的增益，控制当前卫星信号生成通道的rf导航信号强度；按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
7.进一步地，所述天线样本数据集来源于真实测量数据，然后进行编辑得到，或者完全根据需要进行编辑得到，具体包括步骤：定义三维坐标w与方位角、俯仰角、增益的对应关系；将天线样本数据中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示，同时在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中绘制相应的切面曲线和三维曲面网格；根据用户对样本点的可视化编辑对样本数据集和当前天线的水平方向图、垂直方向图和三维方向图进行同步更新；将更新好的样本数据集存入天线数据文件中。
8.进一步地，所述定义三维坐标w与方位角θ、俯仰角φ、增益g的对应关系具体包括步骤：构造天线局部坐标系，为原点，构成左手坐标系；构建方位角、俯仰角与方向向量之间的映射关系，其中：()表示方向向量映射到方位角θ、俯仰角φ；表示方位角θ、俯仰角φ映射到方向向量；对任意，在天线局部坐标系中的三维坐标为w，则计算公式为：；对任意三维坐标w，转化为时，则计算公式为：, ；其中， ，表示向量的归一化。进一步地，将天线样本数据集中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向
图、垂直方向图，三维方向图中进行显示，同时在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中绘制相应的切面曲线和三维曲面网格，具体包括步骤：显示天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图；在水平方向图上显示所述天线样本数据集中所有位于水平面的样本点，并显示天线方向图与水平面的切面曲线，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作；在垂直方向图上显示所述天线样本数据集中所有位于垂直面的样本点，并显示天线方向图与垂直面的切面曲线，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作；在三维方向图上显示所述天线样本数据集中所有样本点，并显示天线方向图对应的三维曲面网格，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作。
9.进一步地，所述天线方向图与水平面的切面曲线绘制过程包括：设，d为预定义的角度分割数量，将天线样本数据集中的样本点( 映射到三维坐标点，将方位角为和的两个相邻的三维坐标点直接连线得到所述天线方向图与水平面的切面曲线；所述天线方向图与垂直面的切面曲线绘制过程包括：设，将天线样本数据集中的样本点(映射到三维坐标点，将俯仰角为和的两个相邻的三维坐标点直接连线得到所述天线方向图与垂直面的切面曲线；所述天线方向图对应的三维曲面网格的绘制过程包括：设;设;对每一个，计算坐标点：，，，，其中，坐标点组成一个四边形；将所有计算得到的四边形合并后即可得到所述天线方向图对应的三维曲面网格。
10.进一步地，所述根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数，具体包括步骤：当n=0时，0；
当，则g(θ，φ)=g
k
；其他情况下， ；其中,为向量夹角计算函数，为实常数；，；满足：，，即三维方向图函数在样本点方向的计算值与样本点重合。
11.进一步地，所述根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角，具体包括步骤：计算载体的位置、姿态，根据载体的位置、姿态以及天线的局部位置、局部姿态，计算载体上天线中心的位置为r； 在ecef坐标系中，建立旋转变换矩阵，使 ，即把ecef坐标下的向量转换到天线局部坐标系下；计算每个卫星当前时刻的位置，设卫星的ecef坐标为s， 则得到ecef坐标为s的卫星的信号向量为，通过旋转变换矩阵将信号向量转换到天线局部坐标系；再将转换到天线局部坐标系下的信号向量转换为方位角、俯仰角:。
12.本技术另一方面还提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真装置，包括：天线样本数据集载入模块，用于载入预先编辑好的天线样本数据集，所述天线样本数据集表示为集合{，其中，，n表示样本数量且，θ表示方位角、φ表示俯仰角，g表示对应方向的增益；三维天线方向图函数计算模块，根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数；位置获取模块，用于通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体的地心坐标位置、姿态，并计算载体上所装天线和每个卫星当前时刻的地心坐标位置；角度转换模块，用于根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角；导航信号生成模块，用于根据所述三维天线方向图函数、所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角计算得到所述当前卫星信号方向向量在天线上的增益，控制当前卫星信号生成通道的rf导航信号强度；周期推进模块，用于按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
13.本技术另一方面还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上
并可在处理器上运行的计算机程序， 所述处理器执行所述程序时实现所述用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法的步骤。
14.本技术另一方面还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序， 在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行所述的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法的步骤。
15.相比现有技术，本技术具有以下有益效果：本技术提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法、装置及设备，所述方法在预先编辑好的天线样本数据集后，可根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数，接着在当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角后，即可根据三维天线方向图函数得到当前卫星信号方向向量在天线上的增益来控制当前卫星信号生成通道的rf导航信号强度，实现卫星导航模拟。本技术一方面只需要有限数量的离散天线样本点即可获得较为精确的三维天线方向图函数来合成高质量三维天线方向图，解决了由一定数量的离散的天线测量样本数据生成三维天线方向图的问题，可大幅降低样本测量所需的工作量，提高仿真效率；另一方面，本技术不光能由位于水平面、垂直面的样本点来拟合三维天线方向图，还支持任意分布的样本点拟合，能兼容任意分布的样本数据，不再受样本点分布位置的限制，提高了样本的利用率，从而解决了现有技术中样本点无法得到全面有效利用的问题，大幅提高三维天线方向图的拟合精度，最终提高卫星导航模拟的真实性和可靠性，最后，本技术还可以根据需要对天线方向图的样本点进行预设的可视化编辑，提高三维天线方向图的拟合的灵活性和适用性，方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。
16.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本技术作进一步详细的说明。
附图说明
17.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1是本技术优选实施例的天线方向图仿真方法流程示意图。
18.图2是本技术优选实施例中步骤s1的子步骤示意图。
19.图3是本技术优选实施例中直角坐标系与方向、角度转换示意图。
20.图4是本技术优选实施例中步骤s12的子步骤示意图。
21.图5是本技术优选实施例的水平面方向图（圆点为样本点）。
22.图6是本技术优选实施例的垂直面方向图（圆点为样本点）。
23.图7是本技术优选实施例的三维方向图（圆点为样本点）。
24.图8是本技术优选实施例的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真装置模块示意图。
25.图9是本技术优选实施例的电子设备实体示意框图。
26.图10是本技术优选实施例的计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
28.参照图1，本技术的优选实施例提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，包括步骤：s1、载入预先编辑好的天线样本数据集，所述天线样本数据集表示为集合{，其中，，n表示样本数量且，θ表示方位角、φ表示俯仰角，g表示对应方向的增益，以db为单位；s2、根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数；s3、通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体的地心坐标位置、姿态，并计算载体上所装天线和每个卫星当前时刻的地心坐标位置；s4、根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角；s5、根据所述三维天线方向图函数、所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角计算得到所述当前卫星信号方向向量在天线上的增益，控制当前卫星信号生成通道的rf导航信号强度；s6、按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
29.本实施例提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法，所述方法在载入预先编辑好的天线样本数据集后，可根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数，接着在当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角后，即可根据三维天线方向图函数得到当前卫星信号方向向量在天线上的增益来控制当前卫星信号生成通道的rf导航信号强度，实现卫星导航模拟。本实施例一方面只需要有限数量的离散天线样本点即可获得较为精确的三维天线方向图函数来合成高质量三维天线方向图，解决了由一定数量的离散的天线测量样本数据生成三维天线方向图的问题，可大幅降低样本测量所需的工作量，提高仿真效率；另一方面，本实施例不光能由位于水平面、垂直面的样本点来拟合三维天线方向图，还支持任意分布的样本点拟合，能兼容任意分布的样本数据，不再受样本点分布位置的限制，提高了样本的利用率，从而解决了现有技术中样本点无法得到全面有效利用的问题，大幅提高三维天线方向图的拟合精度，最终提高卫星导航模拟的真实性和可靠性，最后，本实施例还可以根据需要对天线方向图的样本点进行预设的可视化编辑，所述天线样本数据集来源于真实测量数据，然后进行编辑得到，或者完全根据需要进行编辑得到，提高三维天线方向图的拟合的灵活性和适用性，方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。
30.如图2所示，在本发明的优选实施例中，所述天线样本数据集来源于真实测量数据，然后进行编辑得到，或者完全根据需要进行编辑得到，具体包括步骤：s11、定义三维坐标w与方位角、俯仰角、增益的对应关系；s12、将天线样本数据中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w
在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示，同时在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中绘制相应的切面曲线和三维曲面网格；s13、根据用户对样本点的可视化编辑对样本数据集和当前天线的水平方向图、垂直方向图和三维方向图进行同步更新；s14、将更新好的样本数据集存入天线数据文件中。
31.本实施例通过定义三维坐标w与方位角、俯仰角、增益的对应关系，从而将天线样本数据中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示并绘制相应的切面曲线和三维曲面网格，因此，本实施例不光能由位于水平面、垂直面的样本点来拟合三维天线方向图，还支持任意分布的样本点拟合，能兼容任意分布的样本数据，拟合时不再受样本点分布位置的限制，提高了样本的利用率，从而解决了现有技术中样本点无法得到全面有效利用的问题，大幅提高三维天线方向图的拟合精度，最终提高卫星导航模拟的真实性和可靠性，同时，本实施例还支持在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中对样本点进行可视化编辑，方便用户根据实际需要对样本点进行修改和调整，提高三维天线方向图的拟合的灵活性和适用性，方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。
32.在本发明的优选实施例中，所述定义三维坐标w与方位角θ、俯仰角φ、增益g的对应关系具体包括步骤：s111、构造天线局部坐标系，为原点，构成左手坐标系；s112、构建方位角、俯仰角与方向向量之间的映射关系，其中：()表示方向向量映射到方位角θ、俯仰角φ；表示方位角θ、俯仰角φ映射到方向向量；s112、对任意，在天线局部坐标系中的三维坐标为w，则计算公式为：；s114、对任意三维坐标w，转化为时，则计算公式为：, 其中， ，表示向量的归一化。
33.本实施例首先基于天线局部坐标系构建方位角、俯仰角与方向向量之间的映射关系，如图3所示，本实施例的平面与天线水平面重合，轴正向与方位角方向重合，轴正向与方位角方向重合；平面与天线垂直面重合，轴正向与俯仰角方向重合，轴正向与俯仰角方向重合；为轴方向单位向量，为轴方向单位向量，为轴方向单位向量;本实施例定义方向到俯仰角、方位角的映射：(,定义俯仰角、方位角到方向的映射：；其中，()计算方式如下：，当在轴投影为正时，否则; ，当在轴投影为正时，否则；
为在平面上的投影；计算方式如下：向量绕轴旋转度，再绕轴旋转度之后的单位向量即为。
34.另外，本实施例还提供了三维坐标w与方位角θ、俯仰角φ、增益g具体的转换方法，本实施例在转换过程中，结合方位角、俯仰角与方向向量之间的映射关系、样本点增益g、各样本点中最小增益g
min
，因此，其好处是便于对样本点与方向图函数进行可视化。
35.如图4所示，在本技术的优选实施例中，将天线样本数据集中各样本点所对应的俯仰角、方位角、增益转换为三维坐标w在当前天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中进行显示，同时在水平方向图、垂直方向图、三维方向图中绘制相应的切面曲线和三维曲面网格，具体包括步骤：s121、显示天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图；s122、在水平方向图上显示所述天线样本数据集中所有位于水平面的样本点，并显示天线方向图与水平面的切面曲线(见图5)，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作；s123、在垂直方向图上显示所述天线样本数据集中所有位于垂直面的样本点，并显示天线方向图与垂直面的切面曲线(见图6)，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作；s124、在三维方向图上显示所述天线样本数据集中所有样本点，并显示天线方向图对应的三维曲面网格(见图7)，同时提供增加样本点、删除样本点、移动样本点的可视化编辑操作。
36.本实施例可将所述天线样本数据集中的给样本点对应的显示在天线的水平方向图、垂直方向图，三维方向图中，其中，位于水平面的样本点和切面曲线在水平方向图上予以显示，位于垂直面的样本点和切面曲线则在垂直方向图上予以显示，而所述天线样本数据集中所有样本点和三维曲面网格都会在三维方向图上予以显示，同时，各个视图均可以对样本点进行可视化编辑操作。
37.另外，本实施例不光能由位于水平面、垂直面的样本点来拟合三维天线方向图，还支持任意分布的样本点拟合，能兼容任意分布的样本数据，拟合时不再受样本点分布位置的限制，提高了样本的利用率，从而解决了现有技术中样本点无法得到全面有效利用的问题，大幅提高三维天线方向图的拟合精度，最终提高卫星导航模拟的真实性和可靠性，另外，本实施例还可以根据需要对天线方向图的样本点进行预设的可视化编辑，提高三维天线方向图的拟合的灵活性和适用性，方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。
38.在本技术的优选实施例中，所述天线方向图与水平面的切面曲线绘制过程包括：设，d为预定义的角度分割数量，将天线样本数据集中的样本点( 映射到三维坐标点，将方位角为和的两个相邻的三维坐标点直接连线得到所述天线方向图与水平面的切面曲线。
39.在本技术的优选实施例中，所述天线方向图与垂直面的切面曲线绘制过程包括：设，将天线样本数据集中的样本点(
映射到三维坐标点，将俯仰角为和的两个相邻的三维坐标点直接连线得到所述天线方向图与垂直面的切面曲线。
40.在本技术的优选实施例中，所述天线方向图对应的三维曲面网格的绘制过程包括：设;设;对每一个，计算坐标点：，，，，其中，坐标点组成一个四边形；将所有计算得到的四边形合并后即可得到所述天线方向图对应的三维曲面网格。
41.本实施例提供的切面曲线与三维曲面网格绘制过程优点在于通过角度分割与离散化，在少量降低显示效果的同时，提高计算与绘制速度，在编辑样本时，可提供实时显示更新而不会有处理延迟。
42.在本技术的优选实施例中，所述根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数，具体包括步骤：s21、当n=0时，0；s22、当存在，则g(θ，φ)=g
k
；s23、其他情况下， ；其中,为向量夹角计算函数，为实常数；，；满足：，，即三维方向图函数在样本点方向的计算值与样本点重合。
43.本实施例提供了根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数的具体措施，该措施根据所述天线样本数据集及其样本数量和样本分布特点提出了不同的三维天线方向图函数计算方法，具体包括三种情况：一、如当样本数量为0时，即完全没有样本的情况下，则三维天线方向图函数
=0；二、当天线样本数据集中存在某一样本(θ
k
，θ
k
，g
k
)的方向向量与待测方向向量的夹角小于设定常数时，则将待测方向向量的三维天线方向图函数等于该样本(θ
k
，θ
k
，g
k
)的增益，即当待测方向向量和样本的方向向量的夹角足够小，符合误差要求时，采用近似法将样本的增益作为待测方向向量的三维天线方向图函数的计算结果，也就是说，这种情况表，待测方向向量的增益为与样本(θ
k
，θ
k
，g
k
)的增益相同，从而即可以减少样本数量，同时又确保满足仿真的误差要求；三、其他情况下，待测方向向量的三维天线方向图函数等于天线样本数据集中的最小增益加上待测方向向量与周围样本点的加权合，其中角度距离越小，权重越大；这种情况主要针对待测方向向量和样本的方向向量的夹角较大时，由于样本数量有限且分散分布，因此并不是所有的待测方向向量与样本的方向向量都满足情况二的设定条件，若采用情况二的方式来计算待测方向向量的三维天线方向图函数，势必会带来较大的误差影响仿真的效果，为此，本实施例在面对情况三时，待测方向向量的三维天线方向图函数等于天线样本数据集中的最小增益加上待测方向向量与周围样本点的加权合，这样设置的好处是：依据位置越近，相似度越高的原则，对天线方向图进行拟合。
44.本实施例在计算三维天线方向图函数时可兼容任意分布的样本数据集，但样本数据的样本数量以及角度分布可对最终合成的三维方向图与真实情况的误差大小产生影响，样本数量越多，则合成误差越小，样本分布密度与增益变化率成正比，样本分布密度越大，则合成误差越小。
45.在本技术的优选实施例中，所述根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角，具体包括步骤：s41、计算载体的位置、姿态，根据载体的位置、姿态以及天线的局部位置、局部姿态，计算载体上天线中心的位置为r；s42、 在ecef坐标系中，建立旋转变换矩阵，使 ，即把ecef坐标下的向量转换到天线局部坐标系下；s43、计算每个卫星当前时刻的位置，设卫星的ecef坐标为s， 则得到ecef坐标为s的卫星的信号向量为，通过旋转变换矩阵将信号向量转换到天线局部坐标系；s44、再将转换到天线局部坐标系下的信号向量转换为方位角、俯仰角:。
46.本实施例首先计算天线中心的位置为r和卫星当前时刻的位置坐标s；接着根据r和s得到ecef坐标为s的卫星的信号向量并转换到天线局部坐标系下，最后根据前述的映射关系即刻得到卫星的信号向量所对应的方位角和俯仰角，一旦得到了卫星的信号向量所对应的方位角和俯仰角后，即可利用前述三维天线方向图函数g(θ
s
，φ
s
)计算得到卫星的信号向量在天线上的增益，最后通过所得的增益控制当前卫星信号生成通道的rf导航信号强度
实现导航仿真。
47.如图8所示，本技术另一优选实施例还提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真装置，包括：天线样本数据集载入模块，用于载入预先编辑好的天线样本数据集，所述天线样本数据集表示为集合{，其中，，n表示样本数量且，θ表示方位角、φ表示俯仰角，g表示对应方向的增益；三维天线方向图函数计算模块，根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数；位置获取模块，用于通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体的地心坐标位置、姿态，并计算载体上所装天线和每个卫星当前时刻的地心坐标位置；角度转换模块，用于根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的当前卫星信号方向向量，将所述当前卫星信号方向向量转换到载体局部坐标系后，得到所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角；导航信号生成模块，用于根据所述三维天线方向图函数、所述当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角计算得到所述当前卫星信号方向向量在天线上的增益，控制当前卫星信号生成通道的rf导航信号强度；周期推进模块，用于按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
48.本实施例提供了一种用于卫星导航模拟的天线方向图仿真装置，所述装置在载入预先编辑好的天线样本数据集后，可根据所述天线样本数据集中样本数量和样本分布特点计算得到用于表示天线所有方向的增益的三维天线方向图函数，接着在当前卫星信号方向向量对应的方位角和俯仰角后，即可根据三维天线方向图函数得到当前卫星信号方向向量在天线上的增益来控制当前卫星信号生成通道的rf导航信号强度，实现卫星导航模拟。本实施例一方面只需要有限数量的离散天线样本点即可获得较为精确的三维天线方向图函数来合成高质量三维天线方向图，解决了由一定数量的离散的天线测量样本数据生成三维天线方向图的问题，可大幅降低样本测量所需的工作量，提高仿真效率；另一方面，本实施例不光能由位于水平面、垂直面的样本点来拟合三维天线方向图，还支持任意分布的样本点拟合，能兼容任意分布的样本数据，不再受样本点分布位置的限制，提高了样本的利用率，从而解决了现有技术中样本点无法得到全面有效利用的问题，大幅提高三维天线方向图的拟合精度，最终提高卫星导航模拟的真实性和可靠性，最后，本实施例还可以根据需要对天线方向图的样本点进行预设的可视化编辑，所述天线样本数据集来源于真实测量数据，然后进行编辑得到，或者完全根据需要进行编辑得到，提高三维天线方向图的拟合的灵活性和适用性，方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。
49.上述仿真装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
50.如图9所示，本技术的优选实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例中的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法。
51.如图10所示，本技术的优选实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端或活体检测服务器，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的其他计算机设备通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法。
52.本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
53.本技术的优选实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行上述实施例中的用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法。
54.本技术解决了由一定数量的离散的天线测量样本数据生成三维天线方向图的问题，能兼容任意分布的样本数据，使三维方向图合成不光能由位于水平面、垂直面的样本来拟合，也支持任意分布的样本拟合；同时本技术还提供了根据需要对天线方向图进行设定的可视化的编辑系统，使用本技术能方便在卫星导航模拟中进行天线方向图仿真。另外在信号发射端例如干扰信号的模拟仿真中，根据光路的可逆性，可按照上述实施例提供的方法计算干扰信号在干扰发射天线的方向性增益。
55.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
56.本实施例方法所述功能若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个或者多个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备（可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等）执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom， read
‑
only memory）、随机存取存储器（ram， random access memory），磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
57.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。