陣列天線因隨機(jī)振動(dòng)引起的測(cè)向誤差分析及校準(zhǔn)*

(1.海軍航空工程學(xué)院 青島校區(qū)，山東 青島266041；2.解放軍91917部隊(duì)，北京102401)

陣列天線因隨機(jī)振動(dòng)引起的測(cè)向誤差分析及校準(zhǔn)*

謝洪森*1，劉云飛1，周 鵬1，李淑黨2

(1.海軍航空工程學(xué)院 青島校區(qū)，山東 青島266041；2.解放軍91917部隊(duì)，北京102401)

針對(duì)陣列天線受艦船甲板低頻機(jī)械隨機(jī)振動(dòng)引發(fā)振子位移變化導(dǎo)致的測(cè)向誤差問(wèn)題，建立了天線振子隨機(jī)振動(dòng)誤差模型，仿真分析了天線陣列3個(gè)軸向隨機(jī)振動(dòng)模式對(duì)測(cè)角接收信號(hào)的影響，提出了一種基于多個(gè)接收機(jī)在不同位置同時(shí)測(cè)量的測(cè)角誤差校正方法。該方法采用最小二乘法得到多個(gè)誤差校準(zhǔn)矢量,通過(guò)調(diào)用天線波束指向扇區(qū)內(nèi)校準(zhǔn)矢量的方法進(jìn)行誤差補(bǔ)償，解決了低頻隨機(jī)振動(dòng)模式下陣列天線測(cè)角誤差的校準(zhǔn)問(wèn)題。該方法已應(yīng)用到艦載微波著艦引導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)解算中。

陣列天線;隨機(jī)振動(dòng);天線振子;測(cè)向誤差;校準(zhǔn)矢量

1 引 言

為保障艦船正常航行、搶險(xiǎn)救生以及軍事飛行等安全需要，軍民用艦船上通常均裝配導(dǎo)航定向引導(dǎo)設(shè)備。依據(jù)設(shè)備完成任務(wù)和引導(dǎo)精度的不同，通常采用不同的相控陣天線陣列，天線陣列通過(guò)調(diào)整各個(gè)振子的相位，實(shí)現(xiàn)天線定向輻射導(dǎo)航引導(dǎo)信號(hào)扇掃波束的指向，空中或艦面接收設(shè)備接收特定的引導(dǎo)信息進(jìn)行處理和解算，完成精確導(dǎo)航引導(dǎo)。目前，由于國(guó)內(nèi)某些大型艦船導(dǎo)航引導(dǎo)設(shè)備天線固定安裝在艦船甲板下層艦艉部最端頭，在這種特定工作環(huán)境安裝應(yīng)用主要解決特種飛行器精準(zhǔn)著艦引導(dǎo)問(wèn)題。艦船甲板艦艉受強(qiáng)大的機(jī)械動(dòng)力必然會(huì)引發(fā)低頻(約幾十赫)機(jī)械振動(dòng)，致使天線陣列受到外來(lái)低頻機(jī)械振動(dòng)的影響，天線各個(gè)振子之間的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生相對(duì)改變，位置的改變會(huì)引入信號(hào)傳輸波程的改變，從而導(dǎo)致波束掃描合成方向圖的指向發(fā)生變化，影響到接收信號(hào)的處理、解算以及接收設(shè)備的引導(dǎo)性能和精度[1]。

為在實(shí)際陣列天線系統(tǒng)中發(fā)揮各種陣列信號(hào)處理技術(shù)的優(yōu)良性能，陣列天線測(cè)向誤差分析與校正至關(guān)重要。針對(duì)經(jīng)典的陣列天線，人們提出了許多誤差測(cè)量及校正方法，而對(duì)艦船低頻機(jī)械振動(dòng)引發(fā)測(cè)向誤差校正方法的相關(guān)文獻(xiàn)相對(duì)較少。文獻(xiàn)[2]給出的是將旋轉(zhuǎn)矢量法用于共形陣列天線誤差校正，通過(guò)移相器改變某個(gè)天線單元的相位，從而引起總體信號(hào)幅度的改變，測(cè)量幅度的改變，可以計(jì)算出天線陣每一個(gè)單元的幅度和相位，且現(xiàn)有的算法的陣元位置誤差均是固定的，目前國(guó)內(nèi)大多學(xué)術(shù)研究均參考這一方法，未考慮天線陣子隨機(jī)振動(dòng)帶來(lái)的測(cè)向誤差及其時(shí)變性。相對(duì)經(jīng)典的相控陣天線的陣元位置擾動(dòng)是一個(gè)嚴(yán)重的陣列誤差源，北大西洋公約組織研究和技術(shù)組織的第087小組(RTO/SET087)對(duì)此做了較多研究，但大多數(shù)研究的是針對(duì)低頻線性振動(dòng)和正弦振動(dòng)模式，對(duì)隨機(jī)振動(dòng)模式相關(guān)研究較少，并且提出的補(bǔ)償和校準(zhǔn)方法限定于天線掃描范圍±20°，測(cè)量補(bǔ)償與校準(zhǔn)范圍較窄，超范圍后補(bǔ)償就失效。

針對(duì)艦載陣列天線受艦船低頻機(jī)械隨機(jī)振動(dòng)影響這一特殊情況，本文分析了陣列天線振子隨機(jī)振動(dòng)引發(fā)測(cè)向誤差的基本機(jī)理，通過(guò)建立天線振子振動(dòng)合成波束誤差模型，仿真分析天線陣列3個(gè)軸向隨機(jī)振動(dòng)模式對(duì)測(cè)向接收信號(hào)影響，提出了一種天線振子受低頻機(jī)械振動(dòng)引發(fā)測(cè)向誤差的補(bǔ)償校準(zhǔn)方法，在提高軍民用艦船精準(zhǔn)導(dǎo)航引導(dǎo)性能方面具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

2 天線陣列方向圖數(shù)學(xué)模型

在球坐標(biāo)系中，線性陣列沿著Y軸線等間隔排列，第一個(gè)振子位于坐標(biāo)原點(diǎn)，振子之間的間隔為d，方向?yàn)?θ,φ)處的電場(chǎng)強(qiáng)度可表示為[3]

(1)

式中：Kk表示第k個(gè)振子的相對(duì)幅度因子，第k個(gè)振子的激勵(lì)電流Ik=akexp(-jφk)，ak為幅度，φk為第k個(gè)振子上激勵(lì)電流的相位；fk(θ,φ)為第k個(gè)振子的天線方向圖；rk表示第k個(gè)振子到觀測(cè)位置的距離。如圖1所示，可得到N個(gè)振子的合成場(chǎng)強(qiáng)

(2)

考慮到線性陣列各個(gè)陣元基本相同以及rk=r0-kdcosθsinφ≈r0，合成場(chǎng)強(qiáng)近似表示為

(3)

式中：d表示振子間距離。

圖1 第k個(gè)振子在坐標(biāo)系中的位置Fig.1 Location of No.k antenna dipole

由此可見(jiàn)，陣列天線方向圖是振子天線方向圖與陣列幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)的陣列因子的乘積。陣列天線一旦設(shè)計(jì)完成，振子的天線方向圖就不能隨意改變，陣列因子可通過(guò)陣列的不同陣列結(jié)構(gòu)以及激勵(lì)電流的相位變化實(shí)現(xiàn)陣列因子的改變，從而實(shí)現(xiàn)方向圖的改變。

(4)

假定振子方向圖為全向的，可得方向圖為

(5)

(6)

取絕對(duì)值，并假設(shè)N較大時(shí)，理想的線性陣列天線方向圖可近似為sinc函數(shù)[4]，即

(7)

根據(jù)sinc函數(shù)性質(zhì)，可通過(guò)控制每個(gè)陣元移相器的相位φB，實(shí)現(xiàn)波束指向的變化。θB即是天線方向圖最大值的指向角度[5]，

(8)

3 天線振子隨機(jī)振動(dòng)誤差模型

天線振動(dòng)導(dǎo)致了天線陣列振子的位置在靜止位置處發(fā)生了偏移，如圖2所示。假定觀察方向是OE，用矢量e(θ,φ)表示，它代表了接收信號(hào)相對(duì)于艦載設(shè)備的方位。假定第k個(gè)振子靜止時(shí)的位置在P點(diǎn)，振動(dòng)導(dǎo)致某個(gè)時(shí)刻其位置位于Q點(diǎn)。

圖2 振子位置誤差的幾何關(guān)系Fig.2 Geometric relationship of dipole location error

從陣列天線方向圖模型可看出，每個(gè)振子相對(duì)于O點(diǎn)的波程差即是振子位置矢量在OE矢量上的投影，即

(9)

考慮到振子位置矢量是振子序號(hào)的函數(shù)，則有

p(k)=[0,(k-1)d,0]T

(10)

表示第k個(gè)振子的位置應(yīng)該出現(xiàn)在Y軸上的(k-1)d位置上，其中d表示振子間距?？紤]到布相器工作是時(shí)間的函數(shù)，因此天線振子波束方向圖可表示為

(11)

考慮到艦載微波設(shè)備陣列天線振子合成波束掃描的速度(約20 0000/s)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低頻機(jī)械振動(dòng)頻率(一般為幾十赫)，故在一個(gè)往復(fù)掃描周期內(nèi)，振子的位置基本保持不變。假定在某個(gè)時(shí)刻N(yùn)個(gè)振子的排列方式中，振子的偏移位置可分解為X、Y、Z3個(gè)分量，即

q(k)=qxex+qyey+qzez，

(12)

代入(11)公式中得到

(13)

由此可見(jiàn)，天線方向圖的誤差來(lái)自各個(gè)振子的偏移誤差的貢獻(xiàn)，而偏移誤差又可區(qū)分為3個(gè)坐標(biāo)分量的貢獻(xiàn)的乘積。將坐標(biāo)偏移誤差分解為3個(gè)坐標(biāo)分量上的振動(dòng)，分別考察對(duì)陣列天線掃描波束的影響。進(jìn)一步，各坐標(biāo)分量上的振動(dòng)情況可以表示為某一時(shí)間段內(nèi)振子位置的排列，排列方式包括線性的、正弦的或隨機(jī)的。這里主要考察隨機(jī)振動(dòng)模式。對(duì)于隨機(jī)振動(dòng)，假定是正態(tài)分布，以理想位置為均值的振動(dòng)，該模式振動(dòng)更多地受到隨機(jī)分布的標(biāo)準(zhǔn)差影響。隨機(jī)模式：

qV(k)=b×d×(0,1)。

(14)

式中：k表示陣元編號(hào)；d表示陣元間距；b表示線性排列的斜率；(0,1)表示標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布，而b可以控制這個(gè)分布的方差。

4 天線振子隨機(jī)振動(dòng)對(duì)接收信號(hào)影響的仿真分析

基于陣列天線系統(tǒng)測(cè)向是通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)脈沖之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)的，兩個(gè)脈沖間距與測(cè)量角度是成比例關(guān)系的。脈沖寬度隨著掃描波束的指向發(fā)生變化，當(dāng)掃描波束指向中心時(shí)，波束寬度最小，當(dāng)其偏離中心后，偏離的角度越大，波束寬度也越大。機(jī)載接收機(jī)通過(guò)計(jì)算兩個(gè)脈沖峰值距離或測(cè)量脈沖3 dB處上升沿和下降沿的時(shí)刻取中間值為脈沖的中心來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)向角度測(cè)量，當(dāng)接收脈沖出現(xiàn)展寬或重合或旁瓣較大時(shí)，即對(duì)測(cè)向角度產(chǎn)生誤差影響，嚴(yán)重時(shí)可能造成角度誤判或測(cè)量失效。

考慮到艦載微波著艦引導(dǎo)系統(tǒng)陣列天線實(shí)際設(shè)計(jì)了60個(gè)振子(間距為34 mm)、工作頻率約為5 GHz以及波束掃描范圍為±60°等情況，為提高仿真數(shù)據(jù)真實(shí)有效性，仿真場(chǎng)景條件為：天線振子也是60個(gè)，振子間距分別為d=0.1和d=0.5個(gè)波長(zhǎng)，接收信號(hào)位置位于波束掃描區(qū)域不同位置，掃描范圍為0°～±60°，與實(shí)際系統(tǒng)陣列天線設(shè)計(jì)基本對(duì)應(yīng)。

4.1X軸向?qū)邮招盘?hào)的影響

從隨機(jī)振動(dòng)的形式可以看出，X軸向隨機(jī)振動(dòng)的幅度大小直接影響波束掃描情況。圖3給出了-60°、0°、+60°角度上的接收信號(hào)波形。圖3(a)取b=0.1時(shí)，接收到的波形基本正常，只是波束發(fā)生展寬，對(duì)角度信息提取將產(chǎn)生一定誤差；而圖3(b)取b=0.5時(shí)，除了掃描區(qū)間兩端能識(shí)別出脈沖信號(hào)外，其余方位接收到的是噪聲信號(hào)。需要指出的是，取b=0.5時(shí)，處于掃描區(qū)間最右端兩個(gè)脈沖重合，這是因?yàn)閮蓚€(gè)脈沖均發(fā)生了嚴(yán)重的展寬效應(yīng)，導(dǎo)致兩者重合，將無(wú)法提取脈沖間距信息，角度測(cè)量無(wú)法計(jì)算得到。

(a)b=0.1

(b)b=0.5圖3 X軸向接收信號(hào)仿真波形Fig.3 Simulated waveform of X axial received signal

4.2Y軸向?qū)邮招盘?hào)的影響

Y軸向隨機(jī)振動(dòng)在-60°、0°、+60°角度上的仿真結(jié)果如圖4所示。振動(dòng)幅度的大小會(huì)導(dǎo)致主瓣的展寬，值得注意的是隨機(jī)振動(dòng)對(duì)中心區(qū)域的影響，可以理解為相互抵消的效應(yīng)，即沿著Y軸向的隨機(jī)振動(dòng)或正弦振動(dòng)，在相位上產(chǎn)生抵消效應(yīng)，其中在掃描中心區(qū)域的抵消效果最好。該軸向隨機(jī)振動(dòng)對(duì)測(cè)量脈沖波形影響較少，角度信號(hào)誤差處理較為簡(jiǎn)單。

(a)b=0.1

(b)b=0.5圖4 Y軸向接收信號(hào)仿真波形Fig.4 Simulated waveform of Y axial received signal

4.3Z軸向?qū)σ龑?dǎo)性能的影響

Z軸向隨機(jī)振動(dòng)在-60°、0°、+60°角度上的接收信號(hào)波形如圖5所示。Z軸線隨機(jī)振動(dòng)與X軸不同，波束展寬效應(yīng)不明顯，但旁瓣整體電平增加，將會(huì)對(duì)脈沖間距測(cè)量與計(jì)算帶來(lái)較大影響，角度計(jì)算誤差也將加大。其次，與Y軸不同的是，這種影響遍及整個(gè)區(qū)域。

(a)b=0.1

(b)b=0.5圖5 Z軸向接收信號(hào)波形仿真Fig.5 Simulated waveform of Z axial received signal

5 天線振子隨機(jī)振動(dòng)誤差校準(zhǔn)方法

天線陣列隨機(jī)振動(dòng)對(duì)陣列天線合成方向圖的影響可劃分為3個(gè)方向振動(dòng)位移引入的誤差貢獻(xiàn)的總和。不同方向上的隨機(jī)振動(dòng)對(duì)方向圖的貢獻(xiàn)是不相同的，各個(gè)方向上的振動(dòng)也不同，因此必須考慮各個(gè)方向上振動(dòng)引入的誤差的校準(zhǔn)，然后再考慮總體的校準(zhǔn)[6]。

5.1誤差校準(zhǔn)基本方法

從前面分析可以看出，天線振子隨機(jī)振動(dòng)導(dǎo)致的振子位移會(huì)對(duì)各個(gè)振子的相位引入誤差，相當(dāng)于在布相器的相位上疊加了一個(gè)誤差相位[7]：

(15)

表示為矩陣的形式：

yθ,φ=Axθ,φ。

(16)

其中：矩陣A可表示為

(17)

式中：假定總共布相次數(shù)為K次，總共有N個(gè)振子，那么A(m,n)表示第m次布相過(guò)程中，在第n個(gè)振子上的相位。因此,矩陣A是K×N，為保證方程有穩(wěn)定解，必須滿足N

(18)

yθ,φ(n)=Eθ,φ(n)，n=1,2,…,K。

(19)

其中振動(dòng)引入的相位誤差隱含在矢量x中，而矢量y是可以進(jìn)行測(cè)量的。矢量x可通過(guò)最小二乘法進(jìn)行估計(jì)：

(20)

得到補(bǔ)償誤差矢量

(21)

將該相位疊加到布相器的相位中，對(duì)矩陣A進(jìn)行更新。重復(fù)上述過(guò)程，就可以不斷地實(shí)現(xiàn)對(duì)誤差的校正。

5.2改進(jìn)的誤差校準(zhǔn)方法

考慮采用多個(gè)接收機(jī)分在不同位置同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量的校準(zhǔn)算法。將掃描區(qū)間分為M個(gè)子扇區(qū)，每個(gè)子扇區(qū)中心處放置一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)都可以利用X、Y、Z3個(gè)軸向校準(zhǔn)算法得到一個(gè)校準(zhǔn)誤差矢量z，這些校準(zhǔn)矢量共有M個(gè)，校準(zhǔn)的方法是每當(dāng)波束指向某個(gè)子扇區(qū)時(shí)，調(diào)用該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)矢量[7]。

用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示，將方位劃分為(θ,φ)∈Ω={Ω1,Ω2,…,ΩM}共計(jì)M個(gè)子區(qū)間，每個(gè)子區(qū)間內(nèi)取其中心點(diǎn)(θm,φm)處放置一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，得到方程

yθm,φm=Axθm,φm，m=1,2,…,M。

(22)

利用最小二乘法分別得到M個(gè)校準(zhǔn)矢量zθm,φm。補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ鞘紫扰卸ó?dāng)前布相器所得到波束指向?qū)?yīng)的子扇區(qū)Ωm，調(diào)用相應(yīng)的校準(zhǔn)矢量zθm,φm進(jìn)行補(bǔ)償。仿真條件設(shè)定與前面相同。在仿真分析中，選擇M=3，可以得到在-60°、0°、+60°角度上校準(zhǔn)前后的效果對(duì)比如圖6所示。

(a)校準(zhǔn)前

(a)校準(zhǔn)后圖6 校準(zhǔn)前后接收信號(hào)仿真波形Fig.6 Simulated waveform of received signal before and after calibration

從接收信號(hào)仿真波形可以看出，校準(zhǔn)后信號(hào)波形質(zhì)量有了較大的改善。衡量導(dǎo)航引導(dǎo)精準(zhǔn)度高低主要是從接收信號(hào)脈沖的形狀及其旁瓣特性來(lái)考查，當(dāng)信號(hào)旁瓣較高時(shí)，有可能造成信號(hào)誤判和引導(dǎo)差錯(cuò)。從仿真數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)看，在不加窗的條件下，校準(zhǔn)后sinc函數(shù)的第一旁瓣電平為-13.2 dB，優(yōu)于校準(zhǔn)前-10.3 dB，說(shuō)明校準(zhǔn)算法是有效的。需要說(shuō)明的是，若要求接收的信號(hào)整體旁瓣電平降低，必須有足夠多的配置測(cè)試點(diǎn)，即要達(dá)到理想的校準(zhǔn)效果，往往需要付出更多的測(cè)試代價(jià)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)艦船艉部甲板受船動(dòng)力低頻隨機(jī)振動(dòng)影響導(dǎo)致的陣列天線陣子合成波束指向偏差問(wèn)題，通過(guò)建立天線陣子隨機(jī)振動(dòng)誤差模型，分析了3個(gè)軸向隨機(jī)振動(dòng)對(duì)機(jī)載接收角度信號(hào)的影響，并結(jié)合艦載微波著艦引導(dǎo)系統(tǒng)天線安裝實(shí)際進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，采取了多個(gè)接收機(jī)在不同地點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量的方法，利用波束掃描扇區(qū)對(duì)應(yīng)的誤差校準(zhǔn)矢量進(jìn)行校正補(bǔ)償，并在艦載微波實(shí)裝系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用，較好解決了艦載陣列天線隨機(jī)振動(dòng)引發(fā)的引導(dǎo)角度誤差校準(zhǔn)問(wèn)題。研究與驗(yàn)證結(jié)果還表明，振動(dòng)對(duì)接收信號(hào)測(cè)向誤差的影響與隨機(jī)振動(dòng)頻率不穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)性較大，相比線性振動(dòng)和正弦振動(dòng)影響分析更為復(fù)雜，需采集大量的誤差校準(zhǔn)矢量數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)解算與處理程序設(shè)計(jì)更加繁瑣，若對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)用，需考慮線性、正弦和隨機(jī)振動(dòng)的綜合影響，才能進(jìn)一步提高系統(tǒng)測(cè)向誤差的校準(zhǔn)精度。

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AnalysisandCalibrationofDirectionFindingErrorofArrayAntennaCausedbyRandomVibration

XIE Hongsen1,LIU Yunfei1,ZHOU Peng1,LI Shudang2

(1.Naval Aeronautical Engineering Institute Qingdao Campus,Qingdao 266041，China; 2.Unit 91917 of PLA,Beijing 100841，China)

To solve the direction finding error of array antenna due to vibrator displacement caused by low frequency random mechanical vibration of ship deck,a model of antenna vibrator’s random vibration error is established.The effect of random vibration modes of the antenna array on angular receiving signals in three axial directions is simulated and analyzed,and a calibration method is presented for angle-measuring error is presented based on simultaneous measurement by several receivers on several different positions. Several error calibration vectors are obtained with this method by using the least square method.By compensating the error using the calibration vector of the antenna beam pointing into the sector,it has solved the calibration problem for angle-measuring error of array antenna under the mode of low frequency random vibration. This method has been applied in data resolution of ship-borne microwave landing guidance system.

array antenna；random vibration；antenna dipole；direction finding error；calibration vector

date:2016-11-30；Revised date：2017-03-31

軍隊(duì)“十二五”武器裝備預(yù)先研究項(xiàng)目

10.3969/j.issn.1001-893x.2017.09.003

謝洪森，劉云飛，周鵬，等.陣列天線因隨機(jī)振動(dòng)引起的測(cè)向誤差分析及校準(zhǔn)[J].電訊技術(shù)，2017,57(9):992-997.[XIE Hongsen,LIU Yunfei,ZHOU Peng,et a.Analysis and calibration of direction finding error of array antenna caused by random vibration[J].Telecommunication Engineering,2017,57(9):992-997.]

TN820

：A

：1001-893X(2017)09-0992-06

謝洪森(1966—)，男，山東龍口人，2011年獲工學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)為教授，主要研究方向?yàn)檐娛潞娇胀ㄐ排c導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)處理、雷達(dá)信息獲取與處理、天線技術(shù)及應(yīng)用；

Email：qdrfeng@sohu.com

劉云飛(1983—)，男，山東高密人，2007年獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)為講師，主要研究方向?yàn)檐娛潞娇胀ㄐ偶夹g(shù)與應(yīng)用等；

周鵬(1973—)，男，山東萊陽(yáng)人，2010年獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)為副教授，主要研究方向?yàn)楹娇胀ㄐ排c導(dǎo)航信息處理、航空雷達(dá)信息獲取與處理等；

李淑黨(1972—)，男，河北保定人，2000年獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為工程師，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線通信技術(shù)及工程應(yīng)用。

2016-11-30；

：2017-03-31

**通信作者：qdrfeng@sohu.com Corresponding author：qdrfeng@sohu.com