[發(fā)明專利]一種數(shù)字多波束形成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310680428.0
• 申請(qǐng)日: 2013-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN103701515B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牛飛;李小梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京遙測(cè)技術(shù)研究所;航天長(zhǎng)征火箭技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H04B7/08
• 分類號(hào): H04B7/08;H04B15/00;H04L25/08
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)字多波束形成方法，特別是涉及一種在有干擾條件下的改進(jìn)的自適應(yīng)波束形成方法。

背景技術(shù)

在航空航天等測(cè)控領(lǐng)域，目標(biāo)飛行器的下行信號(hào)通常需要傳輸多種不同的數(shù)據(jù)類型，例如測(cè)量數(shù)據(jù)、數(shù)傳數(shù)據(jù)（多路視頻、音頻流等）。通常測(cè)量數(shù)據(jù)碼率較低而數(shù)傳數(shù)據(jù)碼率較高。目標(biāo)飛行器由于體積功耗等因素的限制，通常發(fā)射功率較低。為了提高測(cè)控系統(tǒng)的作用距離，測(cè)量數(shù)據(jù)可以采用擴(kuò)頻通信體制。而受限于系統(tǒng)帶寬、接收機(jī)靈敏度等限制，數(shù)傳數(shù)據(jù)不能采用擴(kuò)頻通信體制。在這種情況下，需要采用數(shù)字多波束形成技術(shù)提高接收信號(hào)的信噪比（SNR）。

最小均方誤差（MMSE）算法、線性約束最小方差（LCMV）算法和功率倒置（PI）算法是常用的波束形成方法。這些方法通常的需要一定的訓(xùn)練序列，或預(yù)先估計(jì)好目標(biāo)的方向，以使得到權(quán)向量指向預(yù)期的目標(biāo)方向。

最小均方誤差（MMSE）算法是一種統(tǒng)計(jì)最優(yōu)波束形成算法，使用于移動(dòng)通信等具有導(dǎo)頻信道（或訓(xùn)練序列）的特定通信系統(tǒng)中。MMSE算法中，將導(dǎo)頻信號(hào)（或訓(xùn)練序列）作為參考信號(hào)來進(jìn)行權(quán)向量的計(jì)算。

線性約束最小方差（LCMV）算法，是一種具有多個(gè)線性約束的波束形成算法。在LCMV算法中，需要先估計(jì)期望信號(hào)和干擾信號(hào)的來波方向，固定來波方向上的增益進(jìn)行權(quán)向量的計(jì)算。

在強(qiáng)干擾的情況下，可以采用功率倒置（PI）算法，該算法不需要導(dǎo)頻信道（或訓(xùn)練序列），僅采用第一通道作為參考信號(hào)。

MMSE和LCMV算法可用多級(jí)維納濾波器（MWF）實(shí)現(xiàn)。MWF一種遞推計(jì)算方法如公式1所示。

<公式1>

現(xiàn)有的數(shù)字波束形成方法在強(qiáng)干擾的條件下具有諸多問題。首先，在強(qiáng)干擾的條件下，導(dǎo)頻信號(hào)（或訓(xùn)練序列）無法正常接收，MMSE算法失效。在強(qiáng)干擾情況下無法估計(jì)期望信號(hào)的方向，LCMV算法也將失效，功率倒置算法可正常工作，但其對(duì)期望信號(hào)的增益較低。其次，在干擾消失的時(shí)候，自適應(yīng)波束形成算法的權(quán)向量收斂過程又會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)跟蹤速度的降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種基于干擾檢測(cè)的波束形成方法，該方法在無干擾時(shí)無需迭代，信號(hào)跟蹤速度快，有干擾時(shí)無需期望信號(hào)或干擾信號(hào)方向等先驗(yàn)信息，可有效抑制干擾。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種數(shù)字多波束形成方法，步驟如下：

（1）由多個(gè)接收通道同時(shí)接收信號(hào)，對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行FFT變換，并進(jìn)行干擾檢測(cè)，判斷當(dāng)前環(huán)境是否存在干擾信號(hào)，根據(jù)是否存在干擾信號(hào)從固定波束形成方法和自適應(yīng)波束形成方法中選擇一種對(duì)有用信號(hào)（即需要接收的信號(hào)）進(jìn)行合成；

（2）當(dāng)接收信號(hào)中不存在干擾時(shí)，信號(hào)解擴(kuò)后對(duì)信號(hào)來波方向（DOA）進(jìn)行估計(jì)，由來波方向得到各天線接收信號(hào)的空間相位差，由固定波束形成方法對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償；

（3）接收信號(hào)中存在干擾時(shí)，波束形成器采用自適應(yīng)波束形成方法來進(jìn)行波束形成；自適應(yīng)波束形成方法包括兩個(gè)階段：第一階段，首先采用FFT變換濾除接收信號(hào)中的干擾，接收信號(hào)中干擾被有效濾除后，由DOA估計(jì)方法估計(jì)出信號(hào)來波方向，并轉(zhuǎn)入第二階段；第二階段，采用廣義旁瓣對(duì)消（GSC）結(jié)構(gòu)的波束形成方法來進(jìn)行波束形成。

所述步驟（1）中的干擾檢測(cè)步驟為：

首先，對(duì)接收端信號(hào)做FFT得到頻譜，然后求模得到頻譜幅度；

其次，用均值乘以門限因子T，得到檢測(cè)門限TH，把頻譜幅度的所有譜線與檢測(cè)門限進(jìn)行比較，如果有譜線的值大于檢測(cè)門限TH，認(rèn)為信號(hào)受到干擾。

所述步驟（2）中由各天線接收通道收到的信號(hào)的載波相位差確定接收信號(hào)的來波方向DOA估計(jì)值。

所述步驟（3）中采用FFT變換進(jìn)行干擾濾除的方法為：

（31）對(duì)接收端信號(hào)做FFT得到頻譜，然后求模得到幅度譜；

（32）用均值乘以門限因子T，得到檢測(cè)門限TH，把幅度譜中的所有譜線與檢測(cè)門限進(jìn)行比較，如果有譜線的值大于檢測(cè)門限TH，認(rèn)為信號(hào)受到干擾，并刪除該譜線；

（33）對(duì)步驟（32）產(chǎn)生新的幅度譜進(jìn)行新一輪的干擾檢測(cè)及濾除；

（34）重復(fù)上述步驟（32）和（33），直到檢測(cè)不到干擾為止。

步驟（3）中采用廣義旁瓣對(duì)消（GSC）結(jié)構(gòu)的LCMV波束形成方法。所述LCMV波束形成方法由多級(jí)維納濾波器（MWF）實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比的有益效果是：