[發明專利]一種智能天線陣

在審

• 申請號: 201610343621.9
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN107402371A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 胡楠;許強;趙雪;王平;徐曉丹;張志芳
• 申請（專利權）人: 國家海洋技術中心;天津航天中為數據系統科技有限公司
• 主分類號: G01S3/12
• 分類號: G01S3/12;H01Q21/29
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙)11394
• 代理人: 唐曙暉

技術領域

本發明涉及導航通信技術領域，尤其涉及一種智能天線陣。

背景技術

隨著我國對于空天信息需求的不斷增加，具有成本低、機動靈活、風險小和隱蔽性強等特點的無人機越來越多地應用到民用和軍用領域。在小型化輕量化已成為當前無人機測控通信設備發展新方向的同時，功耗低、增益高、抗干擾能力強和支持一站多機等一系列需求使得智能天線技術在無人機測控通信領域具有廣闊的應用前景和技術優勢。

智能天線陣是N列取向相同的天線按照一定方式排列和激勵，利用波的干涉原理形成預定波束的陣列結構天線。智能天線陣可以通過陣元信號的權值來改變陣列的方向圖形，即自適應或以預制方式控制波束寬度、指向和零點位置，使波束指向期望的方向，實現波束跟蹤。

綜上，目前亟需一種智能天線陣，用于無人機地面測控通信系統中，實現在保證高增益的同時正確完成波束指向。

發明內容

本發明實施例提供一種智能天線陣，該智能天線陣應用于無人機測控通信系統中，實現在保證高增益的同時正確完成波束指向。

本發明實施例提供的一種智能天線陣，該智能天線陣應用于無人機測控通信系統中，該智能天線陣包括：陣列天線單元、與所述陣列天線單元連接的協方差矩陣生成單元、與所述協方差矩陣生成單元連接的特征值分解單元、與所述特征值分解單元連接的譜峰搜索單元、與所述譜峰搜索單元和所述陣列天線單元連接的最優權值計算與波束成形單元；

所述陣列天線單元，用于通過N個天線陣元接收射頻信號，根據接收到的射頻信號得到采樣數據，并將所述采樣數據發送給所述協方差矩陣生成單元和所述最優權值計算與波束成形單元；

所述協方差矩陣生成單元，用于根據接收到的N個天線陣元的采樣數據，確定所述N個天線陣元的協方差矩陣，并將所述協方差矩陣發送給特征值分解單元；

所述特征值分解單元，用于對接收到的協方差矩陣進行特征值分解，根據特征值分解得到的特征值和特征向量以及信源個數，確定噪聲子空間，并將所述噪聲子空間發送給所述譜峰搜索單元；

所述譜峰搜索單元，用于根據接收到的所述噪聲子空間，計算所述智能天線陣在不同方位角上的空間譜功率，將所述空間譜功率最大值所對應的方位角確定為目標方位角，并將所述目標方位角發送給所述最優權值計算與波束成形單元；

所述最優權值計算與波束成形單元，用于根據接收到的目標方位角，確定所述智能天線陣的波束權值，采用所述波束權值對接收到的所述采樣數據進行加權處理后，得到目標數據，并將所述目標數據發送給收發信機。

較佳地，所述陣列天線單元包括N個天線陣元和與各個天線陣元對應的微波前端；

所述微波前端，用于對與該微波前端對應的天線陣元接收到的射頻信號進行處理，以得到該天線陣元的采樣數據。

較佳地，所述協方差矩陣生成單元，用于根據接收到的N個天線陣元的采樣數據，確定所述N個天線陣元的協方差矩陣，包括：

所述協方差矩陣生成單元根據以下公式通過所述加/減法器、所述乘法器、所述累加器得到所述智能天線陣的協方差矩陣：

Y₁＝[y₁,y₂,y₃,y_N/2]

Y₂＝[y_1+N/2,y_2+N/2,…,y_N]

其中，y_m＝I_m+jQ_m,m＝1,2L N；I_m，Q_m分別為第m天線陣元所對應的I路數據和Q路數據；所述第m天線陣元所對應的I路數據和Q路數據是根據所述第m天線陣元接收到的射頻信號的采樣數據得到的；

R_rr為所述智能天線陣的協方差矩陣。

較佳地，所述協方差矩陣生成單元包括FIFO緩存器、與所述FIFO緩存器連接的加/減法器、與所述加/減法器連接的第一寄存器、與所述第一寄存器連接的乘法器、與乘法器連接的累加器、與所述累加器連接的第二寄存器；

所述FIFO緩存器，用于在接收到所述N個天線陣元的I路數據和Q路數據后，將所述N個天線陣元的I路數據和Q路數據發送給所述加/減法器；所述N個天線陣元的I路數據和Q路數據是根據所述N個天線陣元的采樣數據得到的；