[發明專利]數字波束形成和相位擬合方法

有效

• 申請號: 201710405696.X
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107356943B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 李陽;康榮雷;甘明;王海硯
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所（中國電子科技集團公司第十研究所）
• 主分類號: G01S19/21
• 分類號: G01S19/21;G01S19/23
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

1.一種數字波束形成相位擬合方法，其特征在于包含如下步驟：在多通道陣列信號處理波束形成系統中，利用多項式或者球諧函數級數展開理論構建導向矢量模型，導向矢量模型利用在線校準得到的相對導向矢量，結合參考陣元暗室測量的絕對相位響應得到準確的絕對陣列導向矢量，組合已有的絕對導向矢量擬合出導向矢量的模型參數，以此獲取天線陣列在任意入射方向的備用準確導向矢量；陣列信號統計量硬件計算模塊實時地計算當前陣列信號的樣本協方差矩陣的逆矩陣或等價的陣列信號二階統計量送入陣列信號處理算法模塊，陣列信號處理算法模塊根據目標衛星姿態相對位置與接收衛星信號的入射方向，提取天線陣列的絕對導向矢量，并提取通道響應，計算入射方向衛星信號的最優權矢量；最后采用波束形成算法模塊將波束權值置入數字波束成形模塊DBF，進行數字波束形成和相位擬合，實時處理多通道陣列數據和波束輸出。

2.如權利要求1所述的數字波束形成相位擬合方法，其特征在于：天線導向矢量模型通過數字波束形成和精密相位擬合分為導向矢量模型、陣列信號處理算法模塊、數字波束形成模塊DBF和陣列信號統計量硬件計算模塊，從而構成四個相互交聯的多通道陣列信號處理波束形成系統。

3.如權利要求2所述的數字波束形成相位擬合方法，其特征在于：在多通道陣列信號處理波束形成系統中，導向矢量模型模塊接收絕對參考天線相位響應和相對天線導向矢量訓練導向矢量模型；陣列信號處理算法模塊根據輸入的多組陣列天線姿態與衛星編號，將衛星信號入射方向對應的俯仰角和方位角輸出至導向矢量模型中，獲得對應的衛星信號絕對導向矢量輸出。

4.如權利要求2所述的數字波束形成相位擬合方法，其特征在于：陣列信號統計量硬件計算模塊根據多通道陣列信號處理波束形成系統前級AD采樣后的數字信號進入數字下變頻DDC的輸入的多通道陣列復基帶信號，迭代計算陣列信號統計量，陣列信號處理算法模塊結合衛星信號方向絕對導向矢量和輸入的通道響應和陣列信號統計量，計算出多組波束權值，將波束權值輸入數字波束形成模塊DBF，數字波束形成模塊DBF對上述前級輸入的多通道陣列復基帶信號進行實時波束合成，完成多組波束輸出。

5.如權利要求1所述的數字波束形成相位擬合方法，其特征在于：在天線導向矢量模型模塊中建立陣列對入射信號的導向矢量模型，建立導向矢量模型時，首先建立天線坐標系和位于坐標原點的參考陣元以及參考陣元的中心頻率和法向入射信號，并將中心頻率和法向入射信號的響應作為整個陣列導向矢量模型的參考，歸一化到單位增益和零相位；在天線坐標系下特定方位角和俯仰角方向入射的信號，經天線陣列接收后，各個陣元處的幅度和相位增益構成的矢量，即為陣列導向矢量。

6.如權利要求1所述的數字波束形成相位擬合方法，其特征在于：導向矢量模型模塊將導向矢量拆分為參考陣元的絕對相位響應方向圖和陣列的相對導向矢量兩部分，其中，參考陣元的絕對相位響應方向圖在暗室中進行測量，相對陣列導向矢量在暗室中測量或在開放環境下進行測量得到。

7.如權利要求1所述的數字波束形成相位擬合方法，其特征在于：陣列信號處理算法模塊根據導向矢量和陣列信號統計量，以及外部慣導提供的天線姿態下衛星信號的入射方向，計算數字波束形成的最優權值矢量。

8.如權利要求1所述的數字波束形成相位擬合方法，其特征在于：導向矢量模型模塊根據訓練所得的導向矢量模型和陣列信號處理算法模塊輸入的導航衛星信號入射方向計算衛星信號的陣列導向矢量；具體地，陣列信號處理算法模塊提取當前姿態下衛星信號的方位角和俯仰角，并帶入導向矢量模型中的多項式模型或者球諧函數模型，計算出該衛星信號的陣列導向矢量，或者將衛星信號的方位角和俯仰角帶入根據導向矢量模型預先計算的導向矢量表格中，根據衛星信號入射方向附近的陣列導向矢量插值得到該衛星信號的陣列導向矢量。

9.如權利要求1所述的數字波束形成相位擬合方法，其特征在于：陣列信號處理算法模塊根據通道響應計算真實導向矢量，將導向矢量模型計算得到的導向矢量與通道響應矢量相乘。

10.如權利要求1所述的數字波束形成相位擬合方法，其特征在于：導向矢量模型獲得當前目標衛星信號的準確導向矢量，根據導向矢量和權值向量，修正權值向量的相位，實現對通道響應和陣列處理算法引入的相位誤差進行補償，準確控制波束成形后信號的相位，實現天線陣列的等效相位中心的穩定。