[發明專利]陣列天線波束形成接收裝置及其權值系數優化方法

有效

• 申請號: 201710935181.0
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107743045B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 周淵平
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H04B7/08
• 分類號: H04B7/08
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 李凌峰

1.陣列天線波束形成接收裝置，包括多根天線、多個射頻濾波器及兩個系統輸出端，所述天線與射頻濾波器一一對應，每一根天線都和與其對應的射頻濾波器的輸入端連接，其特征在于，還包括信號處理器、兩個加法器、多個并行的信號放大解調模塊及多個模擬復數乘法器，所述信號放大解調模塊與模擬復數乘法器一一對應，且與射頻濾波器一一對應，每一個射頻濾波器的輸出端都和與其對應的信號放大解調模塊的輸入端連接，每一個信號放大解調模塊的同相輸出端及正交輸出端都分別和與其對應的模擬復數乘法器的一個復數輸入端的兩端一一對應連接，各模擬復數乘法器的另一個復數輸入端的兩端分別與信號處理器對應的兩個輸出端一一對應連接，各模擬復數乘法器的復數輸出端的兩端分別與兩個加法器的各輸入端一一對應連接，一個加法器輸出信號的實部，另一個加法器輸出信號的虛部，兩個加法器的輸出端即分別為兩個系統輸出端，產生兩個并行的輸出信號，即系統實部輸出信號及系統虛部輸出信號，構成系統輸出信號，為一個復數，且信號處理器有兩個輸入端與兩個加法器的輸出端對應連接，信號處理器還有兩個輸入端用于輸入參考信號；

所述信號放大解調模塊用于對輸入信號進行放大后再進行解調；

所述模擬復數乘法器用于將輸入的同相信號及正交信號作為一個復數與輸入的兩個參數作為的另一個復數進行相乘處理，并輸出其相乘結果的實部及虛部信號，該另一個復數為權值系數；實部及虛部信號的計算公式為：

Y_n＝Re(s_nw_n)

U_n＝Im(s_nw_n)

其中，Y_n指代第n個模擬復數乘法器輸出的實部信號，U_n指代第n個模擬復數乘法器輸出的虛部信號，s_n是指第n個模擬復數乘法器輸入的同相信號及正交信號所作為的一個復數，則是指第n個模擬復數乘法器輸入的同相信號，是第n個模擬復數乘法器輸入的正交信號，w_n是指第n個模擬復數乘法器輸入的權值系數，則是指第n個模擬復數乘法器輸入的一個參數，是指第n個模擬復數乘法器輸入的另一個參數，Re(.)是指取實部操作，Im(.)是指虛實部操作，n為大于或等于1且小于或等于M的正整數，M為模擬復數乘法器的數量，也為天線數量，為大于等于1的正整數；

所述信號處理器用于根據輸入的參考信號及系統輸出信號分別計算出對應各模擬復數乘法器的權值系數所對應的兩個參數，并發送給對應的模擬復數乘法器；同一時刻只計算一個模擬復數乘法器對應的權值系數所對應的兩個參數，按順序循環計算出各模擬復數乘法器的權值系數所對應的兩個參數；

所述信號處理器計算出權值系數之后會對權值系數進行優化，優化方法包括方法一或者方法二；

方法一設系統實部輸出信號為系統虛部輸出信號為則系統輸出信號為V＝Y+jU；設第n根天線，在第k時刻，相應的權值系數表示為設h⁽ⁿ⁾(k)為第n根天線第k時刻對應的導向函數，d⁽ⁿ⁾(k)為第n根天線第k時刻對應的步長函數；設R為參考信號，是一個復數，其實部及虛部分別由用于輸入參考信號的兩個輸入端輸入信號處理器，系統輸出信號與參考信號的均方差為e＝E[|V-R|²]，則第k時刻的對應均方差為e(k)，這里，E是求均值操作，則優化方法包括以下步驟：

步驟A1、隨機設置權值系數的數值，且滿足其中，C為一個實常數；分別設置導向函數值及步長函數值為h⁽¹⁾(1)＝1，d⁽¹⁾(1)＝D₀，D₀為一個常數，獲得系統輸出信號V及參考信號R；

步驟A2、若k＝1，則進入步驟A3，否則進行如下計算：

d⁽ⁿ⁾(k)＝h⁽ⁿ⁾(k-1)d⁽ⁿ⁾(k-1)

其中，ξ為一個正實數，且0ξ1；

步驟A3、計算權值系數，計算公式為：

d⁽ⁿ⁾(k+1)＝h⁽ⁿ⁾(k)d⁽ⁿ⁾(k)

根據下式調整權值系數：

|w₁(k)|²+|w₂(k)|²+...+|w_n(k+1)|²+...+|w_M(k)|²＝C

步驟A4、若|w_n(k+1)-w_n(k)|²≤ε，ε為接近于零的正實數，則進入步驟A5，否則令k→k+1并回到步驟A2；

步驟A5、若n＜M，則n→n+1，回到步驟A3；若n＝M，則n→1，令k→1、h⁽ⁿ⁾(k)＝1及d⁽ⁿ⁾(k)＝D₀，且回到步驟A3；

方法二設系統實部輸出信號為系統虛部輸出信號為則系統輸出信號為V＝Y+jU；設第n根天線，在第k時刻，相應的權值系數表示為設h⁽ⁿ⁾(k)為第n根天線第k時刻對應的導向函數，d⁽ⁿ⁾(k)為第n根天線第k時刻對應的步長函數；設R為參考信號，是一個復數，其實部及虛部分別由用于輸入參考信號的兩個輸入端輸入信號處理器，為參考信號與系統輸出信號的相關系數，在第k時刻的相應相關系數為r(k)，p＝E[|V|²]為系統輸出信號的輸出功率，在第k時刻的相應輸出功率為p(k)，這里，E是求均值操作，則優化方法包括以下步驟：

步驟B1、隨機設置權值系數的數值，且滿足其中，C為一個實常數，分別設置導向函數值及步長函數值為h⁽¹⁾(1)＝1及d⁽¹⁾(1)＝D₀，D₀為一個常數，獲得系統輸出信號V及參考信號R；

步驟B2、若k＝1，則進入步驟B3，否則進行如下計算：

d⁽ⁿ⁾(k)＝h⁽ⁿ⁾(k-1)d⁽ⁿ⁾(k-1)

其中，ξ為一個正實數，且0ξ1；

步驟B3、計算權值系數，計算公式為：

d⁽ⁿ⁾(k+1)＝h⁽ⁿ⁾(k)d⁽ⁿ⁾(k)

根據下式調整權值系數：

|w₁(k)|²+|w₂(k)|²+...+|w_n(k+1)|²+...+|w_M(k)|²＝C

步驟B4、若|w_n(k+1)-w_n(k)|²≤ε，ε為接近于零的正實數，則進入步驟B5，否則令k→k+1，回到步驟B2；

步驟B5、若|r(k+1)-r(k)|²≤η及r(k+1)≥σ，η為一個接近于零的正實數，σ為預先指定的一個正實數，則令k→1、h⁽ⁿ⁾(k)＝1及d⁽ⁿ⁾(k)＝D₀，進入步驟B6；否則繼續判斷，若n＜M，則n→n+1，回到步驟B3，若n＝M，則令n→1、k→1、h⁽ⁿ⁾(k)＝1及d⁽ⁿ⁾(k)＝D₀，回到步驟B3；

步驟B6、若k＝1，則進入步驟B7，否則進行如下計算：

d⁽ⁿ⁾(k)＝h⁽ⁿ⁾(k-1)d⁽ⁿ⁾(k-1)

步驟B7、計算權值系數，計算公式為：

d⁽ⁿ⁾(k+1)＝h⁽ⁿ⁾(k)d⁽ⁿ⁾(k)

根據下式調整權值系數：

|w₁(k)|²+|w₂(k)|²+...+|w_n(k+1)|²+...+|w_M(k)|²＝C

步驟B8、若|w_n(k+1)-w_n(k)|²≤ε，則進入步驟B9，否則令k→k+1，回到步驟B6；

步驟B9、若|r(k+1)-r(k)|²≤η及|p(k+1)-p(k)|²≤δ，δ是一個接近于零的正實數，則令k→1、h⁽ⁿ⁾(k)＝1及d⁽ⁿ⁾(k)＝D₀，回到步驟B6，否則繼續判斷，若n＜M，則n→n+1，回到步驟B3；若n＝M，則令n→1、k→1、h⁽ⁿ⁾(k)＝1及d⁽ⁿ⁾(k)＝D₀，且回到步驟B3。