[發明專利]陣列天線獲取衛星入射信號導向矢量的方法

有效

• 申請號: 202110480655.3
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113253305B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 康榮雷;安毅;彭濤;楊少帥;班亞龍
• 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;G01S19/37
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 陳慶

本發明公開的一種陣列天線獲取衛星入射信號導向矢量的方法，運算效率高，抗干擾，本發明通過下述技術方案予以實現：陣列信號處理設備對N個射頻信道不同頻點的導航衛星信號分別進行放大、濾波和下變頻處理后，通過模數轉換器將獲得的GNSS衛星中頻數字陣列信號送入陣列信號處理單元，對N路中頻數字陣列信號進行協方差計算，計算出N路數據的協方差矩陣，基于權值信息生成N路波束合成的數字中頻信號，將波束合成合成的N路數字中頻信號發送給數字多通道GNSS接收機，對指定衛星的實時幅相數據測量，幅相測量數據與協方差矩陣直接相乘運算，得到每顆導航衛星入射方向的信號導向矢量。

技術領域

本發明涉及涉及雷達、聲納、無線通信、地震勘測、機電測量、醫學成像、射電天文和導航等多種國民經濟應用領域信號處理方法，尤其是涉及一種全球導航衛星系統(GNSS)受控輻射陣列天線抗干擾接收技術中的陣列天線衛星入射信號導向矢量解算方法。

背景技術

隨著北斗衛星導航系統的快速部署和全球組網完成，全球導航衛星系統(GNSS)中的GPS、北斗、GLONASS與Galileo已占據主導地位。目前，對GNSS的干擾有兩種類型：壓制式干擾與欺騙式干擾。壓制式干擾是以高強度電磁信號阻塞接收機對衛星導航信號的正常接收，用大功率噪聲或類似噪聲的干擾信號淹沒有用信號，導致GPS接收機飽和，使接收機無法獲得衛星信號而失去定位能力；欺騙式干擾通過發射與衛星導航信號相同或相近的偽GPS信號欺騙接收機，最終解算得到錯誤的位置信息，使接收機喪失正常定位能力或定位到虛假位置。隨著GPS的應用日益普及到各個領域，GPS自身的一些問題也逐漸顯現。其中GPS的抗干擾性能弱一直是亟待解決的問題。某些微弱的干擾就能讓GPS接收機不能工作。GPS抗干擾問題已得到了各國學界業界的普遍重視，國內外均開展了廣泛的研究。其中，受控輻射模式天線(CRPA)與數字波束形成(DBF)技術成為導航抗干擾的主要技術手段。采用數字波束形成的天線陣根據衛星、干擾以及多徑的不同空域特性自適應調整陣列加權，使CRPA陣列方向圖形成指向有用信號的主波束，并在干擾或多徑方向產生“零陷”，達到增強有用信號、抑制干擾和多徑的目的。

天線作為發射和接收電磁波的設備已廣泛地應用于眾多的電子領域。在實際工程場合，為了使表征天線品質的參數滿足特定需要，人們往往把多個天線組合在一起應用。這種按一定規則排列和特殊激勵，得到預定特性的若干個陣列單元(簡稱陣元)組成的天線稱為陣列天線或天線陣。天線系統具備抗干擾能力的因素有許多,自適應算法的抗干擾性能對整個天線系統的抗干擾能力有著決定性的影響。自適應陣列天線波束形成算法是陣列信號處理的一個重要研究領域，其目的是有效地抑制干擾信號而保留期望信號，從而使天線陣列的輸出信號干擾噪聲比達到最大。早期出現的一些比較典型的波束形成算法，在理想情況下均能夠很好的進行波陣列天線自適應波束形形成，但是實際系統常常存在各種誤差，如陣元的幅相誤差、陣元位置誤差、通道頻特性失配等，這時原有的波束形成算法的性能會大大下降，甚至會完全失效。

CRPA陣列導向矢量就是不同入射方向的衛星信號在陣列上的幅度和相位響應，表示該方向的信號在陣列空域上所形成的信號幅相變化量。由于陣列響應在不同方向上是不同的，導向矢量與信源的方向是相互關聯的，這種關聯的獨特性依賴于陣列的幾何結構。在多種DBF的算法準則中，都需要使用導向矢量完成波束賦形的計算，而CRPA陣列陣元較少，互耦效應和近場干擾效應明顯，對環境的依賴性很強，導向矢量的離線校準結果可用性較差，若直接使用將會引入較大的波束指向誤差，造成幅度增益不足和相位測量偏差較大的情況。

發明內容

本發明針對常規Capon波束形成算法存在的問題，基于導向矢量不確定集約束，提出一種運算效率高，在干擾存在的條件下，具備優異抗干擾能力，能夠極高的提升運算效率，能夠實現真實衛星信號條件下陣列天線導向矢量快速求解的方法。