[發明專利]一種PAF相控陣接收機數據處理方法

有效

• 申請號: 202111164827.2
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113824484B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 李健;段雪峰;閆浩;裴鑫;托乎提努爾;劉艷玲;王凱;馬軍;曹亮;李笑飛;陳勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆天文臺
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 韓迎之

本發明公開了一種PAF相控陣接收機數據處理方法，涉及數據處理相關技術領域，具體步驟為：構建模型：根據多波束模型構建波束合成模型；計算波束合成SNR和增益：根據任一接收通道中的中感興趣的信號與干擾和噪聲信號之間的關系獲取SNR波束合成輸出信號；根據SNR波束合成輸出與輸入關系計算出陣列的總增益；優化波束合成算法：根據波束合成SNR和增益，確定最小均方誤差s；本發明通過對最小均方誤差的確定，無失真的響應波束合成，提高射電接收處理系統的整體效率。

技術領域

本發明涉及數據處理相關技術領域，更具體的說是涉及一種PAF相控陣接收機數據處理方法。

背景技術

射電望遠鏡的視場是體現望遠鏡巡天能力的重要指標，其表征在任何給定時刻可觀測天區的范圍。對于一架單口徑射電望遠鏡來說，視場和分辨率均可用半波束功率寬度表述：HPBW＝1.02λ/D，其中，λ為觀測波長，D為望遠鏡的直徑。大口徑射電望遠鏡通過增加直徑D來獲得更高的分辨率和靈敏度，但與此同時望遠鏡的視場隨著口徑的增加而減小，從而導致單位時間內觀測天區的面積減小，如進行脈沖星或暫現源搜尋、分子譜線巡天等觀測，同樣大小的觀測區域，視場小的望遠鏡將花費更多的觀測時間。口徑和視場似乎成為大口徑望遠鏡不可回避的矛盾。然而，多波束接收機的出現打破了這一局面。

相控陣饋源(Phased?Array?Feed，PAF)是近些年在射電天文得到大力發展的多波束接收機技術。PAF使用小型天線作為饋源并將其放置于射電望遠鏡的焦平面上，通過電子掃描來形成多個同步波束，可以增大望遠鏡的視場，提高巡天效率，同時，這些密集交疊的波束還可以形成連續的天空覆蓋，通過實時波束合成可以實現多種靈活的觀測模式。波束合成直接會影響到整個系統的靈敏度、系統噪聲及觀測效率，因此迫切的需要能夠得到合成波束的優化方法，保證射電接收系統的接收效率是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種PAF相控陣接收機數據處理方法，克服現有技術的缺陷。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種PAF相控陣接收機數據處理方法，具體步驟為：

構建模型：根據多波束模型構建波束合成模型；

計算波束合成SNR和增益：根據任一接收通道中的中感興趣的信號與干擾和噪聲信號之間的關系獲取SNR波束合成輸出信號；根據SNR波束合成輸出與輸入關系計算出陣列的總增益；

優化波束合成算法：根據波束合成SNR和增益，確定最小均方誤差s。

可選的，接收陣列中陣元對平面波的響應為：

引入波達時差后，變換為：

其中，M為第m個相對參考陣元的陣元；s為最小均方誤差；k為信號傳播方向的單位向量；x為陣元的位置坐標；c為光速；t為時間；τ為波達時差；A為幅值響應；ω₀為信號頻率；為起始相位。

可選的，接收陣列對平面波的響應為：

可選的，合成波束的模型為：

或

其中，為第i個陣元的加權共軛轉置；i為相對陣元編號。

可選的，波束合成的信噪比輸出為：

其中，為陣元的信噪比。

可選的，各陣元的噪聲輸出不相關時，感興趣的信號輸出具體為：

M為陣元的個數；W為權重；S為感興趣的信號。