CN101645728B - 基于参数化自适应补偿的多天线信号合成增强方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成增强方法及装置，所述方法包括：从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；对所述输入信号参照所述参考信号依次进行延迟补偿和频率相位补偿，得到补偿后的输入信号；计算所述补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值；利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并累积加权后的信号与所述参考信号，得到合成信号。本发明可以对多天线信号间存在的差异直接进行估计与补偿，实现最佳的信号合成。同时，在信号特性变化时，能快速对参数变化作出调整。同时针对特定信号参数差异的自适应补偿能够提高补偿的精度，从而最终提高信号合成性能。

Description

基于参数化自适应补偿的多天线信号合成增强方法及装置

技术领域

本发明涉及深空通信技术领域，特别涉及一种基于参数化自适应补偿的多天线信号合成增强方法及装置。

背景技术

随着深空通信技术的发展，在目前的深空通信中，对于同一辐射源的信号经过不同通道到达合成器后若干支路信号之间可能存在的载波频率、包络延迟和初始相位等参数差异，现有技术中，可以分别或者联合地估计各种参数差异，然后分别进行补偿，也可以自适应估计并逐样点补偿上述一种或者多种参数差异，使多支路信号之间同相对齐，之后进行的最优权值合成。

在对多路信号的合成过程中，需要保证各支路信号参数差异较小，因此需要首先对各路信号之间的参数差异进行有效的补偿。而补偿各路信号间的差异可以通过分别或者联合估计信号间载波频率差异、信号延迟差异和信号初始相位差异等参数，然后进行相应的差异补偿。但是，在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有的实现方式中，由于多路信号间的差异往往具有一定的时变性，并不能对信号之间的参数差异进行很好的跟踪和补偿，而从导致多路天线信号合成信号的质量较差。基于自适应的多天线信号合成方法能够克服信号参数时变性带来的问题，而本发明涉及的基于参数化自适应补偿的多天线信号合成增强方法及装置能够在克服信号参数时变性的同时进一步提高信号补偿的精度，从而进一步提高信号合成的性能。

发明内容

本发明实施例提供一种基于参数化自适应补偿的多信号合成增强方法及装置，对信号之间的参数差异进行跟踪和补偿，以提高合成信号的质量。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成增强方法，所述方法包括：

从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；

对所述输入信号参照所述参考信号依次进行延迟补偿和频率相位补偿，得到补偿后的输入信号；

计算所述补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值；

利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并累积加权后的信号与所述参考信号，得到合成信号。

优选的，所述从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号包括：

确定所述接收到的多路信号中每一路信号的信噪比；

选择信噪比大的一路信号作为参考信号。

优选的，所述对所述输入信号参照所述参考信号依次进行延迟补偿和频率相位补偿，得到补偿后的输入信号；具体包括：

将所述输入信号参照所述参考信号通过延迟补偿滤波器进行延迟补偿，得到延迟补偿后的输入信号，再将所述延迟补偿后的输入信号通过与频率相位补偿因子相乘进行频率相位的差异补偿，得到补偿后的输入信号。

优选的，所述将所述输入信号参照所述参考信号通过延迟补偿滤波器进行延迟补偿，得到延迟补偿后的输入信号具体包括：

对所述输入信号通过移位寄存器进行延迟，得到多个延迟信号；

将所述多个延迟信号与对应的滤波器系数相乘；

合并相乘的结果，得到延迟补偿后的输入信号。

优选的，所述方法还包括：

计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异；

根据所述信号差异、频率相位补偿因子以及输入信号，调整所述进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数。

优选的，所述调整所述进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数为：通过延迟补偿滤波器系数调整单元来调整进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数。

优选的，所述通过延迟补偿滤波器系数调整单元来调整进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数具体包括：

将所述输入信号通过系数为延迟补偿滤波器系数的导数的横向滤波器，得到滤波输出信号；

计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异的共轭；

将所述滤波输出信号与所述信号差异的共轭、频率相位补偿因子和延迟估计步长因子相乘，得到第一乘积信号；

对所述第一乘积信号进行计算，得到输入信号与参考信号的信号延迟差的估计值；

对所述信号延迟差的估计值进行计算，得到下一时刻延迟补偿滤波器的系数；

根据所述下一时刻延迟补偿滤波器的系数对进行延迟补偿的延迟补偿滤波器进行调整。

优选的，所述方法还包括：

根据所述信号差异和所述补偿后的输入信号通过频率相位补偿因子调整单元调整所述频率相位补偿因子，具体包括：

计算所述补偿后的输入信号的共轭；

将所述补偿后的输入信号的共轭与相位估计步长因子、所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异，得到第二乘积信号；

根据所述第二乘积信号进行计算，得到下一时刻频率相位补偿因子。

优选的，所述参考信号的权值为1，所述计算所述补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值具体包括：

分别计算所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率和噪声功率；

对所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率分别取开方；

将所述参考信号噪声功率与所述输入信号的纯信号功率的开方相乘，并将相乘的结果作为第一结果；

将所述输入信号噪声功率与所述参考信号的纯信号功率的开方相乘，并求相乘后的倒数，并将相乘后的倒数作为第二结果；

将所述第一结果乘以第二结果，得到输入信号的合成权值。

相应的，本发明还提供一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成装置，包括：

选择单元，用于从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；

补偿单元，用于对所述输入信号参照所述参考信号依次进行延迟补偿和频率相位补偿，得到补偿后的输入信号；

合成权值计算单元，用于计算所述补偿单元得到补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值；

信号合成单元，用于利用所述合成权值计算单元计算的合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并累积加权后的信号与所述参考信号，得到合成信号。

优选的，所述选择单元包括：

信噪比确定单元，用于确定所述接收到的多路信号中每一路信号的信噪比；

参考信号选择单元，用于根据所述信噪比确定单元确定的信噪比中，选择信噪比大的一路信号作为参考信号。

优选的，所述补偿单元包括：

延迟补偿单元，用于对所述输入信号参照所述参考信号进行延迟补偿，得到延迟补偿后的输入信号；

频率相位补偿单元，用于对所述延迟补偿后的输入信号与频率相位补偿因子相乘进行频率相位的差异补偿，得到补偿后的输入信号。

优选的，还包括：

信号差异计算单元，用于计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异；

延迟补偿滤波器系数调整单元，用于根据所述信号差异、频率相位补偿因子以及输入信号，调整所述补偿单元进行延迟补偿的系数；

频率相位补偿因子调整单元，用于根据所述信号差异和所述补偿后的输入信号调整所述频率相位补偿因子。

由上述公开的技术方案可知，本发明提供一种基于自适应信号波形补偿的多信号合成增强方法及装置，该方法从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；对所述输入信号参照所述参考信号依次进行延迟补偿和频率相位补偿，得到补偿后的输入信号；计算所述补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值；利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并累积加权后的信号与所述参考信号，得到合成信号。也就是说，该方法采用自适应滤波的波形估计技术，对多支路信号波形间差异通过自适应滤波器直接进行补偿，提高了合成性能。进一步，该方法还可以计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异；根据所述信号差异、频率相位补偿因子以及输入信号，调整所述进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数。也就是说，本发明还能实时跟踪信号特性变化，快速对参数变化做出调整。即本发明采用自适应滤波器的合成方式，简化了补偿合成的结构，提高了其跟踪时变参数的能力，在信号特性变化时，能快速对参数变化作出调整。同时针对特定信号参数差异的自适应补偿能够提高补偿的精度，从而最终提高信号合成性能。

附图说明

图1为本发明中提供的一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成增强方法的流程图；

图2为本发明中提供的一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成增强方法的另一流程图；

图3为本发明中提供的一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成装置的结构示意图；

图4为本发明中提供的一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成装置的应用实例的结构示意图；

图5为本发明中提供的图4中延迟补偿滤波器系数调整单元的结构示意图；

图6为本发明提供的图4中频率相位补偿因子调整单元的结构示意图；

图7为本发明中提供的图4和图5中的L阶横向滤波器的结构示意图；

图8为本发明中提供的图4中的合成权值计算单元的结构示意图；

图9为本发明提供的图8中信号功率和噪声功率计算单元的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成增强方法及装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，并使本申请实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请实施例中技术方案作进一步详细的说明。

请参阅图1，为本发明提供的一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成增强方法的流程图，所述方法包括：

步骤101：从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；

一种选择的方式，可以先确定接收到的多路信号中每一路信号的信噪比，再选择每一路信号中信噪比最大的一路信号作为参考信号，但并不限于此。

其中，所确定的多路信号中每一路信号的信噪比可以不要求精确，也可以选择每一路信号中信噪比相对较大的一路信号作为参考信号，也就是说，本实例中，并不严格要求必须选择信噪比最大的一路信号。

步骤102：对所述输入信号参照所述参考信号依次进行延迟补偿和频率相位补偿，得到补偿后的输入信号；

具体包括：将所述输入信号参照所述参考信号通过延迟补偿滤波器进行延迟补偿，得到延迟补偿后的输入信号，再将所述延迟补偿后的输入信号通过与频率相位补偿因子相乘进行频率相位的差异补偿，得到补偿后的输入信号。

其中，所述将所述输入信号参照所述参考信号通过延迟补偿滤波器进行延迟补偿，得到延迟补偿后的输入信号具体包括：对所述输入信号通过移位寄存器进行延迟，得到多个延迟信号；将所述多个延迟信号与对应的滤波器系数相乘；合并相乘的结果，得到延迟补偿后的输入信号。

所述将所述延迟补偿后的输入信号通过与频率相位补偿因子相乘进行频率相位的差异补偿，得到补偿后的输入信号具体包括：通过频率相位补偿单元对所述延迟补偿的信号进行频率相位补偿，得到补偿后的输入信号。

步骤103：计算所述补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值；

可选的，一种计算合成权值的方式为：设所述参考信号的权值为1，所述计算所述补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值具体包括：

分别计算所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率和噪声功率；对所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率分别取开方；将所述参考信号噪声功率与所述输入信号的纯信号功率的开方相乘，并将相乘的结果作为第一结果；将所述输入信号噪声功率与所述参考信号的纯信号功率的开方相乘，并求相乘后的倒数，并将相乘后的倒数作为第二结果；将所述第一结果乘以第二结果，得到输入信号的合成权值。

步骤104：利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权(比如相乘)，并累积加权后的信号与所述参考信号，得到合成信号。

在本发明实施例中，所述多天线信号的合成方法可以针对多个天线接收到的同一信号之间存在的波形差异依次进行延迟和频率相位补偿，使多支路信号之间达到波形一致，并实现多天线信号的合成，最终提高输出信号的信噪比。本发明特别适合对微弱信号的接收，比如深空通信。也就是说，本发明提供的多天线信号合成方法，该方法可以针对信号间特定的一个或者若干个参数差异进行自适应补偿，然后进行多路信号合并，既保留了自适应方法实现简单的特点，同时又增强了补偿的针对性，并最终进行多路信号合并，保证了多信号合成的性能。

还请参阅图2，为本发明实施例中提供的一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成增强方法的另一流程图，所述方法具体包括：

步骤201：从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；比如选择信噪比大的一路信号作为参考信号，其余信号作为输入传号。

步骤202：对所述输入信号参照所述参考信号进行延迟补偿，得到延迟补偿后的输入信号；

步骤203：对所述延迟补偿后的输入信号进行频率相位补偿，得到补偿后的入信号；

步骤204：计算补偿后输入信号和参考信号的差值；

步骤205：根据所述信号的差值、频率相位补偿因子以及输入信号，调整所述进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数；

其中，所述调整所述进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数为：通过延迟补偿滤波器系数调整单元来调整进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数；具体包括：

将所述输入信号通过系数为延迟补偿滤波器系数的导数的横向滤波器，得到滤波输出信号；

计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异的共轭；

将所述滤波输出信号与所述信号差异的共轭、频率相位补偿因子和延迟估计步长因子相乘，得到第一乘积信号；

对所述第一乘积信号进行计算，得到输入信号与参考信号的信号延迟差的估计值；

对所述信号延迟差的估计值进行计算，得到下一时刻延迟补偿滤波器的系数；

根据所述下一时刻延迟补偿滤波器的系数对进行延迟补偿的延迟补偿滤波器进行调整。

步骤206：根据所述信号的差值和所述补偿后的输入信号通过频率相位补偿因子调整单元调整所述频率相位补偿因子；具体包括：

计算所述补偿后的输入信号的共轭；

将所述补偿后的输入信号的共轭与相位估计步长因子、所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异，得到第二乘积信号；

根据所述第二乘积信号进行计算，得到下一时刻频率相位补偿因子。

步骤207：计算所述补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值；

步骤208：利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并累积加权后的信号与所述参考信号，得到合成信号。

在本实施例中，先从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号，将输入信号依次通过延迟补偿器和频率相位补偿器，输出信号即为输入信号参照参考信号进行差异补偿后的输出信号，其中，补偿器的系数可以进行自适应更新；计算参考信号与获得的补偿后输出信号之间的差值；利用获得的差值，以及输入信号等数据，调整延迟补偿器和频率相位补偿器的设计参数；根据一定的合成准则，计算获得的所述补偿后的输入信号的合成权值，最后与该参考信号进行加权合成，输出合成信号。

其中，基于参数化自适应信号合成的方法能够自适应地补偿信号间存在的差异，所述差异可以包括载波频率偏差、信号延迟、初始相位差异等各种差异。并对所述参数进行自适应补偿，比如对特定信号参数差异的逐样点自适应补偿，以便于对信号链路的变化做出迅速调整，这种调整既能够保证信号差异补偿的性能，又能够实现信号参数变化条件下的跟踪变化，从而增强信号合成的质量。

基于上述方法的实现过程，本发明还提供一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成装置，其结构示意图详见图3，所述装置包括：选择单元31、补偿单元32、合成权值计算单元33和信号合成单元34，其中，所述选择单元31，用于从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；所述补偿单元32，用于对所述输入信号参照所述参考信号依次进行延迟补偿和频率相位补偿，得到补偿后的输入信号；所述合成权值计算单元33，用于计算所述补偿单元得到补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值；所述信号合成单元34，用于利用所述合成权值计算单元计算的合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并累积加权后合成后的信号与所述参考信号，得到合成信号。

可选的，所述选择单元包括：信噪比确定单元和参考信号选择单元，其中，所述信噪比确定单元，用于确定所述接收到的多路信号中每一路信号的信噪比；所述参考信号选择单元，用于根据所述信噪比确定单元确定的信噪比中，选择信噪比大的一路信号作为参考信号。

可选的，所述补偿单元包括：延迟补偿单元和频率相位补偿单元，其中，所述延迟补偿单元，用于对所述输入信号参照所述参考信号进行延迟补偿，得到延迟补偿后的输入信号，具体可以由延迟滤波器实现；所述频率相位补偿单元，用于对所述延迟补偿后的输入信号进行频率相位的差异补偿，得到补偿后的输入信号，具体可以由相乘器实现。

可选的，所述装置还可以包括：信号差异计算单元、延迟补偿滤波器系数调整单元和频率相位补偿因子调整单元，其中，所述信号差异计算单元，用于计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异；所述延迟补偿滤波器系数调整单元，用于根据所述信号差异、频率相位补偿因子以及输入信号，调整所述补偿单元进行延迟补偿的系数；所述频率相位补偿因子调整单元，用于根据所述信号差异和所述补偿后的输入信号调整所述频率相位补偿因子。

本发明实施例可以对经过不同通道到达合成器的来自同一辐射源信号的若干支路信号之间存在的载波频率，包络延迟和初始相位等参数差异，有针对性地自适应估计并逐样点补偿上述一种或者多种参数差异，使多支路信号之间同相对齐，之后在一定的合成准则下进行信号合成，达到增强信号信噪比的目的。

还请参阅图4，为本发明提供的一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成装置的应用实例的结构示意图，在该实施例中预先选定参考信号和输入信号，其中补偿单元以L阶横向滤波器为例，但并不限于此。所述装置包括：L阶横向滤波器41(该图中A所示)、延迟补偿滤波器系数调整单元42(该图中B所示)、频率相位补偿因子调整单元43(该图中C所示)和合成权值计算单元44(该图中D所示)。其中，频率相位补偿功能由图4左数第一个乘法器45实现。

为例便于理解，在该图4中，L为滤波器阶数；x₁(n)为输入信号；h₀(n)、h₁(n)、......、h_L-1(n)为当前时刻延迟滤波器系数；

为延迟补偿滤波输出结果；e^jθ(n)为当前时刻频率相位调整因子，初值可设为1；x′₁(n)为补偿后信号输出；x₀(n)为参考信号；e(n)为参考信号与补偿后信号的差值；K(n)为信号x′₁(n)的合成权值；x_c(n)为合成输出信号。

如图4所示，基于参数化自适应补偿多天线信号合成装置的具体实现过程包括：

1)将输入信号x₁(n)输入系数为h₀(n)、h₁(n)、......、h_L-1(n)的横向滤波器(A装置)，输出结果为

为经过延迟补偿后的输入信号。其中，滤波器系数h₀(n)、h₁(n)、......、h_L-1(n)可以由延迟补偿滤波器系数调整单元调整更新；

2)将所述

乘以频率相位补偿因子e^jθ(n)，乘积x′₁(n)即为经过延迟和频率相位补偿，x′₁(n)为补偿后的输入信号，即为所述输入信号x₁(n)与参考信号x₀(n)对齐的输出结果。其中，频率相位补偿因子e^jθ(n)可以由频率相位补偿因子调整单元行更新；

3)计算x′₁(n)与参考信号x₀(n)的差值e(n)；

4)根据步骤3)计算的差值e(n)，频率相位补偿因子e^jθ(n)，以及输入信号x₁(n)、x₁(n-1)、x₁(n-2)、......、x₁(n-L-1)，由延迟补偿滤波器系数调整单元计算调整延迟补偿器滤波器的系数。

5)根据步骤2)所述x′₁(n)和步骤3)所述e(n)，由频率相位补偿因子调整装置(C装置)计算调整频率相位补偿因子；

6)将步骤2)所述x′₁(n)和参考信号x₀(n)输入合成权值计算装置(D装置)，计算获得合成权值K(n)；

7)将x′₁(n)乘以K(n)，乘积与参考信号x₀(n)的相加结果x_c(n)为最终合成输出信号。

还请参阅图5，为本发明提供的图4中延迟补偿滤波器系数调整单元的结构示意图，包括：A为L阶横向滤波器；G为复数的共轭运算；E为完成复数输入序列的取实部、累加、指数运算，即 $\hat{d}\left(n\right)=e^{j\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{real}\left[{\stackrel{\‾}{x}}_1\left(k\right)\right]};$ F为延迟滤波器系数及其导数求取运算功能模块，以SINC分数间隔延迟滤波器为例，设信号延迟的估计为

滤波器阶数为L，则

$h_i(n+1)=\sin c(i-\hat{d}\left(n\right)),i=\mathrm{0,1},...,L-1$

$f_i(n+1)=\frac{\sin (i-\hat{d}\left(n\right))-(i-\hat{d}\left(n\right))\cos (i-\hat{d}\left(n\right))}{{(i-\hat{d}\left(n\right))}^2},i=\mathrm{0,1},...,L-1$

在该实施例中，L为滤波器阶数；x₁(n)为输入信号；h₀(n+1)、h₁(n+1)、......、h_L-1(n+1)为下一时刻延迟补偿滤波器系数；f₀(n)、f₁(n)、......、f_L-1(n)为滤波器系数，该系数为延迟滤波器系数h₀(n)、h₁(n)、......、h_L-1(n)的导数；f₀(n+1)、f₁(n+1)、......、f_L-1(n+1)为滤波器系数，该系数为延迟滤波器系数h₀(n+1)、h₁(n+1)、......、h_L-1(n+1)的导数；

为滤波输出结果；e^jθ(n)为频率相位调整因子；μ_d为延迟估计步长因子，正常数，可以设置为一个小正数，如0.01；

e(n)为参考信号与补偿后信号的差值；e^*(n)为e(n)的复共轭；x₁(n)为

e^jθ(n)、μ_d及e^*(n)的乘积；

为输入信号与参考信号的信号延迟差的估计值；

如图5所示，该延迟补偿滤波器系数调整单元的实现过程为：

1)将输入信号x₁(n)输入系数为f₀(n)、f₁(n)、......、f_L-1(n)的横向滤波器(A装置)，输出结果为其中滤波器系数f₀(n)、f₁(n)、......、f_L-1(n)由滤波器系数计算单元(即F)在步骤4)中更新；

2)将e(n)输入G装置，计算其复共轭e^*(n)。将步骤1)中获得结果乘以e^jθ(n)、μ_d、e^*(n)等参数，乘积为x₁(n)；

3)将步骤2)中获得的输出结果x₁(n)输入E，由E计算出信号延迟差的估计

4)根据步骤3)中获得的信号延迟差的估计

和滤波器长度L，在F中计算滤波器系数f₀(n+1)、f₁(n+1)、......、f_L-1(n+1)和h₀(n+1)、h₁(n+1)、......、h_L-1(n+1)；

5)根据步骤4)中计算的滤波器系数调整A和图4中的滤波器系数h₀(n)、h₁(n)、......、h_L-1(n)。

还请参阅图6，为本发明提供的图4中频率相位补偿因子调整单元的结构示意图，包括：G为复数的共轭运算；H为完成取复输入序列的取虚部、累加、指数运算，即 $e^{\mathrm{j\θ}(n+1)}=e^{j\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{imag}\left[M\right]}.$ 在该图中，e^jθ(n+1)为下一时刻频率相位调整因子；μ_θ为相位估计步长因子，正常数，可以设置为一个小正数，如0.01；e(n)为参考信号与补偿后信号的差值；x′₁(n)为信号对齐输出信号；x′₁ ^*(n)为x′₁(n)的复共轭；M为x′₁ ^*(n)、e(n)和μ_θ的乘积。

如图6所示，该频率相位补偿因子调整单元的具体实现过程为：

1)将信号x′₁(n)输入G装置，输出x′₁ ^*(n)；

2)将步骤1)的输出信号x′₁ ^*(n)与μ_θ、e(n)相乘，记乘积为M；

3)将2)中获得的输出结果M输入H装置，由H装置计算出下一时刻频率相位补偿因子e^jθ(n+1)；

4)根据步骤3)中计算的频率相位补偿因子e^jθ(n+1)对输入信号进行相位补偿调整。

还请参阅图7，为本发明实施例中图4和图5中的L阶横向滤波器的结构示意图，如图7所示，x₁(n)、x₁(n-1)、x₁(n-2)、......、x₁(n-L-1)为L个输入信号样点，其中L为滤波器阶数；α₀、α₁、α₂、......、α_N-2、α_N-1为滤波器系数，对于图4中，为h₀(n)、h₁(n)、......、h_L-1(n)，对于图5中为f₀(n)、f₁(n)、......、f_L-1(n)；z₀、z₁、z₂、......、z_L-1、z_L-1为L个输入信号样点与滤波器系数的乘积；

为滤波输出结果；T为由移位寄存器组成的延迟单元；

其中，L阶横向滤波器的实现过程包括：

1)将输入信号x₁(n)输入带抽头的L-1个移位延迟单元后，分别与滤波器系数α₀、α₁、α₂、......、α_L-2、α_L-1分别输入L个乘法器，乘积分别为z₀、z₁、z₂、......、z_L-2、z_L-1；

2)将1)中获得的L个乘积z₀、z₁、z₂、......、z_L-2、z_L-1进行累加，和为滤波输出结果

还请参阅图8，为本发明实施例的图4中的合成权值计算单元的结构示意图，在该图中，x₀(n)，x₀(n-1)…，x₀(n-N+1)为参考信号；K(n)为补偿后输入信号合成权值；x′₁(n)，x′₁(n-1)…，x′₁(n-N+1)为补偿后输入信号；P_N0、P_N1为参考信号、输入信号的噪声功率；P_S0、P_S1为参考信号、输入信号的纯信号功率；/(·)为求倒数运算；

为求开方运算；I为信号功率和噪声功率计算单元。

其中，合成权值计算单元的实现过程为：

1)将参考信号、输入信号分别送入信号功率和噪声功率计算单元(I装置)，分别计算出各路信号的纯信号功率P_S0、P_S1和噪声功率P_N0、P_N1；

2)将1)中计算出的纯信号功率取开方，得

3)将1)中参考信号中的噪声功率P_N0与输入信号的纯信号功率的开方

相乘；

4)将1)中输入信号中的噪声功率P_N1与参考信号的纯信号功率的开方

相乘，并求乘积的倒数；

5)将3)和4)的结果相乘，乘积K(n)即为输入信号的合成权值，参考信号的权值为1。

还请参阅图9，为本发明图8中信号功率和噪声功率计算单元的结构示意图，在该图中，x(n)x(n+1)…x(n-N+1)为输入信号；P_N：噪声功率；N为FFT点数；P_s为纯信号功率；

X(0)…X(P-2)X(P-1)X(P)X(P+1)…X(Q-1)…X(n-N+1)为输入信号DFT变换后信号模值；P为信号带宽在FFT结果中所占的谱线个数；Q为滤波器带宽在FFT结果中所占的谱线个数；FFT&Mod为进行N点DFT运算后取模。

其中，所述信号功率和噪声功率计算单元的计算过程，该计算过程以复基带信号为实施例；具体包括：

1)对输入信号作N点FFT运算，并对各输出点取模；

2)根据信号的采样频率Fs、复基带信号带宽B_s和低通滤波器带宽B_l，确定

3)对1)输出结果的第P到Q-1，Q-P个数值进行累加后取均值，作为噪声功率的估计值P_N；

4)对1)输出结果的第0到第P-1，P个数值进行累加；

5)对3)输出结果乘以P；

6)将4)的结果减去5)的结果后除以P，结果作为对纯信号功率的估计。

本发明涉及实施例所述的基于参数化自适应补偿的多天线信号合成增强方法，针对经过不同通道到达合成器的来自同一辐射源信号的若干支路信号之间存在的载波频率、包络延迟和初始相位等参数差异，可以有针对性地自适应估计并逐样点补偿上述一种或者多种参数差异，使多支路信号之间同相对齐，之后在一定的合成准则下进行信号合成，达到增强信号信噪比的目的。

本发明实施例所述的信号合成方法与其他信号合成方法相比，实现了对多路信号间的多种差异针对性地自适应补偿(即本发明中是针对不同的参数差异采用不同的补偿滤波器)；能够对信号参数的变化进行快速的自适应调整，并且在对信号参数差异的补偿基础上，进行多路信号的合并，通过合成达到提高信号信噪比的目的。

需要说明的是，本发明是在各支路信号满足下式(*)的假设条件，对各支路信号进行合成，即本发明是针对已知的信号间参数差异有目的地进行相应的自适应补偿；

输入合成器的n路信号表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_0\left(t\right)=s(t+{\mathrm{\τ}}_0)e^{j[2\mathrm{\π}(f_c+\mathrm{\Δ}{f}_0)(t+{\mathrm{\τ}}_0)+{\mathrm{\θ}}_0]}+n_0\left(t\right)\\ R_1\left(t\right)=s(t+{\mathrm{\τ}}_1)e^{j[2\mathrm{\π}(f_c+\mathrm{\Δ}{f}_1)(t+{\mathrm{\τ}}_1)+{\mathrm{\θ}}_1]}+n_1\left(t\right)\\ ...\\ R_{n-1}\left(t\right)=s(t+{\mathrm{\τ}}_{n-1})e^{j[2\mathrm{\π}(f_c+\mathrm{\Δ}{f}_{n-1})(t+{\mathrm{\τ}}_{n-1})+{\mathrm{\θ}}_{n-1}]}+n_{n-1}\left(t\right)\end{array}---(*)\right.$

其中n(n≥2)是到达合成器的支路信号数；R₀(t)、R₁(t)、......、R_n-1(t)分别为n个到达合成器的支路信号；s(t)为调制信息，τ₀、τ₁、......、τ_n-1为n个到达信号的延迟；f_c是载波频率，Δf₀、Δf₁、......、Δf_n-1为信号通过不同的下变频设备而引入的频率偏差；θ₀、θ₁、......、θ_n-1为各支路信号的初始相位；n₀(t)、n₁(t)、......、n_n-1(t)分别为各支路的噪声。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成增强方法，其特征在于，包括：

从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；

对所述输入信号参照所述参考信号依次进行延迟补偿和频率相位补偿，得到补偿后的输入信号；

计算所述补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值；

利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并累积加权后的信号与所述参考信号，得到合成信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号包括：

确定所述接收到的多路信号中每一路信号的信噪比；

选择信噪比大的一路信号作为参考信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述输入信号参照所述参考信号依次进行延迟补偿和频率相位补偿，得到补偿后的输入信号；具体包括：

将所述输入信号参照所述参考信号通过延迟补偿滤波器进行延迟补偿，得到延迟补偿后的输入信号，再将所述延迟补偿后的输入信号与频率相位补偿因子相乘进行频率相位的差异补偿，得到补偿后的输入信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述输入信号参照所述参考信号通过延迟补偿滤波器进行延迟补偿，得到延迟补偿后的输入信号具体包括：

对所述输入信号通过移位寄存器进行延迟，得到多个延迟信号；

将所述多个延迟信号与对应的滤波器系数相乘；

合并相乘的结果，得到延迟补偿后的输入信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异；

根据所述信号差异、频率相位补偿因子以及输入信号，调整所述进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调整所述进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数为：通过延迟补偿滤波器系数调整单元来调整进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过延迟补偿滤波器系数调整单元来调整进行延迟补偿的延迟补偿滤波器的系数具体包括：

将所述输入信号通过系数为延迟补偿滤波器系数的导数的横向滤波器，得到滤波输出信号；

计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异的共轭；

将所述滤波输出信号与所述信号差异的共轭、频率相位补偿因子和延迟估计步长因子相乘，得到第一乘积信号；

对所述第一乘积信号进行计算，得到输入信号与参考信号的信号延迟差的估计值；具体为，将所述第一乘积信号

输入E，由E计算出信号延迟差的估计

所述E用于完成复数输入序列的取实部、累加、指数运算，即 $\hat{d}\left(n\right)=e^{j\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{real}\left[{\stackrel{\‾}{x}}_1\left(k\right)\right]};$

对所述信号延迟差的估计值进行计算，得到下一时刻延迟补偿滤波器的系数；

根据所述下一时刻延迟补偿滤波器的系数对进行延迟补偿的延迟补偿滤波器进行调整。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述信号差异和所述补偿后的输入信号通过频率相位补偿因子调整单元调整所述频率相位补偿因子，具体包括：

计算所述补偿后的输入信号的共轭；

将所述补偿后的输入信号的共轭与相位估计步长因子、所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异，得到第二乘积信号；

根据所述第二乘积信号进行计算，得到下一时刻频率相位补偿因子；具体为，将所述第二乘积信号的输出结果M输入H装置，由H装置计算出下一时刻频率相位补偿因子e^jθ(n+1)；所述H用于完成取复输入序列的取虚部、累加、指数运算，即 $e^{\mathrm{j\θ}(n+1)}=e^{j\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{imag}\left[M\right]}.$

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考信号的权值为1，所述计算所述补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值具体包括：

分别计算所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率和噪声功率；

对所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率分别取开方；

将所述参考信号噪声功率与所述输入信号的纯信号功率的开方相乘，并将相乘的结果作为第一结果；

将所述输入信号噪声功率与所述参考信号的纯信号功率的开方相乘，并求相乘后的倒数，并将相乘后的倒数作为第二结果；

将所述第一结果乘以第二结果，得到输入信号的合成权值。

10.一种基于参数化自适应补偿多天线信号合成装置，其特征在于，包括：

选择单元，用于从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；

补偿单元，用于对所述输入信号参照所述参考信号依次进行延迟补偿和频率相位补偿，得到补偿后的输入信号；

合成权值计算单元，用于计算所述补偿单元得到补偿后的输入信号与参考信号合成时的合成权值；

信号合成单元，用于利用所述合成权值计算单元计算的合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并累积加权后的信号与所述参考信号，得到合成信号。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述选择单元包括：

信噪比确定单元，用于确定所述接收到的多路信号中每一路信号的信噪比；

参考信号选择单元，用于根据所述信噪比确定单元确定的信噪比中，选择信噪比大的一路信号作为参考信号。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述补偿单元包括：

延迟补偿单元，用于对所述输入信号参照所述参考信号进行延迟补偿，得到延迟补偿后的输入信号；

频率相位补偿单元，用于对所述延迟补偿后的输入信号与频率相位补偿因子相乘进行频率相位的差异补偿，得到补偿后的输入信号。

13.根据权利要求10或12所述的装置，其特征在于，还包括：

信号差异计算单元，用于计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异；

延迟补偿滤波器系数调整单元，用于根据所述信号差异、频率相位补偿因子以及输入信号，调整所述补偿单元进行延迟补偿的系数；

频率相位补偿因子调整单元，用于根据所述信号差异和所述补偿后的输入信号调整所述频率相位补偿因子。

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