CN101710840B - 一种天线阵信号接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线阵信号接收方法。传统的天线技术要求复杂、造价高。本发明首先对天线阵第i个天线单元中的天线接收信号进行信号放大、下变频和解扩。其次判断解扩后的信号是否达到解扩门限设定值，如果达到解扩门限设定值，则对该信号解调、时延调整，最后合成各路信号，完成完成信号接收。如果未达到解扩门限设定值，则信号时延调整，然后进行对各路信号合成，最后将信号解调，完成信号接收。本发明方法的链路的信噪比高，能有效提高天线增益。

Description

一种天线阵信号接收方法

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种天线阵信号接收方法。

背景技术

近年来，天线阵具有造价低、性能好、制造方便、重量轻等特点，得到广泛应用。天线组阵的经典理论是基于载波相干合成原理，也就是通过相位补偿，达到单元天线接收和发射功率相干合成的目的。传统的天线组阵方法如相控阵天线组阵方法，是通过在其射频通道上的移相器进行移相实现载波相位相干，使载波相干合成后的主波束对准信号的来波方向，但由于在高频线路上的硬件移相器技术要求复杂、造价高，使组阵技术复杂、成本高。近年来出现了自适应天线阵技术，包括智能天线技术，是由多个天线单元组成，每一个单元天线后接一个加权器(即乘以某一数值系数，这个系数通常是复数，既调节幅度又调节相位)，最后用加法器进行合并。自适应或智能的主要意义是指这些加权系数可以适当改变，自适应调整。

发明内容

本发明针对传统天线组阵依靠载波相位变换相干合成技术的不足和在动中通等天线组阵应用的复杂性，提出了一种天线阵信号接收方法，即利用扩频码相关合成的方法组成天线阵的方法，提高发射链路的总信噪比和传输信息的能力。

本发明方法的具体步骤为：

步骤(1)、天线阵第i个天线单元中的天线接收信号S_i(t)；

S_i(t)＝AC(t)D(t)sin(ω₀t+φ_i)+n_i(t)

其中，A为振幅，C(t)为扩频码，D(t)为导航电文，ω₀是载波频率，φ_i为初始相位，n_i(t)为热噪声。

步骤(2)、将接受到的信号S_i(t)通过低噪声放大器进行信号放大；

步骤(3)、将信号进行下变频；

步骤(4)、将下变频后的信号解扩，解扩的具体方法是：

将信号与本地扩频码进行异或运算，得到Sr_i(t)，

步骤(5)、判断Sr_i(t)是否达到解扩门限设定值，当Sr_i(t)达到解扩门限设定值时跳转至步骤(9)，否则执行步骤(6)；

步骤(6)、对Sr_i(t)时延调整，得到Sr_i(t-τ_i)，其中τ_i为延迟时间；

步骤(7)、信号合成得到SD(t)，

$\mathrm{SD}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Sr}}_i(t-{\mathrm{\τ}}_i)$

步骤(8)、SD(t)信号解调，得到

完成信号接收；

步骤(9)、对Sr_i(t)信号解调，得到

步骤(10)、对D_i(t)时延调整，得到

步骤(11)、信号合成得到

完成信号接收

$\hat{D}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{D}}_i(t-{\mathrm{\τ}}_i)$

本发明方法不同于传统的采用载波相位相干合成的天线组阵原理。本发明先采用扩频码相关解扩，再在单元天线之间采用非相干合成方法，从而使链路获得增强的信噪比，达到提高天线增益的目的。这类天线合成组阵方法不是象传统的天线组阵方法那样采用矢量合成技术，而是采用标量合成技术。本发明不产生传统天线阵的载波功率合成栅瓣，整个天线阵能覆盖的信号分布范围与单元天线能覆盖的范围一样，没有发生变化。所以这类天线阵能接收的信号数量不受天线单元数量的限制，只受基带接收能力的制约。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

按照如图1所示，结合具体实施例对本发明方法说明。

步骤(1)、天线阵第i个天线单元中的天线接收到GPS信号S_i(t)；

S_i(t)＝AC(t)D(t)sin(ω₀t+φ_i)+n_i(t)

其中，A为振幅，C(t)为Gold码，D(t)为50Hz的导航电文，ω₀是载波频率，φ_i为初始相位，n_i(t)为热噪声。

步骤(2)、将接受到的信号S_i(t)通过前置放大器放大；

前置放大器一般由烧毁保护、滤波和低噪声放大器(LNA)组成。主要功能是设定接收机的噪声系数并抑制带外干扰，如特瑞仕的用于GPS的1.6GHz LNA；

步骤(3)、将信号进行下变频

下变频器使用一个或多个本振信号将射频(RF)输入变成中频(IF)信号便于接收机的中频部分处理，中频部分还可以包含自动增益控制(AGC)电路以控制可工作电平，提供适当的动态范围并且抑制脉冲干扰；

步骤(4)、将下变频后的信号解扩，即：

将信号与本地GPS扩频码如(C/A码)进行异或运算，得到Sr_i(t)，

步骤(5)、根据应用场合的不同，判断Sr_i(t)是否达到特定的解调门限设定值，当Sr_i(t)达到解调门限设定值时跳转至步骤(9)，否则执行步骤(6)；

步骤(6)、对Sr_i(t)时延调整，得到Sr_i(t-τ_i)，其中τ_i为延迟时间；

因为已知各方向各路信号之间的时延，所以根据这些时延值去预先调整各单元天线基带信号的时延，使各单元天线发射的信号到卫星转发器时，扩频码相位可以做到基本一致。即对Sr_i(t)时延调整，得到Sr_i(t-τ_i)。

步骤(7)、信号合成得到SD(t)，

$\mathrm{SD}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Sr}}_i(t-{\mathrm{\τ}}_i)$

步骤(8)、SD(t)信号解调，得到

完成导航电文信号接收；

例如由GC2011数字滤波器、GC3011数字复采样器和GC3021载波去除芯片构建解调器。

步骤(9)、对Sr_i(t)信号解调，得到

步骤(10)、对D_i(t)时延调整，得到

步骤(11)、信号合成得到

完成导航电文信号接收，即：

$\hat{D}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{D}}_i(t-{\mathrm{\τ}}_i).$

本发明中的天线单元可以采用微带天线单元、单极子天线单元、八木天线单元、对数周期天线单元、缝隙天线单元、抛物面天线单元等多种型式。适合于多种频段：C波段、Ku波段、Ka波段、L波段、S波段、X波段、VHF波段、UHF波段等。

每个天线单元按一定的组阵方式将天线单元的波瓣拼接，形成有更大天线覆盖范围的天线阵，达到全向天线的功效。即，根据单元天线波瓣覆盖范围，将多个天线单元在方位方向上环绕一个中心体放置，让多个天线单元小波瓣拼成一个天线阵大波瓣，拼接方法采用信号标量合成方法。天线阵的组阵方式有：①三角形中心支撑杆截面形式，即五面体结构，在每个面上布置天线单元；②四边形中心支撑杆截面形式，即六面体结构，在每个面上布置天线单元；③六边形中心支撑杆截面形式，即八面体结构，在每个面上布置天线单元；④梯形台体，即除底面外，在每个面上布置天线单元。

Claims (1)

1.一种天线阵信号接收方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤(1)、天线阵第i个天线单元中的天线接收信号S_i(t)；

S_i(t)＝AC(t)D(t)sin(ω₀t+φ_i)+n_i(t)

其中，A为振幅，C(t)为扩频码，D(t)为导航电文，ω₀是载波频率，φ_i为初始相位，n_i(t)为热噪声；

步骤(2)、将接受到的信号S_i(t)通过低噪声放大器进行信号放大；

步骤(3)、将信号进行下变频；

步骤(4)、将下变频后的信号解扩，解扩的具体方法是：

将信号与本地扩频码进行异或运算，得到Sr_i(t)，

步骤(5)、判断Sr_i(t)是否达到解扩门限设定值，当Sr_i(t)达到解扩门限设定值时跳转至步骤(9)，否则执行步骤(6)；

步骤(6)、对Sr_i(t)时延调整，得到Sr_i(t-τ_i)，其中τ_i为延迟时间；

步骤(7)、信号合成得到SD(t)，

$\mathrm{SD}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Sr}}_i(t-{\mathrm{\τ}}_i)$

步骤(8)、SD(t)信号解调，得到

完成信号接收；

步骤(9)、对Sr_i(t)信号解调，得到

步骤(10)、对D_i(t)时延调整，得到

步骤(11)、信号合成得到

完成信号接收。