CN104702327A - 一种分布式相控阵接收天线的信号合成方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式相控阵接收天线的信号合成方法，其步骤包括：第一步，分布式相控阵接收天线有N个独立阵元组成，选择第1个阵元输出信号f₁(k)为参考信号，其余N-1个信号为f_l(k)；第二步，采用LMS自适应滤波算法，分别计算每个阵元通道对应的权值w_l；第三步，计算每个阵元加权后的输出信号第四步，计算整个相控阵天线信号合成后的输出信号本发明的优势在于采用LMS算法计算权值，无需进行阵元接收信号间相位估计，实现简单。该方法可以应用于分布式相控阵接收天线领域。

Description

一种分布式相控阵接收天线的信号合成方法

技术领域

本发明涉及分布式相控阵天线领域，具体涉及一种分布式相控阵接收天线的信号合成方法。

技术背景

分布式相控阵接收天线由多个独立的阵元组成，可以应用于传感器网络，无线通信等多个领域。在分布式相控阵接收天线中，用户需要对每个阵元的接收信号进行相位对齐，这样才能进行信号合成。相位对齐的方法，是通过对每个阵元接收信号进行复数加权实现的，但阵元通道对应的权值计算是分布式相控阵接收天线的难点。SUMPLE算法，1Bit反馈算法和锁相同步法是已有方法，但这些方法都存在计算量大，实现复杂的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在分布式相控阵接收天线的信号合成中，存在权值计算量大，实现复杂等问题。解决上述问题的技术方案是一种分布式相控阵接收天线的信号合成方法，具体步骤如下：

第一步：分布式相控阵接收天线由N个独立阵元构成，其中N为大于1的整数；第1个阵元接收信号经A/D转换后为f₁(k)，选择该信号为参考信号，其余N-1个阵元接收信号经过A/D转换后分别为f_l(k)，其中k＝0,1,...，表示阵列接收信号的采样快拍序号，l＝2,3,...,N；

第二步：对于第l个阵元，l＝2,3,...,N，接收信号为f_l(k)，复数权值为w_l，采用最小均方误差(LMS：Least Mean Square)自适应滤波算法来计算该权值，具体步骤为：

(1)设置k＝0，初始权值w_l(k)＝1；定义步长常数μ_l，为确保算法收敛，要求其中P_l为阵元接收信号功率；

(2)计算当前输出信号符号“*”表示取共轭；

(3)计算输出误差e_l(k)＝y_l(k)-f₁(k)；

(4)更新权值 $w_l(k+1)=w_l\left(k\right)+{\mathrm{\μ}}_l{e}_l^{*}{f}_l\left(k\right);$

(5)判断w_l(k+1)是否已经收敛，如果没有收敛，则取k＝k+1，重新执行第(2)步；如果已经收敛，则取权值w_l＝w_l(k+1)，计算结束；

第三步：对第l个阵元接收信号f_l(k)进行加权，l＝2,3,...,N，阵元输出信号为 $y_l\left(k\right)=w_l^{*}{f}_l\left(k\right);$

第四步：分布式相控阵接收天线最后的合成信号为其中，第1个阵元权值w₁＝1。

本发明的有益效果是：采用LMS自适应滤波算法计算每个阵元接收通道权值，计算量小，实现简单。本发明可以应用到分布式相控阵接收天线等相关领域。

附图说明

图1分布式相控阵接收天线的信号合成整体结构示意图

图2第l个阵元加权处理结构示意图

图3第l个阵元复数权值计算方法流程图

具体实施方式

分布式相控阵接收天线的信号合成整体结构如图1所示。分布式相控阵接收天线由N个独立阵元构成，每个阵元天线的接收信号都经过A/D转换为数字信号，其中第1个阵元输出信号经A/D转换后为f₁(k)，并选择该信号作为参考信号。其余N-1个阵元接收信号经过A/D转换后为f_l(k)，其中k＝0,1,...，表示阵列接收信号的采样快拍序号，l＝2,3,...,N。为了实现相位对齐，需要对第l个阵元接收信号进行复数加权处理，图2所示为第l个阵元加权处理示意图。如图2所示，计算复数权值采用LMS自适应滤波方法：该方法利用阵元接收信号f_l(k)和参考信号f₁(k)的多次迭代计算，得到最后收敛的复数权值为w_l。

图3所示为第l个阵元复数权值计算方法流程图，l＝2,3,...,N，具体步骤为：

(1)设置k＝0，初始权值w_l(k)＝1；定义步长常数μ_l，为确保算法收敛，要求其中P_l为阵元接收信号功率；

(2)计算当前输出信号符号“*”表示取共轭；

(3)计算输出误差e_l(k)＝y_l(k)-f₁(k)；

(4)更新权值 $w_l(k+1)=w_l\left(k\right)+{\mathrm{\μ}}_l{e}_l^{*}{f}_l\left(k\right);$

(5)判断w_l(k+1)是否已经收敛，如果没有收敛，则取k＝k+1，重新执行第(2)步；如果已经收敛，则取权值w_l＝w_l(k+1)，计算结束。

对于所有N-1个阵元，都采用上述步骤计算权值。

在获得阵元对应权值后，计算该阵元加权输出信号，即同时，对于参考阵元，即第1个阵元，取权值w₁＝1。分布式相控阵接收天线信号合成后的输出为 $y\left(k\right)=\underset{l=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\left(k\right)=\underset{l=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_l^{*}{f}_l\left(k\right).$

本发明采用LMS自适应滤波算法计算每个阵元接收通道权值，计算量小，实现简单。本发明可以应用到分布式相控阵接收天线领域。

Claims (1)

1.一种分布式相控阵接收天线的信号合成方法，具体步骤如下：

第一步：分布式相控阵接收天线由N个独立阵元构成，其中N为大于1的整数；第1个阵元接收信号经A/D转换后为f₁(k)，选择该信号为参考信号，其余N-1个阵元接收信号经过A/D转换后分别为f_l(k)，其中k＝0,1,...，表示阵列接收信号的采样快拍序号，l＝2,3,...,N；

第二步：对于第l个阵元，l＝2,3,...,N，接收信号为f_l(k)，复数权值为w_l，采用最小均方误差(LMS：Least Mean Square)自适应滤波算法来计算该权值，具体步骤为：

(1)设置k＝0，初始权值w_l(k)＝1；定义步长常数μ_l，为确保算法收敛，要求其中P_l为阵元接收信号功率；

(2)计算当前输出信号符号“*”表示取共轭；

(3)计算输出误差e_l(k)＝y_l(k)-f₁(k)；

(4)更新权值 $w_l=(k+1)=w_l\left(k\right)+{\mathrm{\μ}}_l{e}_l^{*}{f}_l\left(k\right);$

(5)判断w_l(k+1)是否已经收敛，如果没有收敛，则取k＝k+1，重新执行第(2)步；如果已经收敛，则取权值w_l＝w_l(k+1)，计算结束；

第三步：对第l个阵元接收信号f_l(k)进行加权，l＝2,3,...,N，阵元输出信号为 $y_l\left(k\right)=w_l^{*}{f}_l\left(k\right);$

第四步：分布式相控阵接收天线最后的合成信号为其中，第1个阵元权值w₁＝1。