CN105790812B - 一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统及方法 - Google Patents
一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105790812B CN105790812B CN201610280879.9A CN201610280879A CN105790812B CN 105790812 B CN105790812 B CN 105790812B CN 201610280879 A CN201610280879 A CN 201610280879A CN 105790812 B CN105790812 B CN 105790812B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antenna
- signal
- antennas
- distributed
- receiving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 title 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 45
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 10
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 2
- 238000005316 response function Methods 0.000 claims 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
- H04B7/0802—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using antenna selection
- H04B7/0825—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using antenna selection with main and with auxiliary or diversity antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B17/00—Monitoring; Testing
- H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
- H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
- H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统及方法，包括由N个分布式天线组成的分布式天线阵。各天线接收到的信号经射频前端、ADC后分成两路，一路传输到相应的数字信号处理单元，另一路传输到信号合成单元数字信号进行合成，数字信号处理单元测量出卫星来波方向、天线位置、站间钟差和通道时延信息并将该信息传输到分布式天线间相位差计算模块进行综合，进而计算出各天线之间的信号时延差，信号合成单元根据分布式天线间相位差计算模块计算的时延差调整各路信号的相位关系，进行信号的合成，合成信号被送入合成信号处理单元进行处理。一方面单天线具备独立信号处理功能，满足了多目标跟踪需求；另一方面通过信号合成实现局部信号的增强功能。
Description
技术领域
本发明涉及地面站接收链路架构设计领域，具体的说是一种地面站信号增强接收的系统及方法，其可运用在卫星导航系统及航天测控地面站中下行接收链路的设计中。
背景技术
卫星导航系统主要由卫星星座、地面控制/监测网络和用户接收设备三部分组成。其中地面控制/监测网络又称为地面运控系统，负责监测、指挥和控制卫星星座，包括监测下行导航信号，更新导航电文，解决卫星异常情况等功能。以下行导航信号处理为例，从测量域、调制域和时域分析要求的天线口径相差较大。此外，随着北斗系统迈向全球化进程，星座也在不断完善，为了兼顾平时和战时的任务，未来地面站不仅要求具备平时全视区内多目标跟踪能力，也能够在战时局部对单目标进行增强。
现有地面运控系统通常采用大口径反射面天线或数字多波束天线完成对星地信号的收发，即任意时刻卫星与地面站中的一个天线进行建链，此类信号处理架构具有诸多不足：
1、系统可靠性方面，由于信号处理链路过于集中，系统可靠性指标较低，同时导航战情况下抗干扰和打击能力也较弱；
2、系统性能方面，大口径反射面天线满足单目标增强任务，但多目标跟踪能力欠缺；数字多波束天线多目标跟踪能力较好，但在低仰角跟踪、单目标增强等方面稍显不足；
3、建设成本方面，单个天线的接收G/T受天线口径的制约，若要提高接收灵敏度，天线口径呈指数增大，而大口径天线对安装场地、结构工艺要求高，建设成本大大提高。
使用分布式天线阵能够有效弥补现有地面运控系统上述三方面的缺陷。分布式天线阵是将多个天线按照一定的规则组成的广义天线阵系统，由于其在利用空间资源上具有明显优势，一方面天线的安装比较灵活，另一方面可替代天线阵进行工作，已经成为提升无线通信频率效率的代表性关键技术，是无线通信系统架构未来发展的趋势，也是近些年来研究的热点。在移动通信中，分布式天线阵可以对抗大尺度衰落，减少发送功率，增加系统容量。分布式天线阵在天文观测领域应用也非常广泛，将小口径天线进行灵活组阵以实现超大口径阵列接收的目的。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明的目的是提供一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统及方法。一方面单天线具备独立信号处理功能，满足了多目标跟踪需求；另一方面通过信号合成实现局部信号的增强功能。已知信号来波方向的前提下，根据分布式天线阵的拓扑结构，可计算天线之间的波程差，再综合通道时延数据，可综合得到信号间的相位差，最后通过相位调整进行合成，并使用合成效率作为信号增强接收的评价指标。
本发明的技术方案特征在于：
一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统，包括信号合成单元、分布式天线间相位差计算模块和合成信号处理单元以及由N个分布式天线组成的分布式天线阵，分布式天线阵中的每个天线独立配置有一条接收链路，所述接收链路依次包括射频前端、ADC(Analog to Digital Converter，模数变换器)以及数字信号处理单元，且分布式天线阵中的每个天线均安装一个GNSS接收机。
其中所述射频前端实现对接收到的信号进行低噪声放大、滤波、增益控制以及变频功能；ADC(Analog to Digital Converter，模数变换器)是将模拟信号采样为数字信号；数字信号处理单元是对接收到的数字信号进行解调、解扩处理提取出数字信号中的信息。
所述GNSS接收机用于对天线的精密定位，标定各天线的位置，且从接收的导航卫星信号中获取导航卫星信号的来波方向。
各天线接收到的信号经射频前端、ADC(Analog to Digital Converter，模数变换器)后变成了数字信号并分成两路，其中一路传输到相应的数字信号处理单元，另一路传输到信号合成单元数字信号进行合成，数字信号处理单元测量出卫星来波方向、天线位置、站间钟差和通道时延信息并将该信息传输到分布式天线间相位差计算模块进行综合，进而计算出各天线之间的信号的时延差，在信号合成单元中，根据分布式天线间相位差计算模块计算的时延差调整各路信号的相位关系，进行信号的合成，合成信号最后被送入合成信号处理单元进行处理。
基于上述系统，本发明还提供一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收方法，包括以下步骤：
步骤一，在分布式天线阵安装时，约束分布式天线阵的口径
约束分布式天线阵的接收信号为平行波入射，根据此约束条件，分布式天线阵与其对应的导航卫星发射天线之间应满足远场条件为：
式中，R表示分布式天线阵所指向的卫星与分布式天线阵列中心之间的距离，Da是分布式天线阵的口径，λ表示接收射频信号的波长。
分布式天线阵在进行安装时，要求其口径不能超过Da。
步骤二，标定各天线间的波程差
在分布式天线阵中设置一个天线为主天线，作为相位和时间参考点，其它天线为从天线。为了便于说明，约定第一个天线为主天线。
首先，以主天线相位中心点作为坐标原点，z轴与坐标原点与地球的切面垂直，x轴指向坐标原点所在地的正南方向，而y轴与此平面垂直，建立地心地固坐标系。
其次，给定分布式天线阵所指向的卫星的轨道信息，也即分布式天线阵所指向的卫星在地心地固坐标系中的位置(R0,θ0,φ0)，其中R0表示卫星与坐标原点的距离，θ0、φ0分别表示卫星的方位角和俯仰角。
再次，使用GNSS接收机，通过精密单点定位，测量出各天线的位置；假定从天线i在地心地固坐标系的位置坐标为(Ri,θi,φi)，其中Ri表示从天线与坐标原点的距离，θi、φi分别表示从天线i方位角和俯仰角。
可计算得到各从天线相对于主天线的波程差Δdi1为：
Δdi1＝Ri·[cos(φi-φ0)cosθicosθ0+sinθisinθ0],i＝2,3,…,N
且Δd11＝0表示为主天线相对于主天线的波程差。
步骤三，标定各天线接收模拟通道的时延值
所述接收模拟通道是指从天线到射频前端，再到ADC的这段接收链路。
各天线接收模拟通道的时延标定方法是在每个接收天线后端增加一个信号发射链路，信号发射链路包括零值信号源、DAC(Digital toAnalog Converter，数模变换器)、变频器以及分路器和两个合路器。其中所述的零值信号源用于生成特定的时延标定数字信号，DAC将零值信号源生成的数字信号转换为模拟信号，变频器将DAC输出的模拟信号变频到与卫星信号相同的频率，分路器将输入信号分成两路信号输出，合路器将输入信号进行合路输出。如图4所示，其中由零值信号源、分路器、2#合路器以及数字信号处理单元依次连接构成了一个数字环路，由零值信号源、分路器、DAC、变频器、1#合路器、射频前端、ADC、2#合路器以及数字信号处理单元依次连接构成了一个模拟环路。采用一个数字环路和一个模拟环路分别测量环路的时延，再通过差分的方法得到接收模拟通道的时延。
各天线接收模拟通道时延标定主要包括四个步骤：
首先，使用网络分析仪离线标定各天线接收模拟通道的时延τi(1)。
其次，通过数字信号处理单元测量接收到的零值信号源发射信号的伪距值，得到零值信号源发射信号分别经过数字环路和模拟环路的时延值。用τia(n)、τid(n)分别表示第i个天线的模拟环路和数字环路的第n次测量时延值，其中测量频度可根据系统需求进行设置。
再次，根据测量的时延值，计算接收模拟通道的时延变化值Δτi。计算公式为：
Δτi(n)＝[τia(n)-τia(n-1)]-[τid(n)-τid(n-1)],n≥2,i＝1,2,…N
其中i＝1表示为主天线，其它为从天线。
最后，标定的接收模拟通道的时延值可表示为：
τi(n)＝τi(n-1)+Δτi(n),n≥2,i＝1,2,…N
其中i＝1表示为主天线，其它为从天线。
步骤四，计算各天线间的综合时延差
各天线间的综合时延差是指各天线与参考相位中心点的时延差，也即各天线与主天线的时延差，主要包括四个部分：
1)接收天线的时延差，可预先在微波暗室进行初始标定，用τanti表示接收天线i的时延；
2)各天线间的波程差，在步骤二中已进行了标定，用Δdi1表示；
3)各天线接收模拟通道的时延差，在步骤三中进行了标定，用τi(n)表示；
4)各天线的时间基准差，可预先通道比相仪或者时间间隔计数器等仪器进行测量，用Δti1表示。
则第n次测量的各天线间的综合时延差以相位的方式表达为：
式中，c表示光在自由空间的传播速度。
步骤五，根据步骤四中得到的天线间的综合时延差，对各天线接收信号进行调相并合成。
假定各天线的接收信号分别表示为si(t)，则合成后的信号s(t)表示为：
经过调相后的信号在信号合成单元中进行合成，并送至数字信号处理单元进行信号处理。
最后，基于上述一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统及方法，本发明还提供了分布式天线阵的合成效率的计算方法。受定位精度以及通道时延标定精度的限制，对综合时延差的标定存在误差，将各天线的这部分误差称为相位补偿后的残差，记为βi。
则分布式天线阵的合成效率η的计算方法为
其中fi(θ0,φ0)表示第i个天线在(θ0,φ0)方向上的相应函数。ΔRi表示为分布式天线阵中从天线相对主天线的距离Ri的测量误差；Δτi表示接收模拟通道时延τi的标定误差。计算合成效率，一方面可以通过相位补偿精度来计算分布式天线阵的合成效率，另一方面可以由合成效率来反向约束相位补偿精度。
附图说明
图1是本发明的系统原理图。
图2是本发明的方法流程示意图。
图3是本发明的球坐标系示意图。
图4是本发明的接收模拟通道在线时延标定原理图。
具体实施方式
分布式天线阵中的天线是指分布于一个或者多个地面站的分布式小口径天线，工作时各单天线既可以单独将各自主波束指向不同的卫星进行独立工作，实现多个独立波束；也可以将主波束指向一颗卫星进行信号增强接收，实现一个增强波束。本发明充分发挥了小口径天线的灵活性和高性价比优势，由于单个天线口径减小，有利于对单天线的小型化、机动化；同时，多个小口径天线可以根据需求进行波束和增益的灵活配置，实现多目标跟踪和单目标增强的兼容。
一种使用分布式天线阵的信号增强接收方法，图1是本发明技术方案的分布式天线阵信号增强接收方法原理图，包括由N个分布式天线组成的分布式天线阵，分布式天线阵中的每个天线独立配置有一条接收链路，接收链路包括射频前端、ADC以及数字信号处理单元，此外每个天线还安装一个GNSS接收机。其中所述射频前端实现对接收到的信号进行低噪声放大、滤波、增益控制以及变频功能；ADC(Analog to Digital Converter，模数变换器)是将模拟信号采样为数字信号；数字信号处理单元是对接收到的数字信号进行解调、解扩处理提取出数字信号中的信息。
所述GNSS接收机用于对天线的精密定位，标定各天线的位置，且从接收的导航卫星信号中获取导航卫星信号的来波方向。
各天线接收到的信号经射频前端、ADC(Analog to Digital Converter，模数变换器)后变成了数字信号并分成两路，其中一路传输到相应的数字信号处理单元，另一路传输到信号合成单元数字信号进行合成，数字信号处理单元测量出卫星来波方向、天线位置、站间钟差和通道时延信息并将该信息传输到分布式天线间相位差计算模块进行综合，进而计算出各天线之间的信号的时延差，在信号合成单元中，根据分布式天线间相位差计算模块计算的时延差调整各路信号的相位关系，进行信号的合成，合成信号最后被送入合成信号处理单元进行处理。
基于上述系统，本发明还提供一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收方法，其流程如图2所示，包括以下步骤：
步骤一，在分布式天线阵安装时，约束分布式天线阵的口径
约束分布式天线阵的接收信号为平行波入射，根据此约束条件，分布式天线阵与其对应的导航卫星发射天线之间应满足远场条件为：
式中，R表示分布式天线阵所指向的卫星与分布式天线阵列中心之间的距离，Da是分布式天线阵的口径，λ表示接收射频信号的波长。
分布式天线阵在进行安装时，要求其口径不能超过Da。
步骤二，标定各天线间的波程差
在分布式天线阵中设置一个天线为主天线，作为相位和时间参考点，其它天线为从天线。为了便于说明，约定第一个天线为主天线。
首先，以主天线相位中心点作为坐标原点，z轴与坐标原点与地球的切面垂直，x轴指向坐标原点所在地的正南方向，而y轴与此平面垂直，建立地心地固坐标系。
其次，给定分布式天线阵所指向的卫星的轨道信息，也即分布式天线阵所指向的卫星在地心地固坐标系中的位置(R0,θ0,φ0)，其中R0表示卫星与坐标原点的距离，θ0、φ0分别表示卫星的方位角和俯仰角。
再次，使用GNSS接收机，通过精密单点定位，测量出各天线的位置；假定从天线i在地心地固坐标系的位置坐标为(Ri,θi,φi)，其中Ri表示从天线与坐标原点的距离，θi、φi分别表示方位角和俯仰角。
可计算得到各从天线相对于主天线的波程差Δdi1为：
Δdi1＝Ri·[cos(φi-φ0)cosθicosθ0+sinθisinθ0],i＝2,3,…,N
且Δd11＝0表示为主天线相对于主天线的波程差。
步骤三，标定各天线接收模拟通道的时延值
所述接收模拟通道是指从天线到射频前端，再到ADC的这段接收链路。
参见图4，各天线接收模拟通道的时延标定方法是在每个接收天线后端增加一个信号发射链路，信号发射链路包括零值信号源、DAC(Digital to Analog Converter，数模变换器)、变频器以及分路器，合路器。其中所述的零值信号源用于生成特定的时延标定数字信号，DAC将零值信号源生成的数字信号转换为模拟信号，变频器将DAC输出的模拟信号变频到与卫星信号相同的频率，分路器将输入信号分成两路信号输出，合路器将输入信号进行合路输出。如图4所示，其中由零值信号源、分路器、合路器2以及数字信号处理单元构成了一个数字环路，由零值信号源、分路器、DAC、变频器、合路器1、射频前端、ADC、合路器2以及数字信号处理单元构成了一个模拟环路。采用一个数字环路和一个模拟环路分别测量环路的时延，再通过差分的方法得到接收模拟通道的时延。
各天线接收模拟通道时延标定主要包括两个步骤：
首先，使用网络分析仪等测量仪器离线标定各天线接收模拟通道的时延τi(1)；
其次，通过数字信号处理单元测量接收到的零值信号源发射信号的伪距值，得到零值信号源发射信号分别经过数字环路和模拟环路的时延值。用τia(n)、τid(n)分别表示第i个天线的模拟环路和数字环路的第n次测量时延值，其中测量频度可根据系统需求进行设置。
再次，根据测量的时延值，计算接收模拟通道的时延变化值Δτi。计算公式为：
Δτi＝[τia(n)-τia(n-1)]-[τid(n)-τid(n-1)],n≥2,i＝1,2,…N
其中i＝1表示为主天线，其它为从天线。
最后，标定的接收模拟通道的时延值可表示为：
τi(n)＝τi(n-1)+Δτi,n≥2,i＝1,2,…N
其中i＝1表示为主天线，其它为从天线。
步骤四，计算各天线间的综合时延差
各天线间的综合时延差是指各天线与参考相位中心点的时延差，也即各天线与主天线的时延差，主要包括四个部分：
1)接收天线的时延差，可预先在微波暗室进行初始标定，用τanti表示天线i的时延；
2)各天线间的波程差，在步骤二中已进行了标定，用Δdi1表示；
3)各天线接收模拟通道的时延差，在步骤三中进行了标定，用τi(n)表示；
4)各天线的时间基准差，可预先通道比相仪或者时间间隔计数器等仪器进行测量，用Δti1表示。
则第n次测量的各天线间的综合时延差以相位的方式表达为：
步骤五，根据步骤四中得到的天线间的综合时延差，对各天线接收信号进行相位补偿并合成。
假定各天线的接收信号分别表示为si(t)，则合成后的信号s(t)表示为：
经过调相后的信号在信号合成单元中进行合成，并送至数字信号处理单元进行信号处理。
基于上述系统以及方法，本发明提供了一种分布式天线阵的合成效率计算方法。
天线间的综合时延差主要包括两部分，一部分与天线的位置和来波方向相关，另一部分仅与接收链路的特性相关。理想情况下，当天线间的综合时延差进行了精确标定后，信号合成的效率为100％；然而，受定位精度以及通道时延标定精度的限制，对综合时延差的标定存在误差，将这部分误差称为相位补偿后的残差，记为βi。本发明提供的分布式天线阵的合成效率计算方法为：
其中fi(θ0,φ0)表示第i个天线在(θ0,φ0)方向上的增益，βi表示相位补偿后的残差。ΔRi表示为分布式天线阵中从天线相对主天线的距离Ri的测量误差，λ是卫星信号的波长；Δτi表示通道时延τi的标定误差。
本发明中采用相同口径天线作为例子进行分析，且由于天线采用了同一时钟基准，τanti、Δti1的影响忽略。ΔRi/λ服从N(0,σ1 2)分布，σ1表示接收天线相对于参考相位点的定位精度；fΔτi服从N(0,σ2 2)分布，σ2表示通道时延标定精度；则βi/2π服从N(0,σ2)分布，σ表示相位补偿精度。在计算得到相位补偿精度情况下，通过下式再合理分配定位精度和通道时延标定精度的指标。
cos2θ0·σ1 2+σ2 2≤σ2
根据上式，一方面可以通过相位补偿的精度来计算分布式天线阵的合成效率，另一方面可以由合成效率来反向约束相位补偿的精度。在上述条件下，以四个分布式天线阵为例计算的相位补偿精度如下表所示：
以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。
Claims (8)
1.一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统，其特征在于：包括信号合成单元、分布式天线间相位差计算模块和合成信号处理单元以及由N个分布式天线组成的分布式天线阵，分布式天线阵中的每个天线独立配置有一条接收链路，所述接收链路依次包括射频前端、ADC以及数字信号处理单元，且分布式天线阵中的每个天线均安装一个GNSS接收机；
各天线接收到的信号经射频前端、ADC后变成了数字信号并分成两路，其中一路传输到相应的数字信号处理单元，另一路传输到信号合成单元数字信号进行合成，数字信号处理单元测量出卫星来波方向、天线位置、站间钟差和天线接收模拟通道时延信息并将该信息传输到分布式天线间相位差计算模块，分布式天线间相位差计算模块计算出各天线之间的信号的综合时延差，在信号合成单元中，根据分布式天线间相位差计算模块计算的综合时延差调整各路信号的相位关系，进行信号的合成，合成信号最后被送入合成信号处理单元进行处理。
2.根据权利要求1所述的使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统，其特征在于：所述射频前端实现对接收到的信号进行低噪声放大、滤波、增益控制以及变频功能。
3.根据权利要求1所述的使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统，其特征在于：ADC是将模拟信号采样为数字信号；数字信号处理单元是对接收到的数字信号进行解调、解扩处理提取出数字信号中的信息。
4.根据权利要求1所述的使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统，其特征在于：所述GNSS接收机用于对天线的精密定位，标定各天线的位置，且从接收的导航卫星信号中获取导航卫星信号的来波方向。
5.一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在分布式天线阵安装时，约束分布式天线阵的口径；
约束分布式天线阵的接收信号为平行波入射，根据此约束条件，分布式天线阵与其对应的导航卫星发射天线之间应满足远场条件为：
式中，R表示分布式天线阵所指向的卫星与分布式天线阵列中心之间的距离，Da是分布式天线阵的口径，λ表示接收射频信号的波长；
分布式天线阵在进行安装时，要求其口径不能超过Da；
步骤二，标定各天线间的波程差
步骤三，标定各天线接收模拟通道的时延值
所述接收模拟通道是指从天线到射频前端，再到ADC的这段接收链路；
各天线接收模拟通道的时延标定方法是在每个接收天线后端增加一个信号发射链路，信号发射链路包括零值信号源、DAC、变频器以及分路器和两个合路器；由零值信号源、分路器、2#合路器以及数字信号处理单元依次连接构成了一个数字环路，由零值信号源、分路器、DAC、变频器、1#合路器、射频前端、ADC、2#合路器以及数字信号处理单元依次连接构成了一个模拟环路；采用一个数字环路和一个模拟环路分别测量各环路的时延，再通过差分的方法得到接收模拟通道的时延；
步骤四，计算各天线间的综合时延差
各天线间的综合时延差包括接收天线的时延差、各天线间的波程差、各天线接收模拟通道的时延值以及各天线的时间基准差四部分；
则第n次测量的各天线间的综合时延差以相位的方式表达为：
式中，c表示光在自由空间的传播速度；τanti表示接收天线i的时延；Δdi1表示步骤二标定的各天线间的波程差；τi(n)表示步骤三中标定的各天线接收模拟通道的时延差；Δti1表示各天线的时间基准差；
步骤五，根据步骤四中得到的天线间的综合时延差，对各天线接收信号进行调相并合成
假定各天线的接收信号分别表示为si(t)，则合成后的信号s(t)表示为：
经过调相后的信号在信号合成单元中进行合成，并送至数字信号处理单元进行信号处理。
6.根据权利要求5所述的一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收方法，其特征在于，在步骤二中，在分布式天线阵中设置一个天线为主天线，作为相位和时间参考点，其它天线为从天线；
首先，以主天线相位中心点作为坐标原点，z轴与坐标原点与地球的切面垂直，x轴指向坐标原点所在地的正南方向，而y轴与此平面垂直，建立地心地固坐标系；
其次，给定分布式天线阵所指向的卫星的轨道信息，也即分布式天线阵所指向的卫星在地心地固坐标系中的位置(R0,θ0,φ0)，其中R0表示卫星与坐标原点的距离，θ0、φ0分别表示卫星的方位角和俯仰角；
再次，使用GNSS接收机，通过精密单点定位，测量出各天线的位置；假定从天线i在地心地固坐标系的位置坐标为(Ri,θi,φi)，其中Ri表示从天线与坐标原点的距离，θi、φi分别表示方位角和俯仰角；
可计算得到各从天线相对于主天线的波程差Δdi1为：
Δdi1＝Ri·[cos(φi-φ0)cosθicosθ0+sinθisinθ0],i＝2,3,…,N
且Δd11＝0表示为主天线相对于主天线的波程差。
7.根据权利要求5所述的一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收方法，其特征在于，在步骤三中，各天线接收模拟通道时延标定包括以下步骤：
首先，使用网络分析仪离线标定各天线接收模拟通道的时延τi(1)；
其次，通过数字信号处理单元测量接收到的零值信号源发射信号的伪距值，得到零值信号源发射信号分别经过数字环路和模拟环路的时延值，用τia(n)、τid(n)分别表示第i个天线的模拟环路和数字环路的第n次测量时延值；
再次，根据测量的时延值，计算接收模拟通道的时延变化值Δτi，计算公式为：
Δτi(n)＝[τia(n)-τia(n-1)]-[τid(n)-τid(n-1)],n≥2,i＝1,2,…N
其中i＝1表示为主天线，其它为从天线；
最后，标定的接收模拟通道的时延值可表示为：
τi(n)＝τi(n-1)+Δτi(n),n≥2,i＝1,2,…N
其中i＝1表示为主天线，其它为从天线。
8.一种使用分布式天线阵的合成效率计算方法，其特征在于：
分布式天线阵的合成效率η的计算方法为
其中fi(θ0,φ0)表示第i个接收天线在(θ0,φ0)方向上的响应函数；ΔRi表示为分布式天线阵中从天线相对主天线的距离Ri的测量误差；Δτi表示接收模拟通道时延τi的标定误差；受定位精度以及通道时延标定精度的限制，对天线间综合时延差的标定存在误差，将各天线的这部分误差称为相位补偿后的残差，记为βi。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610280879.9A CN105790812B (zh) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | 一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610280879.9A CN105790812B (zh) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | 一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105790812A CN105790812A (zh) | 2016-07-20 |
| CN105790812B true CN105790812B (zh) | 2018-08-31 |
Family
ID=56400047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610280879.9A Active CN105790812B (zh) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | 一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105790812B (zh) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106455037B (zh) * | 2016-09-30 | 2020-12-01 | Tcl科技集团股份有限公司 | 增强网络信号的方法、主机设备及路由器 |
| CN107124194B (zh) * | 2017-06-01 | 2019-04-12 | 上海埃威航空电子有限公司 | 海上数字中频发射设备 |
| CN110459877B (zh) * | 2018-05-08 | 2021-11-19 | 西安光启尖端技术研究院 | 一种用于测量阵列天线的相位补偿方法和装置 |
| CN111077499B (zh) * | 2019-12-20 | 2023-06-20 | 中国船舶重工集团公司七五0试验场 | 一种应答式水下多目标定位跟踪方法 |
| CN112068222B (zh) * | 2020-08-24 | 2022-06-28 | 国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) | 标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法 |
| KR102785388B1 (ko) * | 2020-10-16 | 2025-03-25 | 비아셋, 인크 | 지상국들을 캘리브레이션하기 위한 시스템들 및 방법들 |
| JP2024503614A (ja) | 2021-01-06 | 2024-01-26 | ヴィアサット，インコーポレイテッド | スパースアンテナアレイ較正 |
| CN116633423B (zh) * | 2023-07-24 | 2023-10-13 | 成都本原星通科技有限公司 | 一种基于可重构智能表面的低轨卫星辅助通信方法 |
| CN117834045B (zh) * | 2024-03-05 | 2024-05-14 | 杰创智能科技股份有限公司 | 接收信号的来波方向测量方法、装置、设备及介质 |
| CN118367977B (zh) * | 2024-04-01 | 2025-05-23 | 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 | 一种空间超稀疏阵列三维栅格信号增强方法 |
| CN118900150B (zh) * | 2024-10-09 | 2025-02-28 | 北京国电高科科技有限公司 | 卫星信号增强装置、方法及电子设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1548957A1 (en) * | 2002-09-13 | 2005-06-29 | Da Tang Mobile Communications Equipment Co., Ltd. | Method for calibrating smart antenna array in real time |
| CN1210893C (zh) * | 2000-07-26 | 2005-07-13 | 艾利森公司 | 利用多个地面站的卫星通信系统 |
| KR20100121073A (ko) * | 2009-05-08 | 2010-11-17 | 국방과학연구소 | 방위각 정보를 이용한 주파수 도약 신호 수집 장치 및 방법 |
| CN102520419A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-06-27 | 航天恒星科技有限公司 | 一种gnss海洋反射信号接收系统及接收方法 |
-
2016
- 2016-04-29 CN CN201610280879.9A patent/CN105790812B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1210893C (zh) * | 2000-07-26 | 2005-07-13 | 艾利森公司 | 利用多个地面站的卫星通信系统 |
| EP1548957A1 (en) * | 2002-09-13 | 2005-06-29 | Da Tang Mobile Communications Equipment Co., Ltd. | Method for calibrating smart antenna array in real time |
| KR20100121073A (ko) * | 2009-05-08 | 2010-11-17 | 국방과학연구소 | 방위각 정보를 이용한 주파수 도약 신호 수집 장치 및 방법 |
| CN102520419A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-06-27 | 航天恒星科技有限公司 | 一种gnss海洋反射信号接收系统及接收方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 《基于星间链路的导航卫星轨道确定及时间同步方法研究》;朱俊;《CNKI博士论文》;20110401;全文 * |
| Phase Response Calibration of a Distributed Antenna Array for Satellite Acquisition;Alberto Antón等;《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》;20160216;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105790812A (zh) | 2016-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105790812B (zh) | 一种使用分布式天线阵的地面站信号增强接收系统及方法 | |
| CN108107276B (zh) | 球面阵天线通道相对幅相特性的近场标校方法 | |
| CN103439695B (zh) | 角跟踪系统相位增量校相方法 | |
| CN102647223B (zh) | 一种导航卫星星间链路天线绝对时延标定方法 | |
| CN103064089B (zh) | 卫星导航数字多波束发射阵列天线相位中心的标定方法 | |
| CN102890271B (zh) | 一种外辐射源雷达阵列天线幅相一致性校正方法 | |
| CN103558594A (zh) | 基于机载设备的相控阵波束合成方法 | |
| CN109239741A (zh) | 导航卫星多阵元天线自动校准测试系统 | |
| CN113078939B (zh) | 一种通信卫星多波束指向标校测量误差估计方法 | |
| CN111638502B (zh) | 测控通信地面站基于时基的发射单向零值测距系统 | |
| CN113960620B (zh) | 高精度波束跟踪系统 | |
| CN108155957B (zh) | 数字多波束系统发射零值在线监测方法 | |
| CN104267408A (zh) | 一种用于导航星座星间链路收发信机设备时延标定方法 | |
| CN110018505A (zh) | 一种利用通信卫星干涉测量实现舰船定位的方法 | |
| CN105223545A (zh) | 一种位移监测系统及方法 | |
| CN104459744A (zh) | 一种虚拟稳定基线卫星定向方法及装置 | |
| CN104267420B (zh) | 一种星载对运动目标的三维定位方法、装置和系统 | |
| CN109683146A (zh) | 一种基于正交编码波形的相控阵发射校准方法 | |
| CN109765546B (zh) | 一种双频段高精度测距航天地面系统 | |
| WO2019071917A1 (zh) | 卫星跟踪方法 | |
| CN113092880B (zh) | 一种基于相位旋转的多通道阵列接收机幅相不一致性检测方法 | |
| CN103675774A (zh) | 一种星载微波散射计外定标方法 | |
| CN102004241A (zh) | 测量地面波束波导接收系统的自跟踪相位零值标校装置 | |
| RU95139U1 (ru) | Мобильная трехкоординатная радиолокационная станция | |
| Trinkle et al. | Interference localisation trials using adaptive antenna arrays |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 410073 Hunan province Changsha Kaifu District, Deya Road No. 109 Patentee after: National University of Defense Technology Address before: 410073 Hunan province Changsha Kaifu District, Deya Road No. 109 Patentee before: NATIONAL University OF DEFENSE TECHNOLOGY |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220629 Address after: 410000 block a, building 1, Changsha National Security Industrial Park, No. 699 Qingshan Road, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province Patentee after: Hunan Institute of advanced technology Address before: 410073 Hunan province Changsha Kaifu District, Deya Road No. 109 Patentee before: National University of Defense Technology |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221201 Address after: Building 4, Hunan Military civilian Integration Science and Technology Innovation Industrial Park, No. 699, Qingshan Road, Changsha Hi tech Development Zone, 410000, Hunan Patentee after: Hunan Zhongdian Xinghe Electronics Co.,Ltd. Address before: 410000 block a, building 1, Changsha National Security Industrial Park, No. 699 Qingshan Road, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province Patentee before: Hunan Institute of advanced technology |