CN106443725A - 一种天线信号的获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种天线信号的获取方法及装置。一方面，本发明实施例应用于包括M个阵元的天线，M为大于1的整数；之后，根据所述天线接收的I个卫星信号，获得所述天线接收信号的协方差矩阵，然后，根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量，从而，根据每个卫星信号的权矢量，得到该天线输出的各卫星的输出信号。因此，本发明实施例提供的技术方案能够解决现有技术中调零天线的输出信号信噪比较低的问题。

Description

一种天线信号的获取方法及装置

【技术领域】

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线信号的获取方法及装置。

【背景技术】

目前，由于卫星导航接收机所接收到的卫星信号非常微弱，信号强度通常比噪声还小，极易被干扰。为了克服干扰，卫星导航接收机采用阵列天线，并通过自适应算法调整每个阵元接收信号权值，使得阵列天线方向图在干扰信号方向形成零陷，这种抗干扰天线称为调零天线。

请参考图1，其为传统调零天线的总体结构图。请参考图2，其为卫导接收机调零天线的阵元位置示意图。如图2所示，阵列由M个均匀直线排列的阵元构成，阵元间距为载波波长的一半。如图1所示，第0个阵元接收信号是参考信号d(t)＝x₀(t)，而其他阵元接收信号作为阵列输入信号x(t)＝[x₁(t)...x_M-1(t)]，符号[]^T表示取转置。然后，将阵列输入信号x(t)与权矢量w做乘法以进行复数加权，得到调零天线唯一的输出信号为w(t)＝w^Hx(t)，其中，式中的权矢量w＝[w₁ .... w_M-1]^T，符号[]^H表示取共轭转置。其中，图1中的表示做减法，图1中的表示做乘法，图1中的表示做加法。因此，传统调零天线利用参考信号d(t)和阵列输入信号x(t)，通过基于功率倒置准则的自适应滤波算法进行权矢量w计算。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

传统调零天线通过基于功率倒置准则的自适应滤波算法计算权矢量w，虽然能够在干扰信号方向形成零陷，但是无法在有用信号方向形成主瓣，导致调零天线的输出信号信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)较低；同时，由于阵列输出信号e(t)同时包含了多个卫星信号，所以，不同卫星信号之间也存在相互干扰，调零天线的输出信号信噪比下降。

【发明内容】

有鉴于此，本发明实施例提供了一种天线信号的获取方法及装置，用以解决现有技术中调零天线的输出信号信噪比较低的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种天线信号的获取方法，应用于包括M个阵元的天线，M为大于1的整数；

所述方法包括：

根据所述天线接收的I个卫星信号，获得所述天线接收信号的协方差矩阵；

根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量；

根据每个卫星信号的权矢量，得到所述天线输出的各卫星的输出信号。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据所述天线接收的I个卫星信号，获得所述天线接收信号的协方差矩阵，包括：

根据所述天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵，i的取值范围为1至I，N为大于0的整数；

根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量，包括：

根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量；

根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，利用如下公式，根据所述天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵：

x(t)＝[x₁(t) x₂(t) … x_M(t)]^T

X＝[x(T) x(2T) … x(NT)]

其中，x(t)为接收信号列矢量，x_m(t)为第m个阵元接收到的第i个卫星信号，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置，x(NT)为第N个采样周期的接收信号列矢量，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，T为采样周期。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，利用如下公式，根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵：

其中，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，N表示N个采样周期，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，H表示共轭转置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，利用如下公式，根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量：

其中，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，j为虚数单位，θ_i为第i个卫星信号的入射角度，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，利用如下公式，根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量：

其中，w_i为第i个卫星信号的权矢量，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，H表示共轭转置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，利用如下公式，根据每个卫星信号的权矢量，得到各卫星信号的输出信号：

其中，y_i(t)为第i个卫星信号的输出信号，w_i为第i个卫星信号的权矢量，x(t)为接收信号列矢量，H表示共轭转置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述方法还包括：

基于获得的所述天线输出的各卫星信号的输出信号，向用户设备提供信号。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的天线信号的获取方法，应用于包括M个阵元的天线，M为大于0的整数；本发明实施例中，根据所述天线接收的I个卫星信号，获得所述天线接收信号的协方差矩阵，然后，根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量，从而，根据每个卫星信号的权矢量，得到所述天线输出的各卫星的输出信号。本发明实施例提供的天线信号的获取方法，可以针对空间内的I个卫星输出I个输出信号，以使得每个卫星分别对应于1个输出信号，卫星可以在该卫星对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比；并且，本发明实施例通过对接收到的所有卫星信号进行协方差矩阵的计算，使得卫星之间的输出信号去相关，避免了不同卫星的输出信号之间的相互干扰。如此，本发明实施例提供的天线信号的获取装置，不仅抑制了天线的外部干扰，而且也克服了各卫星的输出信号之间的相互干扰，每个卫星都可以在各自对应的输出信号上形成主瓣指向，解决了现有技术中调零天线的输出信号信噪比较低的问题。

另一方面，本发明实施例提供了一种天线信号的获取装置，应用于包括M个阵元的天线，M为大于1的整数；

所述装置包括：

矩阵获取单元，用于根据所述天线接收的I个卫星信号，获得所述天线接收信号的协方差矩阵；

权矢量获取单元，用于根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量；

输出信号获取单元，用于根据每个卫星信号的权矢量，得到所述天线输出的各卫星的输出信号。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述矩阵获取单元，具体用于：

根据所述天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵，i的取值范围为1至I，N为大于0的整数；

根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述权矢量获取单元，具体用于：

根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量；

根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述矩阵获取单元，具体用于：

利用如下公式，根据所述天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵：

x(t)＝[x₁(t) x₂(t) … x_M(t)]^T

X＝[x(T) x(2T) … x(NT)]

其中，x(t)为接收信号列矢量，x_m(t)为第m个阵元接收到的第i个卫星信号，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置，x(NT)为第N个采样周期的接收信号列矢量，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，T为采样周期。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述矩阵获取单元，具体用于：

利用如下公式，根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵：

其中，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，N表示N个采样周期，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，H表示共轭转置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述权矢量获取单元，具体用于：

利用如下公式，根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量：

其中，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，j为虚数单位，θ_i为第i个卫星信号的入射角度，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述权矢量获取单元，具体用于：

利用如下公式，根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量：

其中，w_i为第i个卫星信号的权矢量，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，H表示共轭转置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述输出信号获取单元，具体用于：

利用如下公式，根据每个卫星信号的权矢量，得到各卫星信号的输出信号：

其中，y_i(t)为第i个卫星信号的输出信号，w_i为第i个卫星信号的权矢量，x(t)为接收信号列矢量，H表示共轭转置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述装置还包括：

控制单元，用于基于获得的所述天线输出的各卫星信号的输出信号，控制各阵元向用户设备提供信号。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的天线信号的获取装置，应用于包括M个阵元的天线，M为大于0的整数；本发明实施例中，根据所述天线接收的I个卫星信号，获得所述天线接收信号的协方差矩阵，然后，根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量，从而，根据每个卫星信号的权矢量，得到所述天线输出的各卫星的输出信号。本发明实施例提供的天线信号的获取方法，可以针对空间内的I个卫星输出I个输出信号，以使得每个卫星分别对应于1个输出信号，卫星可以在该卫星对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比；并且，本发明实施例通过对接收到的所有卫星信号进行协方差矩阵的计算，使得卫星之间的输出信号去相关，避免了不同卫星的输出信号之间的相互干扰。如此，本发明实施例提供的天线信号的获取装置，不仅抑制了天线的外部干扰，而且也克服了各卫星的输出信号之间的相互干扰，每个卫星都可以在各自对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比，解决了现有技术中调零天线的输出信号信噪比较低的问题。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是传统调零天线的总体结构图；

图2是卫导接收机调零天线的阵元位置示意图；

图3是本发明实施例所提供的天线信号的获取方法的流程示意图；

图4是本发明实施例中波束合成结构框图；

图5是本发明实施例中第i个卫星信号的加权结构框图；

图6是利用本发明实施例提供的卫星信号的获取方法得到的一个入射角度为60°的卫星信号对应的阵列方向图；

图7是本发明实施例中获得天线接收信号的协方差矩阵的流程示意图；

图8是本发明实施例中获得各卫星信号的权矢量的流程示意图；

图9是本发明实施例提供的天线信号的获取装置的功能方块图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

实施例一

本发明实施例给出一种天线信号的获取方法，应用于包括M个阵元的天线，M为大于1的整数。

在一个具体的实现过程中，天线中每个阵元之间的间距为载波的波长的一半。

请参考图3，其为本发明实施例所提供的天线信号的获取方法的流程示意图。如图3所示，该方法包括：

S301，根据天线接收的I个卫星信号，获得天线接收信号的协方差矩阵。

S302，根据协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量。

S303，根据每个卫星信号的权矢量，得到该天线输出的各卫星的输出信号。

本发明实施例中，还可以基于获得的该天线输出的各卫星的输出信号，向用户设备提供信号。

具体的，请参考图4，其为本发明实施例中波束合成结构框图。

需要说明的是，卫星导航中，必须同时接收至少4颗卫星的卫星信号才能正常工作，所以这是一个多目标系统，即天线由I个并行的波束合成单元构成，每个波束合成单元输出信号y_i(t)对应一个卫星信号。

如图4所示，x₁(t)为第1个阵元接收到的第i个卫星信号，x_M(t)为第M个阵元接收到的第i个卫星信号，针对第1个卫星信号的输出信号进行波束合成时，第1个卫星信号的输出信号y₁(t)是根据M个阵元接收到的第1个卫星信号[x₁(t) x₂(t) … x_M(t)]^T与第1个卫星信号的加权值w₁进行波束合成得到的。类似的，针对第I个卫星信号的输出信号进行波束合成时，第I个卫星信号的输出信号y_I(t)是根据M个阵元接收到的第I个卫星信号[x₁(t) x₂(t)… x_M(t)]^T与第I个卫星信号的加权值w₁进行波束合成得到的。

具体的，请参考图5，其为本发明实施例中第i个卫星信号的加权结构框图。

如图5所示，本发明实施例采用直接矩阵求逆(Direct Matrix Inversion，DMI)的自适应滤波算法。

如图5所示，针对第i个卫星信号的输出信号y_i(t)，x₁(t)为第1个阵元接收到的第i个卫星信号，x_M(t)为第M个阵元接收到的第i个卫星信号，w_i1为第i个卫星信号的第1个阵元对应的加权值，w_iM为第i个卫星信号的第M个阵元对应的加权值。其中，图5中的表示做乘法，图5中的表示做加法。

请参考图6，其为利用本发明实施例提供的卫星信号的获取方法得到的一个入射角度为60°的卫星信号对应的阵列方向图。

如图6所示，在该阵列方向图中，在同一空间内，除入射角度为60°的卫星信号外，还存在其他三个卫星信号，这三个卫星信号的入射角度分别为10°、30°和45.2°；此外，该空间内还存在一个干扰信号，该干扰信号的入射角度为3°。

如图6所示，按照本发明实施例提供的卫星信号的获取方法，入射角度为10°、30°和45.2°的卫星信号以及干扰信号都形成了一定的深度零陷，同时，在入射角度为60°的卫星信号处形成主瓣，不仅抑制了天线的外部干扰信号的干扰，也克服了其他卫星信号对该卫星信号的干扰，提高了该卫星信号的输出信噪比。

本发明实施例中的一个技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的天线信号的获取方法，应用于包括M个阵元的天线，M为大于0的整数；本发明实施例中，根据所述天线接收的I个卫星信号，获得所述天线接收信号的协方差矩阵，然后，根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量，从而，根据每个卫星信号的权矢量，得到各卫星信号的输出信号。本发明实施例提供的天线信号的获取方法，可以针对空间内的I个卫星输出I个输出信号，以使得每个卫星分别对应于1个输出信号，卫星可以在该卫星对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比；并且，本发明实施例通过对接收到的所有卫星信号进行协方差矩阵的计算，使得卫星之间的输出信号去相关，避免了不同卫星的输出信号之间的相互干扰。如此，本发明实施例提供的天线信号的获取装置，不仅抑制了天线的外部干扰，而且也克服了各卫星的输出信号之间的相互干扰，每个卫星都可以在各自对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比，解决了现有技术中调零天线的输出信号信噪比较低的问题。

实施例二

针对实施例一提供的天线信号的获取方法，本发明实施例对实施例一种S301中“根据天线接收的I个卫星信号，获得天线接收信号的协方差矩阵”的具体实现方式进行具体阐述。

请参考图7，其为本发明实施例中获得天线接收信号的协方差矩阵的流程示意图，如图7所示，该方法可以包括但不限于以下方式：

S701，根据天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵。

具体的，本发明实施例中，i的取值范围为1至I，N为大于0的整数。

具体的，本发明实施例中，利用如下公式组，根据天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵：

x(t)＝[x₁(t) x₂(t) … x_M(t)]^T

X＝[x(T) x(2T) … x(NT)]

其中，x(t)为接收信号列矢量，x_m(t)为第m个阵元接收到的第i个卫星信号，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置，x(NT)为第N个采样周期的接收信号列矢量，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，T为采样周期。

S702，根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵。

具体的，本发明实施例中，可以利用如下公式，根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵：

其中，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，N表示N个采样周期，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，H表示共轭转置。

具体的，本发明实施例中，可以根据上述的公式得到每个卫星信号的协方差矩阵，本发明实施例对此不再进行赘述。

本发明实施例中的一个技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的天线信号的获取方法，可以针对空间内的I个卫星输出I个输出信号，以使得每个卫星分别对应于1个输出信号，卫星可以在该卫星对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比；并且，本发明实施例通过对接收到的所有卫星信号进行协方差矩阵的计算，使得卫星之间的输出信号去相关，避免了不同卫星的输出信号之间的相互干扰。如此，本发明实施例提供的天线信号的获取装置，不仅抑制了天线的外部干扰，而且也克服了各卫星的输出信号之间的相互干扰，每个卫星都可以在各自对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比，解决了现有技术中调零天线的输出信号信噪比较低的问题。

实施例三

针对实施例一提供的天线信号的获取方法，本发明实施例对实施例一种S302中“根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量”的具体实现方式进行具体阐述。

请参考图8，其为本发明实施例中获得各卫星信号的权矢量的流程示意图，如图8所示，该方法可以包括但不限于以下方式：

S801，根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量。

具体的，本发明实施例中，利用如下公式，根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量：

其中，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，j为虚数单位，θ_i为第i个卫星信号的入射角度，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置。

S802，根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量。

具体的，本发明实施例中，利用如下公式，根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量：

其中，w_i为第i个卫星信号的权矢量，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，H表示共轭转置。

具体的，本发明实施例中，可以根据上述的公式得到每个卫星信号的权矢量，本发明实施例对此不再进行赘述。

具体的，本发明实施例中得到的第i个卫星信号的权矢量可以表示为以下的公式：

w_i＝[w_i1 w_i2 … w_iM]^T

其中，w_i为第i个卫星信号的权矢量，w_i1为第i个卫星信号的第1个阵元对应的加权值，w_i2为第i个卫星信号的第2个阵元对应的加权值，w_iM为第i个卫星信号的第M个阵元对应的加权值。

本发明实施例中的一个技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的天线信号的获取方法，可以针对空间内的I个卫星输出I个输出信号，以使得每个卫星分别对应于1个输出信号，卫星可以在该卫星对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比；并且，本发明实施例通过对接收到的所有卫星信号进行协方差矩阵的计算，使得卫星之间的输出信号去相关，避免了不同卫星的输出信号之间的相互干扰。如此，本发明实施例提供的天线信号的获取装置，不仅抑制了天线的外部干扰，而且也克服了各卫星的输出信号之间的相互干扰，每个卫星都可以在各自对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比，解决了现有技术中调零天线的输出信号信噪比较低的问题。

实施例四

针对实施例一提供的天线信号的获取方法，本发明实施例对实施例一种S303中“根据每个卫星信号的权矢量，得到该天线输出的各卫星的输出信号”的具体实现方式进行具体阐述。

具体的，本发明实施例中，利用如下公式，根据每个卫星信号的权矢量，得到各卫星信号的输出信号：

其中，y_i(t)为第i个卫星信号的输出信号，w_i为第i个卫星信号的权矢量，x(t)为接收信号列矢量，H表示共轭转置。

本发明实施例中的一个技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的天线信号的获取方法，可以针对空间内的I个卫星输出I个输出信号，以使得每个卫星分别对应于1个输出信号，卫星可以在该卫星对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比；并且，本发明实施例通过对接收到的所有卫星信号进行协方差矩阵的计算，使得卫星之间的输出信号去相关，避免了不同卫星的输出信号之间的相互干扰。如此，本发明实施例提供的天线信号的获取装置，不仅抑制了天线的外部干扰，而且也克服了各卫星的输出信号之间的相互干扰，每个卫星都可以在各自对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比，解决了现有技术中调零天线的输出信号信噪比较低的问题。

实施例五

基于上述实施例一所提供的天线信号的获取方法，本发明实施例进一步给出实现上述方法实施例中各步骤及方法的装置实施例。

本发明实施例提供了一种天线信号的获取装置，应用于包括M个阵元的天线，M为大于1的整数；

请参考图9，其为本发明实施例提供的天线信号的获取装置的功能方块图。如图9所示，该装置包括：

矩阵获取单元91，用于根据天线接收的I个卫星信号，获得天线接收信号的协方差矩阵；

权矢量获取单元92，用于根据协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量；

输出信号获取单元93，用于根据每个卫星信号的权矢量，得到该天线输出给各卫星的输出信号。

具体的，本发明实施例中，矩阵获取单元91，具体用于：

根据天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵，i的取值范围为1至I，N为大于0的整数；

根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵。

具体的，本发明实施例中，权矢量获取单元92，具体用于：

根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量；

根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量。

具体的，本发明实施例中，矩阵获取单元91，具体用于：

利用如下公式，根据天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵：

x(t)＝[x₁(t) x₂(t) … x_M(t)]^T

X＝[x(T) x(2T) … x(NT)]

其中，x(t)为接收信号列矢量，x_m(t)为第m个阵元接收到的第i个卫星信号，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置，x(NT)为第N个采样周期的接收信号列矢量，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，T为采样周期。

具体的，本发明实施例中，矩阵获取单元91，具体用于：

利用如下公式，根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵：

其中，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，N表示N个采样周期，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，H表示共轭转置。

具体的，本发明实施例中，权矢量获取单元92，具体用于：

利用如下公式，根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量：

其中，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，j为虚数单位，θ_i为第i个卫星信号的入射角度，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置。

具体的，本发明实施例中，权矢量获取单元92，具体用于：

利用如下公式，根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量：

其中，w_i为第i个卫星信号的权矢量，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，H表示共轭转置。

具体的，本发明实施例中，输出信号获取单元93，具体用于：

利用如下公式，根据每个卫星信号的权矢量，得到各卫星信号的输出信号：

其中，y_i(t)为第i个卫星信号的输出信号，w_i为第i个卫星信号的权矢量，x(t)为接收信号列矢量，H表示共轭转置。

具体的，本发明实施例中，该装置还包括：

控制单元94，用于基于获得的该天线输出的各卫星的输出信号，控制各阵元向用户设备提供信号。

由于本实施例中的各单元能够执行实施例1所示的方法，本实施例未详细描述的部分，可参考对实施例1的相关说明。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的天线信号的获取装置，应用于包括M个阵元的天线，M为大于0的整数；本发明实施例中，根据所述天线接收的I个卫星信号，获得所述天线接收信号的协方差矩阵，然后，根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量，从而，根据每个卫星信号的权矢量，得到各卫星信号的输出信号。本发明实施例提供的天线信号的获取方法，可以针对空间内的I个卫星输出I个输出信号，以使得每个卫星分别对应于1个输出信号，卫星可以在该卫星对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比；并且，本发明实施例通过对接收到的所有卫星信号进行协方差矩阵的计算，使得卫星之间的输出信号去相关，避免了不同卫星的输出信号之间的相互干扰。如此，本发明实施例提供的天线信号的获取装置，不仅抑制了天线的外部干扰，而且也克服了各卫星的输出信号之间的相互干扰，每个卫星都可以在各自对应的输出信号上形成主瓣指向，提高了输出信噪比，解决了现有技术中调零天线的输出信号信噪比较低的问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (18)

1.一种天线信号的获取方法，其特征在于，应用于包括M个阵元的天线，M为大于1的整数；

所述方法包括：

根据所述天线接收的I个卫星信号，获得所述天线接收信号的协方差矩阵；

根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量；

根据每个卫星信号的权矢量，得到所述天线输出的各卫星的输出信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述天线接收的I个卫星信号，获得所述天线接收信号的协方差矩阵，包括：

根据所述天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵，i的取值范围为1至I，N为大于0的整数；

根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量，包括：

根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量；

根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用如下公式，根据所述天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵：

x(t)＝[x₁(t) x₂(t) … x_M(t)]^T

X＝[x(T) x(2T) … x(NT)]

其中，x(t)为接收信号列矢量，x_m(t)为第m个阵元接收到的第i个卫星信号，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置，x(NT)为第N个采样周期的接收信号列矢量，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，T为采样周期。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用如下公式，根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵：

$R_x=\frac{1}{N}{X}^{H}X$

其中，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，N表示N个采样周期，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，H表示共轭转置。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用如下公式，根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量：

$v\left({\mathrm{\θ}}_i\right)={\left[\begin{array}{cccc}1& e^{{\mathrm{j\πsin\θ}}_i}& \mathrm{...}& e^{j\mathrm{\π}(M-1){\mathrm{sin\θ}}_i}\end{array}\right]}^T$

其中，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，j为虚数单位，θ_i为第i个卫星信号的入射角度，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用如下公式，根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量：

$w_i=\frac{R_x^{-1}v\left({\mathrm{\θ}}_i\right)}{v^H\left({\mathrm{\θ}}_i\right)R_x^{-1}v\left({\mathrm{\θ}}_i\right)}$

其中，w_i为第i个卫星信号的权矢量，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，H表示共轭转置。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用如下公式，根据每个卫星信号的权矢量，得到各卫星信号的输出信号：

$y_i\left(t\right)=w_i^{H}x\left(t\right)$

其中，y_i(t)为第i个卫星信号的输出信号，w_i为第i个卫星信号的权矢量，x(t)为接收信号列矢量，H表示共轭转置。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于获得的所述天线输出的各卫星信号的输出信号，向用户设备提供信号。

10.一种天线信号的获取装置，其特征在于，应用于包括M个阵元的天线，M为大于1的整数；

所述装置包括：

矩阵获取单元，用于根据所述天线接收的I个卫星信号，获得所述天线接收信号的协方差矩阵；

权矢量获取单元，用于根据所述协方差矩阵和每个卫星信号的入射角度，获得各卫星信号的权矢量；

输出信号获取单元，用于根据每个卫星信号的权矢量，得到所述天线输出的各卫星的输出信号。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述矩阵获取单元，具体用于：

根据所述天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵，i的取值范围为1至I，N为大于0的整数；

根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述权矢量获取单元，具体用于：

根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量；

根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述矩阵获取单元，具体用于：

利用如下公式，根据所述天线中各阵元在连续N个采样周期内接收到的第i个卫星信号，得到第i个卫星信号的接收信号矩阵：

x(t)＝[x₁(t) x₂(t) … x_M(t)]^T

X＝[x(T) x(2T) … x(NT)

其中，x(t)为接收信号列矢量，x_m(t)为第m个阵元接收到的第i个卫星信号，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置，x(NT)为第N个采样周期的接收信号列矢量，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，T为采样周期。

14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述矩阵获取单元，具体用于：

利用如下公式，根据第i个卫星信号的接收信号矩阵，获得第i个卫星信号的协方差矩阵：

$R_x=\frac{1}{N}{X}^{H}X$

其中，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，N表示N个采样周期，X为第i个卫星信号的接收信号矩阵，H表示共轭转置。

15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述权矢量获取单元，具体用于：

利用如下公式，根据第i个卫星信号的入射角度，获得第i个卫星信号的方向矢量：

$v\left({\mathrm{\θ}}_i\right)={\left[\begin{array}{cccc}1& e^{{\mathrm{j\πsin\θ}}_i}& \mathrm{...}& e^{j\mathrm{\π}(M-1){\mathrm{sin\θ}}_i}\end{array}\right]}^T$

其中，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，j为虚数单位，θ_i为第i个卫星信号的入射角度，m的取值范围为1至M，[]^T表示取转置。

16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述权矢量获取单元，具体用于：

利用如下公式，根据第i个卫星信号的方向矢量和第i个卫星信号的协方差矩阵，获得第i个卫星信号的权矢量：

$w_i=\frac{R_x^{-1}v\left({\mathrm{\θ}}_i\right)}{v^H\left({\mathrm{\θ}}_i\right)R_x^{-1}v\left({\mathrm{\θ}}_i\right)}$

其中，w_i为第i个卫星信号的权矢量，R_x为第i个卫星信号的协方差矩阵，v(θ_i)为第i个卫星信号的方向矢量，H表示共轭转置。

17.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述输出信号获取单元，具体用于：

利用如下公式，根据每个卫星信号的权矢量，得到各卫星信号的输出信号：

$y_i\left(t\right)=w_i^{H}x\left(t\right)$

其中，y_i(t)为第i个卫星信号的输出信号，w_i为第i个卫星信号的权矢量，x(t)为接收信号列矢量，H表示共轭转置。

18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

控制单元，用于基于获得的所述天线输出的各卫星信号的输出信号，控制各阵元向用户设备提供信号。