CN107247274A - 一种四阵元抗干扰天线通道快速自适应方法 - Google Patents

一种四阵元抗干扰天线通道快速自适应方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种四阵元抗干扰天线通道快速自适应方法，包含以下步骤：a、在抗干扰天线上电后进行初始化，并在四元方阵中选取参考阵元；b、将接收到的信号以参考阵元为基准进行运算处理；c、计算处理后的信号功率，设置门限值；d、对比所述步骤b中得到的信号功率与所述步骤c中的门限值，并在信号功率大于门限值时，将参考阵元变换到逆时针方向上临近的阵元，而后重复所述步骤b，并将计算得到的信号功率与步骤c中的门限值进行对比，直至信号功率值大于所述步骤c中的门限值。本发明能够有效解决传统固定参考阵元的抗干扰算法在某些干扰来向上抗干扰性能下降的问题，提升产品的可靠性，为后端卫星导航接收机正常工作提供有力保障。

Description

一种四阵元抗干扰天线通道快速自适应方法
技术领域
本发明涉及机械传动连接件设计领域，具体为一种四阵元抗干扰天线通道快速自适应方法。
背景技术
随着卫星导航应用的普及和发展，卫星导航定位系统已经应用到各种军事作战领域，成为现代军事武器的重要组成部分，对于国防实力的提升，具有不可替代的作用。由于卫星信号到达地面功率很低，极其容易受到干扰信号的影响，从而导致后端卫星导航接收机性能下降，甚至无法正常工作，因此需要在接收机前端增加抗干扰天线来抑制干扰信号。
随着作战环境的日益恶化，抗干扰天线已成为电子对抗作战的必备装备，尤其是已得到广泛应用的四阵元抗干扰天线。由于固定参考阵元抗干扰算法理论存在缺陷，导致某些方向上的抗干扰性能很弱。
通过对抗干扰算法的参考通道自适应，可有效解决固定参考阵元某些方向不能抑制干扰的问题。但由于目前参考阵元自适应的方法计算量很大，会占用FPGA大量资源，增加设计难度，不利于工程实现,并且提高了抗干扰天线的功耗，背离了低功耗天线的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四阵元抗干扰天线通道快速自适应方法，该方法基于四阵元抗干扰天线，提出了一种快速自适应参考阵元的方法，避免了多次自相关、互相关以及除法运算带来的计算量过大的问题，提高了抗干扰天线的抗干扰能力，同时降低了抗干扰天线的功耗。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种四阵元抗干扰天线通道快速自适应方法，包含以下步骤：a、在抗干扰天线上电后进行初始化，并在四元方阵中选取参考阵元；
b、将接收到的信号以参考阵元为基准进行运算处理；
c、计算处理后的信号功率，设置门限值；
d、对比所述步骤b中得到的信号功率与所述步骤c中的门限值，并在信号功率大于门限值时，将参考阵元变换到逆时针方向上临近的阵元，而后重复所述步骤b，并将计算得到的信号功率与步骤c中的门限值进行对比，直至信号功率值大于所述步骤c中的门限值。
优选的，
所述步骤a中，所述四元方阵的各阵元连线组成一正方形，且相邻两所述阵元间隔为入射信号波长的一半。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、能够有效解决传统固定参考阵元的抗干扰算法在某些干扰来向上抗干扰性能下降的问题，提升产品的可靠性，为后端卫星导航接收机正常工作提供有力保障；
2、通过当出现干扰信号来向分布和抗干扰天线阵元分布具有很强相关性时，抗干扰性能下降会，造成最终输出信号功率增大的特点，通过设置合理的门限值，对输出信号功率和门限值进行比较，可快速的判定当前参考阵元是否合适，需不需要进行变换；
3、本发明只需计算最终输出信号功率，无需进行互相关等其它运算，降低了计算量，能够快速的自适应参考阵元；
4、本发明只需在原有抗干扰算法前端增加判断模块以及后端增加计算输出信号功率模块，便于兼容原有抗干扰算法；
5、本发明在工程应用中设计难度低、功耗小，满足当前低功耗的发展趋势。
附图说明
图1为阵元分布图；
图2为阵元快速自适应处理流程图；
图3为四元方阵抗干扰天线信号入射图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种四阵元抗干扰天线通道快速自适应方法，包含以下步骤：a、在抗干扰天线上电后进行初始化，并在四元方阵中选取参考阵元；
b、将接收到的信号以参考阵元为基准进行运算处理；
c、计算处理后的信号功率，设置门限值；
d、对比所述步骤b中得到的信号功率与所述步骤c中的门限值，并在信号功率大于门限值时，将参考阵元变换到逆时针方向上临近的阵元，而后重复所述步骤b，并将计算得到的信号功率与步骤c中的门限值进行对比，直至信号功率值大于所述步骤c中的门限值。
所述步骤a中，所述四元方阵的各阵元连线组成一正方形，且相邻两所述阵元间隔为入射信号波长的一半。
如图3所示，四元方阵位于同一个平面内，编号1～4的阵元间隔d(d为入射信号波长的一半)分布在以阵元1(参考阵元)为坐标原点的坐标系内，阵元1和阵元2的连线为X轴，阵元1和阵元4的连线为Y轴，阵元平面法相为Z轴，采用右手坐标系。俯仰角θ为入射信号方向与法线的夹角，方位角为入射信号与原点的连线在X-Y平面的投影与X轴的夹角；
真实的使用环境中，入射信号为远场窄带信号，即信号发射源距离抗干扰天线足够远，到达天线端口的信号可近似等效为平面波，表示为：
其中，w0为的载波角频率，s(t)＝u(t)ejψ(t)为的复包络，而u(t)和ψ(t)则分别为的幅度和初始相位。
参考阵元，即阵元1接收到的信号可表示为：
由于阵元之间存在波程上的差异，第m个(m≤4)阵元相对于第一个参考阵元的时间延迟表示为τm，第m个阵元的接收信号可表示为：
由于为远场窄带信号，因此s(t)在时域上可以认为是缓慢变化的，则
s(t)≈s(t-τm) (4)
第m个阵元的接收信号可表示为：
阵列天线接收信号以矩阵形式可表示为：
四阵元方阵导向矢量可以表示为：
则，接收信号可表示为：
由于干扰信号功率较大，抗干扰算法通过对接收信号进行功率倒置等运算，在干扰信号来向上形成很深的零陷，来抑制干扰信号。当干扰信号来向分布和抗干扰天线阵元分布没有空间相关性时，即各个阵元的时间延迟各不相同，四阵元抗干扰天线可抑制三个不同方向上的干扰信号。当干扰信号来向分布和抗干扰天线阵元分布有空间相关性时，会使抗干扰天线的自由度降低，不能抑制三个的干扰信号，抗干扰性能下降。
当使用固定参考阵元时，即使干扰来向不发生变化，随着载有抗干扰天线的物体运动，也会出现干扰信号来向分布和抗干扰天线阵元分布具有很强相关性的情况，使得其抗干扰性能急剧下降，不能抑制干扰，造成后端卫星导航接收机不能正常工作。
现有技术中，利用每个阵元接收到一定长度的数字复信号数据，分别计算每个通道数据与其它任一通道数据的互相关系数，然后选取通道互相关系数模值最大的两个通道作为备选通道，然后再从备选通道的取模的互相关系数中选出次大值，将次大值和最大值均包含的通道选为参考通道。
阵元m接收到的信号功率表示为：
其中，xm表示第m个阵元的接收信号一定长度的数字复信号数据。
通道m和通道n的相关系数表示为：
该方法中需进行4次自相关运算、6次互相关运算以及6次除法，在工程应用中会占用大量资源，增加设计难度和功耗，不利于低功耗的实际需求。
针对参考阵元选取不合适时，会出现抗干扰性能下降，最终输出信号功率会迅速增大的特点，通过对输出信号功率大小判断来自适应的改变抗干扰天线的参考阵元。
抗干扰算法最终输出信号功率表示为：
其中，y表示一定长度的输出信号数据。
通过设置合理的输出信号功率门限值，对Py和门限值进行对比。当Py小于门限值时，参考阵元不变；当Py大于门限值时，参考阵元编号进行加1模4变换，变换之后再重新计算Py，直到Py小于门限值为止。
本方法只需计算输出信号功率，计算量得到了很大程度上的降低，能够快度的进行参考阵元自适应。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种四阵元抗干扰天线通道快速自适应方法，其特征在于：本方法包含以下步骤：a、在抗干扰天线上电后进行初始化，并在四元方阵中选取参考阵元；
b、将接收到的信号以参考阵元为基准进行运算处理；
c、计算处理后的信号功率，设置门限值；
d、对比所述步骤b中得到的信号功率与所述步骤c中的门限值，并在信号功率大于门限值时，将参考阵元变换到逆时针方向上临近的阵元，而后重复所述步骤b，并将计算得到的信号功率与步骤c中的门限值进行对比，直至信号功率值大于所述步骤c中的门限值。
2.根据权利要求1所述的一种四阵元抗干扰天线通道快速自适应方法，其特征在于：所述步骤a中，所述四元方阵的各阵元连线组成一正方形，且相邻两所述阵元间隔为入射信号波长的一半。
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