CN107465447A - 正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收方法，其用于实时消除经两个正交极化接收通道接收的一对正交线极化信号的交叉极化干扰。本发明包括步骤：通道失配校准，消除这对正交线极化信号因两个正交极化接收通道的参数差异而引入的幅相畸变，还原为表征初始接收信号极化干扰参量的正交线极化信号ZV和ZH；快速极化校准，通过估算收发天线之间的极化角，快速消除ZV和ZH中的交叉极化干扰，获得粗校准的正交线极化信号SV和SH；残余极化干扰自适应消除，基于一对正交线极化信号的相干特性，自适应消除SV和SH中的残余交叉极化干扰，得到两个极化分离的矢量信号。

Description

正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收方法
技术领域
本发明涉及正交线极化信号的信号处理方法，尤其涉及一种正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置及其接收方法、采用所述接收装置的卫星天线极化自适应跟踪电路、应用所述接收方法的存储介质。
背景技术
卫星通讯技术经过几十年来的发展，已广泛应用于各种民用设备中。在卫星系统的地星链路匹配问题中，天线的极化匹配非常关键。我国主要使用的移动卫星通信系统工作在Ku波段，这个波段的卫星信号的极化方式多为线极化。当载体移动时产生的极化失配现象会增加数据传输的误码率动并影响通信的质量。
为了解决移动载体平台对卫星通信的需求，动中通天线技术得到了普遍的应用。动中通系统中除了传统的通信模块外还包括极化跟踪模块。极化跟踪模块解决了天线的极化匹配问题，使高速移动的天线能够对卫星进行高精度的极化跟踪，与卫星信号极化匹配。
已有的计划匹配跟踪主要有两种实现方式：一是通过天线基座和和机械伺服系统，机械地将天线对准卫星，并通过跟踪算法进行跟踪；另一种方式基于馈电网络，通过控制多个线极化信号的幅度来调节合成线极化波的方向。具体实现则通过两个电桥和1-2个可变移相器实现对收发信号的极化调整。
对于机械伺服的跟踪方式，主要问题在于精度有限。一般机械旋转伺服可达到的最高精度约为0.01°，而且达到这种精度的伺服系统造价不菲，维护成本也较高。同时，机械伺服系统的跟踪速度也限制着极化匹配的性能，高精度的伺服系统一般尺寸较大，机械扫描的跟踪速度难以满足高速移动的动中通天线的需求。
馈电网络的跟踪方式主要缺点在于馈电网络的功耗较大，移相器的精度不高，需要校准。在微波频段做分路，移相，衰减等功能，设计难度较高，而且难以集成。特别是移相器，处理不同频率的信号需要校准，器件的寄生参数会极大地影响移相的精度。另外衰减器的线性度也会影响合成的极化波的精度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置及其接收方法、采用所述接收装置的卫星天线极化自适应跟踪电路、应用所述接收方法的存储介质。本发明的目的是在基带上通过信号处理的方式，实现对极化信号的跟踪、匹配，对于相控阵天线所接收到的多个线极化信号，通过实时处理极化重构算法，将水平极化正交基带信号和垂直极化正交基带信号分离出来，与接收系统匹配。本发明需要解决的是整个接受系统的架构，实时极化重构算法及其物理实现。
本发明的解决方案是：一种正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置，其用于实时消除经一对正交极化接收通道接收的一对正交线极化信号的交叉极化干扰；
所述接收装置包括：
通道失配校准模块，其用于消除这对正交线极化信号因这对正交极化接收通道而带来的幅相畸变，得到带交叉极化干扰的正交线极化信号；
快速极化校准模块，其用于通过估算收发天线之间的极化角，快速校准带交叉极化干扰的正交线极化信号，获得粗校准的正交线极化信号；
残余极化干扰自适应模块，其用于基于正交线极化信号的相干特性，自适应消除粗校准的正交线极化信号中的残余极化交叉干扰，得到两个极化分离的矢量信号：垂直极化接收数字基带信号EV和水平极化接收数字基带信号EH。
作为上述方案的进一步改进，这对正交极化接收通道接收的一对正交线极化信号为：垂直极化通道接收的混合极化数字基带信号RV和水平极化通道接收的混合极化数字基带信号RH；所述通道失配校准模块的通道失配校准方式为：
RV和RH分别通过均以一个通道失配幅相校准矢量系数为乘法系数的两个基带矢量乘法器，获得带交叉极化干扰的正交线极化信号：带交叉极化干扰的垂直极化信号ZV和带交叉极化干扰的水平极化信号ZH。
进一步地，所述快速极化校准模块的快速极化校准方式为：
ZV先通过分别以两个极化校准系数CVV、CVH为乘法系数的两个基带矢量乘法器，再分别传入两个加法器一中；
ZH先通过分别以两个极化校准系数CHV、CHH为乘法系数的两个基带矢量乘法器，再分别传入所述两个加法器一中；
所述两个加法器一分别输出SV和SH。
再进一步地，四个极化校准系数CVV、CVH、CHV、CHH根据一个极化误差角的估值θ的极化校准系数计算得到。
优选地，估值θ基于接收的卫星坐标、以及所述接收装置的载体的地理坐标信和姿态数据获得。
作为上述方案的进一步改进，所述残余极化干扰自适应模块的残余极化干扰自适应方式为：
SV先通过分别以两个极化校准系数QVV，QVH为乘法系数的两个基带矢量乘法器，再分别传入两个加法器二中；
SH先通过分别以两个极化校准系数QHV，QHH为乘法系数的两个基带矢量乘法器，再分别传入两个加法器二中；
所述两个加法器二分别输出EV和EH；
其中，四个极化校准系数QVV，QVH，QHV，QHH是针对EV和EH基于SV和SH的相干特性通过残余极化误差校准系数计算得到。
进一步地，所述残余极化干扰自适应模块的残余极化误差消除的判据为：
(1)完全残余极化误差消除后的这对正交极化接收通道接收的这对正交极化信号是不相干的，因此这对正交极化信号的互相关函数的累计积分值趋于零；
(2)(EV-SV)/EH趋于常量；
(3)(EH-SH)/EV趋于常量。
本发明还提供一种正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收方法，其应用于上述任意正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置中，用于实时消除经一对正交极化接收通道接收的一对正交线极化信号的交叉极化干扰；所述接收方法包括以下步骤：
消除这对正交线极化信号因这对正交极化接收通道而带来的幅相畸变，得到带交叉极化干扰的正交线极化信号；
通过估算收发天线之间的极化角，快速极化带交叉极化干扰的正交线极化信号，获得粗校准的正交线极化信号；
基于正交线极化信号的相干特性，自适应消除粗校准的正交线极化信号中的残余极化交叉干扰，得到两个极化分离的矢量信号：垂直极化接收数字基带信号EV和水平极化接收数字基带信号EH。
本发明还提供一种卫星天线极化自适应跟踪电路，其包括相互正交的水平极化天线和垂直极化天线，与水平极化天线和垂直极化天线分别相对应的两个低噪声放大器、两个混频器、两个低通滤波器、两个模拟正交基带模块、上述任意正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置；其中，相互正交的水平极化天线和垂直极化天线接收到的卫星信号后，各自经过低噪声放大器，再在相应的混频器中与一个本振信号混频后，经过相应的低通滤波器从下变频转变到中频，再经过相应的模拟正交基带模块处理转变为两个相互正交的RV和RH；所述接收装置用于消除RV和RH的交叉极化干扰。
本发明还提供一种存储介质，其中存储多条指令，所述指令适于处理器加载并执行，其特征在于：所述多条指令为：
一、通道失配校准
消除这对正交线极化信号因这对正交极化接收通道而带来的幅相畸变，得到带交叉极化干扰的正交线极化信号；
其中，RV和RH分别通过均以一个通道失配幅相校准矢量系数为乘法系数的两个基带矢量乘法器，获得带交叉极化干扰的正交线极化信号：带交叉极化干扰的垂直极化信号ZV和带交叉极化干扰的水平极化信号ZH；
二、快速极化校准
通过估算收发天线之间的极化角，快速校准带交叉极化干扰的正交线极化信号，获得粗校准的正交线极化信号；
其中，ZV先通过分别以两个极化校准系数CVV、CVH为乘法系数的两个基带矢量乘法器，再分别传入两个加法器一中；ZH先通过分别以两个极化校准系数CHV、CHH为乘法系数的两个基带矢量乘法器，再分别传入所述两个加法器一中；所述两个加法器一分别输出SV和SH；
三、残余极化干扰自适应消除
基于正交线极化信号的相干特性，自适应消除粗校准的正交线极化信号中的残余极化交叉干扰，得到两个极化分离的矢量信号：垂直极化接收数字基带信号EV和水平极化接收数字基带信号EH；
其中，SV先通过分别以两个极化校准系数QVV，QVH为乘法系数的两个基带矢量乘法器，再分别传入两个加法器二中；
SH先通过分别以两个极化校准系数QHV，QHH为乘法系数的两个基带矢量乘法器，再分别传入两个加法器二中；
所述两个加法器二分别输出EV和EH；
四个极化校准系数QVV，QVH，QHV，QHH是针对EV和EH基于SV和SH的相干特性通过残余极化误差校准系数计算得到。
本发明的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置及其方法，通过软件的方式，提高了极化跟踪实现的灵活性，避免了机械伺服系统，馈电网络系统的使用，降低了动中通天线系统的成本和功耗，而且易于集成。使用本发明构造的正交极化自适应匹配接收机不需要使用复杂的可调射频移相器和可调射频衰减器网络来实现极化分离和匹配，极化交叉干扰的消除过程全部在数字域实时完成，可以满足极化角高动态变化场景下极化匹配接收的要求，其射频通道部分和信号处理部分可以全部集成化，其体积、功耗和成本都可大大降低，从而提高了其适用范围。
附图说明
图1是本发明实施例1的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置的结构示意图。
图2是图1中接收装置详细展开后的结构示意图。
图3是本发明实施例2的卫星天线极化自适应跟踪电路的结构示意图。
图4是本发明实施例4的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置用于实时消除经一对正交极化接收通道接收的一对正交线极化信号的交叉极化干扰。请参阅图1，这对正交极化接收通道接收的一对正交线极化信号为：垂直极化通道接收的混合极化数字基带信号RV和水平极化通道接收的混合极化数字基带信号RH。RV和RH的信号构成为I+Q的IQ基带信号。I：in-phase，表示同相；Q：quadrature，表示正交，与I相位差90度。RV和RH通过本发明的接收装置信号处理消除因正交极化接收通道带来的交叉极化干扰，最终输出两个极化分离的矢量信号：垂直极化接收数字基带信号EV和水平极化接收数字基带信号EH。当然，EV和EH的信号构成为I+Q的IQ基带信号。
请参阅图2，本发明的接收装置主要包括三个部分：通道失配校准模块12、快速极化校准模块13、残余极化干扰自适应模块14。
通道失配校准模块12用于消除这对正交线极化信号因这对正交极化接收通道而带来的幅相畸变，得到带交叉极化干扰的正交线极化信号。快速极化校准模块13用于通过估算收发天线之间的极化角，快速极化带交叉极化干扰的正交线极化信号，获得粗校准的正交线极化信号。残余极化干扰自适应模块14用于基于正交线极化信号的相干特性，自适应消除粗校准的正交线极化信号中的残余极化交叉干扰，得到两个极化分离的矢量信号。
因此，接收装置包括三大主要功能，本发明就是采用这三大主要功能完成正交线极化信号的交叉极化干扰的消除，采用本发明提高了极化跟踪实现的灵活性，避免了机械伺服系统，馈电网络系统的使用，降低了动中通天线系统的成本和功耗，而且易于集成。使用本发明构造的正交极化自适应匹配接收机不需要使用复杂的可调射频移相器和可调射频衰减器网络来实现极化分离和匹配，极化交叉干扰的消除过程全部在数字域实时完成，可以满足极化角高动态变化场景下极化匹配接收的要求，其射频通道部分和信号处理部分可以全部集成化，其体积、功耗和成本都可大大降低，从而提高了其适用范围。
一、通道失配校准
通道失配校准模块12的通道失配校准方式为：
RV和RH分别通过一个以表征本接收通道参数差异特性的一个通道失配幅相校准矢量系数为乘法系数的基带矢量乘法器一21，获得带交叉极化干扰的正交线极化信号：带交叉极化干扰的垂直极化信号ZV和带交叉极化干扰的水平极化信号ZH。
由于正交极化的两个接收通道的电路特性不可能完全一致，即使馈送的两个正交线极化信号除极化特性外完全相同，所得到的两个通道的RV和RH的幅度和相位也会存在差别，因此在本发明中RV和RH首先设计要经过通道失配校准模块1来消除两个接收通道的畸变。通道失配幅相校准模块1主要由两个基带矢量乘法器一21来实现，基带矢量乘法器一21的矢量系数可通过在静态校准流程获得。
二、快速极化校准
快速极化校准模块13的快速极化校准方式为：通过估算收发天线之间的极化角，ZV传入以极化校准系数CVV为乘法系数的基带矢量乘法器二22和以极化校准系数CVH为乘法系数的基带矢量乘法器三23；ZH传入以极化校准系数CHV为乘法系数的基带矢量乘法器四24和以极化校准系数CHH为乘法系数的基带矢量乘法器五25；通过加法器一31将基带矢量乘法器二22和基带矢量乘法器四24的输出叠加并由此输出SV；通过加法器二32将基带矢量乘法器三23和基带矢量乘法器五25的输出叠加并由此输出SH。
四个极化校准系数CVV、CVH、CHV、CHH根据一个极化误差角的估值θ的极化校准系数计算得到。估值θ基于接收的卫星坐标、以及所述接收装置的载体的地理坐标信和姿态数据获得。
根据极化误差角θ，可以根据特定的算法得到4个极化校准系数CVV，CVH，CHV，CHH；可以利用这4个极化校准系数对混合极化信号进行粗极化校准：
SV＝RV*CVV+RH*CHV
SH＝RV*CVH+RH*CHH
为增加本发明的适用范围，允许载体的姿态数据有一定的测量误差(±1°)，这样得到的极化误差角的估值就有一定的估值误差，因而经过粗校准的SV和水SH就带有一定的残余极化误差。
由于极化角θ的估算是先验的，具有很好的实时性，因此快速极化校准模块2可以实时将极化误差校准的比较小的范围。根据所需要接收的卫星坐标，载体的地理坐标信和载体的姿态数据，可以快速获得极化误差角的估值θ。如在静止轨道卫星通信中，估值θ的计算是引用《低轮廓动中通极化稳定控制系统分析_伍宗伟，电子技术应用，2009年第五期》的公式。
三、残余极化干扰自适应
残余极化干扰自适应模块14的残余极化干扰自适应方式为：SV传入以极化校准系数QVV为乘法系数的基带矢量乘法器六26和以极化校准系数QVH为乘法系数的基带矢量乘法器七27；SH传入以极化校准系数QHV为乘法系数的基带矢量乘法器八28和以极化校准系数QHH为乘法系数的基带矢量乘法器九29；通过加法器三33将基带矢量乘法器六26和基带矢量乘法器八28的输出叠加并由此输出EV；通过加法器四34将基带矢量乘法器七27和基带矢量乘法器九29的输出叠加并由此输出EH。其中，四个极化校准系数QVV，QVH，QHV，QHH是针对EV和EH基于SV和SH的相干特性通过残余极化误差校准系数计算得到。
可以根据一定的判据，采用自适应滤波算法，得到4个极化校准系数QVV，QVH，QHV，QHH，然后利用4个极化校准系数对SV和SH进行残余极化误差校准：
EV＝SV*QVV+SH*QHV
EH＝SV*QVH+SH*QHH
所述残余极化干扰自适应模块的残余极化误差消除的判据为：
(a)完全残余极化误差消除后的这对正交极化接收通道接收的这对正交极化信号是不相干的，因此这对正交极化信号的互相关函数的累计积分值趋于零；
(2)(EV-SV)/EH趋于常量；
(3)(EH-SH)/EV趋于常量。
基于上述三个判据，采用变步长LMS自适应递推估值算法，迭代更新残余极化校准系数QVV，QVH，QHV，QHH，从而实现残余极化误差消除。
实施例2
请参阅图3，本发明的卫星天线极化自适应跟踪电路包括垂直极化天线1、水平极化天线2、低噪声放大器一3、低噪声放大器二4、混频器一5、混频器二6、低通滤波器一7、低通滤波器8、模拟正交基带模块一9、模拟正交基带模块二10、接收装置11。接收装置11与实施例1的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置相同，也即实施例1在实施例2中的应用。
垂直极化天线1和水平极化天线2相互正交的，两个低噪声放大器、两个混频器、两个低通滤波器、两个模拟正交基带模块分别与水平极化天线1和垂直极化天线2相对应：低噪声放大器一3、混频器一5、低通滤波器一7、模拟正交基带模块一9为垂直极化天线1服务，低噪声放大器二4、混频器二6、低通滤波器8、模拟正交基带模块二10为水平极化天线2服务。
相互正交的水平极化天线2和垂直极化天线1接收到的卫星信号后，各自经过低噪声放大器，再在相应的混频器中与一个本振信号混频后，经过相应的低通滤波器从下变频转变到中频，再经过相应的模拟正交基带模块处理转变为两个相互正交的RV和RH。因此，可以通过相互正交的水平极化天线2和垂直极化天线1接收到的卫星信号经转换后得到RV和RH。接收装置11用于实时消除RV和RH的交叉极化干扰，得到EV和EH。每个模拟正交基带模块包括基于可变中频本振信号的可变本振正交下变频，以及分别对信号的I、Q两部分模数转换的两个模数转换器。
请结合图2，接收装置11包括通道失配校准模块12、快速极化校准模块13、残余极化干扰自适应模块14。
一、通道失配校准模块12
通道失配校准模块12包括两个基带矢量乘法器一21。通道失配校准模块12用于对RV和RH分别通过两个基带矢量乘法器一21实现通道失配幅相校准。
在图2中，节点①为垂直极化天线1所接收到的混合信号经过放大、变频和模拟数字转换后得到RV，节点②为水平极化天线1所接收到的混合信号经过放大、变频和模拟数字转换后得到的RH。
由于两个接收通道的电路特性不可能完全一致，即使馈送给垂直极化天线1和水平极化天线2的信号除极化特性外完全相同，所得到的两个通道的数字信号基带矢量RV和RH的幅度和相位也会存在差别，因此RV和RH首先要经过一个通道失配幅相校准模块来消除两个接收通道的畸变如不一致性。通道失配校准模块12主要由两个基带矢量乘法器一21来实现，基带矢量乘法器一21的矢量系数可通过在静态校准流程获得。
二、快速极化校准模块13
快速极化校准模块13包括基带矢量乘法器二22、基带矢量乘法器三23、基带矢量乘法器四24、基带矢量乘法器五25、加法器一31、加法器二32。快速极化校准模块13用于通过估算收发天线之间的极化角，快速极化校准通道失配校准后的RV和RH，获得粗校准的SV和SH。
所述快速极化校准模块13的快速极化校准的方法是：根据极化误差角θ，可以根据特定的算法得到4个极化校准系数CVV，CVH，CHV，CHH；可以利用这4个极化校准系数对混合极化信号进行粗极化校准：
SV＝RV*CVV+RH*CHV
SH＝RV*CVH+RH*CHH
具体为，利用极化校准系数CVV，CVH对通道失配幅相校准后的RV分别进行粗极化校准相应得到粗极化校准一和粗极化校准二，且利用极化校准系数CHV，CHH对通道失配幅相校准后的RH分别进行粗极化校准相应得到粗极化校准三和粗极化校准四；叠加粗极化校准一和粗极化校准三得到SV，叠加粗极化校准二和粗极化校准四得到SH。
为增加本发明的适用范围，允许载体的姿态数据有一定的测量误差(±1°)，这样得到的极化误差角的估值就有一定的估值误差，因而经过粗校准的垂直极化信号SV和水平极化信号SH就带有一定的残余极化误差。
由于极化角θ的估算是先验的，具有很好的实时性，因此快速极化校准模块13可以实时将极化误差校准的比较小的范围。根据所需要接收的卫星坐标，载体的地理坐标信和载体的姿态数据，可以快速获得极化误差角的估值θ。
在本实施例中，ZV传入以极化校准系数CVV为乘法系数的基带矢量乘法器二22和以极化校准系数CVH为乘法系数的基带矢量乘法器三23；ZH传入以极化校准系数CHV为乘法系数的基带矢量乘法器四24和以极化校准系数CHH为乘法系数的基带矢量乘法器五25；通过加法器一31将基带矢量乘法器二22和基带矢量乘法器四24的输出叠加并由此输出SV；通过加法器二32将基带矢量乘法器三23和基带矢量乘法器五25的输出叠加并由此输出SH。
三、残余极化干扰自适应模块14
残余极化干扰自适应模块14包括基带矢量乘法器六26、基带矢量乘法器七27、基带矢量乘法器八28、基带矢量乘法器九29、加法器三33、加法器四34。残余极化干扰自适应模块14用于对SV和SH经过自适应残余极化误差消除，消除因为极化角估算误差而带来的残余极化误差而分别形成EV和EH。
图2中的节点⑤得到粗校准的SV和节点⑥得到粗校准的SH通过残余极化干扰自适应模块14，可以进一步消除因为极化角估算误差而带来的残余极化误差。
可以根据一定的判据，采用自适应滤波算法，得到4个极化校准系数QVV，QVH，QHV，QHH，然后利用4个极化校准系数对SV和SH进行残余极化误差校准：
EV＝SV*QVV+SH*QHV
EH＝SV*QVH+SH*QHH
具体为，利用极化校准系数QVV，QVH对SV分别进行残余极化误差校准相应得到残余极化误差校准一和残余极化误差校准二，且利用极化校准系数QHV，QHH对SH分别进行残余极化误差校准相应得到残余极化误差校准三和残余极化误差校准四；残余极化误差校准一和残余极化误差校准三得到EV，叠加残余极化误差校准二和残余极化误差校准四得到EH。
残余极化干扰自适应模块14在自适应残余极化误差消除时，先制定残余极化误差消除的判据：
(a)完全极化误差消除后的两个极化通道的信号是不相干的，因此他们的互相关函数的累计积分值趋于零；
(b)(EV-SV)/EH趋于常量；
(c)(EH-SH)/EV趋于常量。
基于上述三个判据，采用变步长LMS自适应递推估值算法，迭代更新残余极化校准系数QVV，QVH，QHV，QHH，从而实现残余极化误差消除。
在本实施例中，SV传入以极化校准系数QVV为乘法系数的基带矢量乘法器六26和以极化校准系数QVH为乘法系数的基带矢量乘法器七27；SH传入以极化校准系数QHV为乘法系数的基带矢量乘法器八28和以极化校准系数QHH为乘法系数的基带矢量乘法器九29；通过加法器三33将基带矢量乘法器六26和基带矢量乘法器八28的输出叠加并由此输出EV；通过加法器四34将基带矢量乘法器七27和基带矢量乘法器九29的输出叠加并由此输出EH。
本发明避免了机械伺服系统的使用，通过数字基带处理实现对极化信号的跟踪，降低了动中通天线的实现成本。本发明还避免了衰减器，移相器等高功耗低精度模块的使用，无需校准，通过实时处理极化重构算法可实现对极化信号的自动匹配。本发明通过电路实现基带算法，可集成，降低应用本发明的整个动中通天线系统的功耗和成本。
实施例3
结合正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置，其相应的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收方法也是分三步骤，在实时信号处理之前，相互正交的水平极化天线2和垂直极化天线1接收到的卫星信号后，各自经过低噪声放大器，再在相应的混频器中与一个本振信号混频后，经过相应的低通滤波器从下变频转变到中频，再经过相应的模拟正交基带模块处理转变为两个相互正交的RV和RH。
所述接收方法也对应包括以下三大步骤。
一、通道失配校准
消除这对正交线极化信号因这对正交极化接收通道而带来的幅相畸变，得到带交叉极化干扰的正交线极化信号；
其中，RV和RH分别通过一个以表征本接收通道参数差异特性的一个通道失配幅相校准矢量系数为乘法系数的基带矢量乘法器一21，获得带交叉极化干扰的正交线极化信号：带交叉极化干扰的垂直极化信号ZV和带交叉极化干扰的水平极化信号ZH；
二、快速极化校准
快速校准带交叉极化干扰的正交线极化信号，获得粗校准的正交线极化信号；
其中，ZV传入以极化校准系数CVV为乘法系数的基带矢量乘法器二22和以极化校准系数CVH为乘法系数的基带矢量乘法器三23；ZH传入以极化校准系数CHV为乘法系数的基带矢量乘法器四24和以极化校准系数CHH为乘法系数的基带矢量乘法器五25；通过加法器一31将基带矢量乘法器二22和基带矢量乘法器四24的输出叠加并由此输出SV；通过加法器二32将基带矢量乘法器三23和基带矢量乘法器五25的输出叠加并由此输出SH；
三、残余极化干扰自适应消除
基于这对正交线极化信号的相干特性，自适应消除粗校准的正交线极化信号中的残余极化交叉干扰，得到两个极化分离的矢量信号：垂直极化接收数字基带信号EV和水平极化接收数字基带信号EH；
其中，SV传入以极化校准系数QVV为乘法系数的基带矢量乘法器六26和以极化校准系数QVH为乘法系数的基带矢量乘法器七27；SH传入以极化校准系数QHV为乘法系数的基带矢量乘法器八28和以极化校准系数QHH为乘法系数的基带矢量乘法器九29；通过加法器三33将基带矢量乘法器六26和基带矢量乘法器八28的输出叠加并由此输出EV；通过加法器四34将基带矢量乘法器七27和基带矢量乘法器九29的输出叠加并由此输出EH；四个极化校准系数QVV，QVH，QHV，QHH是针对EV和EH基于SV和SH的相干特性通过残余极化误差校准系数计算得到。
由于本发明的接收方法和接收装置一一对应，再此就不对接收方法进行重复论述。
本发明的基于数字基带的实时处理极化重构方法，适于在计算机设备中执行或处理器中执行，在实际应用中可以做成软件安装包的形式，也可以做成APP的形式，如手机APP等，也可以通过存储多条指令的形式存储在一个存储介质中，只要这些指令适于处理器加载并执行。存储介质中存储的多条指令与基于数字基带的实时处理极化重构方法一一对应。
实施例4
请参阅图4，其与实施例1、实施例2的区别在于：本实施的接收方法，其快速极化校准中采用自定义的4个极化校准系数CVV、CVH、CHV、CHH，残余极化干扰自适应中也采用自定义的4个极化校准系数QVV，QVH，QHV，QHH。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置，其用于实时消除经一对正交极化接收通道接收的一对正交线极化信号的交叉极化干扰；其特征在于：
所述接收装置包括：
通道失配校准模块，其用于消除这对正交线极化信号因这对正交极化接收通道而带来的幅相畸变，得到表征原始接收信号的带交叉极化干扰的正交线极化信号ZV和ZH；
快速极化校准模块，其用于通过估算收发天线之间的极化角，快速校准带交叉极化干扰的正交线极化信号，获得粗校准的正交线极化信号SV和SH；
残余极化干扰自适应模块，其用于基于这对正交线极化信号的相干特性，自适应消除粗校准的正交线极化信号SV和SH中的残余极化交叉干扰，得到两个极化分离的矢量信号：垂直极化接收数字基带信号EV和水平极化接收数字基带信号EH。
2.如权利要求1所述的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置，其特征在于：这对正交极化接收通道接收的一对正交线极化信号为：垂直极化通道接收的混合极化数字基带信号RV和水平极化通道接收的混合极化数字基带信号RH；所述通道失配校准模块的通道失配校准方式为：
RV和RH分别通过一个以表征本接收通道参数差异特性的通道失配幅相校准矢量系数为乘法系数的基带矢量乘法器一，获得原始接收的带交叉极化干扰的正交线极化信号：带交叉极化干扰的垂直极化信号ZV和带交叉极化干扰的水平极化信号ZH。
3.如权利要求2所述的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置，其特征在于：所述快速极化校准模块的快速极化校准方式为：
ZV传入以极化校准系数CVV为乘法系数的基带矢量乘法器二和以极化校准系数CVH为乘法系数的基带矢量乘法器三；
ZH传入以极化校准系数CHV为乘法系数的基带矢量乘法器四和以极化校准系数CHH为乘法系数的基带矢量乘法器五；
通过加法器一将基带矢量乘法器二和基带矢量乘法器四的输出叠加并由此输出SV；
通过加法器二将基带矢量乘法器三和基带矢量乘法器五的输出叠加并由此输出SH。
4.如权利要求3所述的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置，其特征在于：四个极化校准系数CVV、CVH、CHV、CHH根据一个极化误差角的估值θ的极化校准系数计算得到。
5.如权利要求4所述的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置，其特征在于：估值θ基于接收的卫星坐标、以及所述接收装置的载体的地理坐标信和姿态数据获得。
6.如权利要求1所述的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置，其特征在于：所述残余极化干扰自适应模块的残余极化干扰自适应方式为：
SV传入以极化校准系数QVV为乘法系数的基带矢量乘法器六和以极化校准系数QVH为乘法系数的基带矢量乘法器七；
SH传入以极化校准系数QHV为乘法系数的基带矢量乘法器八和以极化校准系数QHH为乘法系数的基带矢量乘法器九；
通过加法器三将基带矢量乘法器六和基带矢量乘法器八的输出叠加并由此输出EV；
通过加法器四将基带矢量乘法器七和基带矢量乘法器九的输出叠加并由此输出EH；
其中，四个极化校准系数QVV，QVH，QHV，QHH是针对EV和EH基于SV和SH的相干特性通过残余极化误差校准系数计算得到。
7.如权利要求6所述的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置，其特征在于：所述残余极化干扰自适应模块的残余极化误差消除的判据为：
(1)完全残余极化误差消除后的这对正交极化接收通道接收的这对正交极化信号是不相干的，因此这对正交极化信号的互相关函数的累计积分值趋于零；
(2)(EV-SV)/EH趋于常量；
(3)(EH-SH)/EV趋于常量。
8.一种正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收方法，其应用如权利要求1至7中任意一项所述的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置中，用于实时消除经一对正交极化接收通道接收的一对正交线极化信号的交叉极化干扰；其特征在于：所述接收方法包括以下步骤：
消除这对正交线极化信号因这对正交极化接收通道而带来的幅相畸变，得到带交叉极化干扰的正交线极化信号；
通过估算收发天线之间的极化角，快速校准带交叉极化干扰的正交线极化信号，获得粗校准的正交线极化信号；
基于这对正交线极化信号的相干特性，自适应消除粗校准的正交线极化信号中的残余极化交叉干扰，得到两个极化分离的矢量信号：垂直极化接收数字基带信号EV和水平极化接收数字基带信号EH。
9.一种卫星天线极化自适应跟踪电路，其包括相互正交的水平极化天线和垂直极化天线，与水平极化天线和垂直极化天线分别相对应的两个低噪声放大器、两个混频器、两个低通滤波器、两个模拟正交基带模块；其中，相互正交的水平极化天线和垂直极化天线接收到的卫星信号后，各自经过低噪声放大器，再在相应的混频器中与一个本振信号混频后，经过相应的低通滤波器从下变频转变到中频，再经过相应的模拟正交基带模块处理转变为两个相互正交的RV和RH；其特征在于：所述接收电路还包括如权利要求1至7中任意一项所述的正交线极化信号的数字基带实时自适应匹配接收装置，所述接收装置用于消除RV和RH的交叉极化干扰。
10.一种存储介质，其中存储多条指令，所述指令适于处理器加载并执行，其特征在于：所述多条指令为：
一、通道失配校准
消除这对正交线极化信号因这对正交极化接收通道而带来的幅相畸变，得到带交叉极化干扰的正交线极化信号；
其中，RV和RH分别通过一个以表征本接收通道参数差异特性的一个通道失配幅相校准矢量系数为乘法系数的基带矢量乘法器一，获得原始接收的带交叉极化干扰的正交线极化信号：带交叉极化干扰的垂直极化信号ZV和带交叉极化干扰的水平极化信号ZH；
二、快速极化校准
通过估算收发天线之间的极化角，快速校准带交叉极化干扰的正交线极化信号，获得粗校准的正交线极化信号；
其中，ZV传入以极化校准系数CVV为乘法系数的基带矢量乘法器二和以极化校准系数CVH为乘法系数的基带矢量乘法器三；ZH传入以极化校准系数CHV为乘法系数的基带矢量乘法器四和以极化校准系数CHH为乘法系数的基带矢量乘法器五；通过加法器一将基带矢量乘法器二和基带矢量乘法器四的输出叠加并由此输出SV；通过加法器二将基带矢量乘法器三和基带矢量乘法器五的输出叠加并由此输出SH；
三、残余极化干扰自适应消除
基于这对正交线极化信号的相干特性，自适应消除粗校准的正交线极化信号中的残余极化交叉干扰，得到两个极化分离的矢量信号：垂直极化接收数字基带信号EV和水平极化接收数字基带信号EH；
其中，SV传入以极化校准系数QVV为乘法系数的基带矢量乘法器六和以极化校准系数QVH为乘法系数的基带矢量乘法器七；SH传入以极化校准系数QHV为乘法系数的基带矢量乘法器八和以极化校准系数QHH为乘法系数的基带矢量乘法器九；通过加法器三将基带矢量乘法器六和基带矢量乘法器八的输出叠加并由此输出EV；通过加法器四将基带矢量乘法器七和基带矢量乘法器九的输出叠加并由此输出EH；四个极化校准系数QVV，QVH，QHV，QHH是针对EV和EH基于SV和SH的相干特性通过残余极化误差校准系数计算得到。
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