CN110927751A - 一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正实现方法 - Google Patents

一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正实现方法，属于卫星导航通信中阵列信号处理领域。本发明利用阵列天线各阵元分别接收同一颗卫星信号，分别进行捕获、跟踪、观测量提取等，获取指定卫星各通道载波相位，求取载波相位差，计算各通道间误差，对通道不一致性进行校正。相比于传统阵列天线校正算法，本发明有以下优点：1)可针对每颗卫星进行单独校正；2)可综合校正射频通道不一致性、天线阵子安装误差、AD采样不一致性造成的通道相位不一致；3)可实时对卫星来向的通道误差进行校正。

Description

一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正实现方法
技术领域
本发明涉及一种基于载波相位测量的实时阵列天线自适应校正实现方法，属于卫星导航通信中阵列信号处理领域。
背景技术
自适应阵列处理抗干扰技术可对宽带、窄带等各种干扰类型进行有效抑制，是目前卫星导航抗干扰技术领域中主要的抗干扰工作方式。自适应阵列抗干扰技术分为自适应调零和波束形成抗干扰，自适应调零仅在干扰方向形成零陷，波束形成抗干扰不仅可在干扰方向形成零陷，还可在卫星方向形成波束，在抑制干扰的同时，对卫星信号进行增强，提高抗干扰能力。
波束形成抗干扰需要卫星来向的先验信息，利用该信息进行导向矢量估计，实际应用中，天线安装误差、射频通道不一致性以及互耦等会造成通道不一致，使得卫星导向矢量失配，造成波束形成抗干扰算法能力下降，不同卫星其通道不一致性也不一样，因此有必要对每个卫星进行实时校正。
基于载波相位测量的阵列天线校正技术是利用阵列天线各个阵元分别接收同一颗可见卫星，每个通道对该卫星进行捕获、跟踪、原始观测量计算，获取各通道该卫星的载波相位，计算其载波相位误差，依次来计算阵列通道校正参数。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是为了对阵列天线的通道误差进行校正，解决多波束抗干扰中的导向矢量适配问题，提高多波束抗干扰算法的实际应用性能，提出一种基于载波相位测量的实时阵列天线自适应校正实现方法，适用于多种卫星导航系统的抗干扰终端。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正实现方法，包括如下步骤：
步骤1，将阵列天线接收到的M路射频模拟卫星信号进行下变频和A/D量化处理，得到M路中频数字卫星信号；
步骤2，使用第一路中频数字卫星信号进行当前可见卫星搜索，解算星历，获得当前时刻所有可见卫星信息，并计算所有可见卫星的方位角和俯仰角；
步骤3，针对每个可见卫星，M个阵元同时进行该卫星的捕获和跟踪，解算出每个阵元通道中该指定卫星的载波相位；并计算M路载波相位相对于第一个阵元通道的载波相位误差，求取载波相位校正参数，对M路卫星信号进行通道误差校正；
步骤4，对校正后的卫星信号进行波束形成抗干扰处理，增强卫星信号。
其中，步骤3具体包括以下步骤：
步骤301：初始化通道信息：重置M个卫星接收通道，初始化其捕获、跟踪和载波相位测量值；
步骤302：针对指定卫星进行捕获：依据给定的卫星PRN号，利用本地载波发生器、本地伪码发生器、I路和Q路乘法器、积分器和相应的控制电路，滑动本地伪码的相位，对输入的卫星信号进行相关运算，寻找最大值，找到粗略的载波相位和伪码相位，完成捕获操作；
步骤303：针对指定卫星进行跟踪：动态调整环路参数，对指定卫星载波相位和伪码相位进行精确跟踪，获得载波相位测量值；
步骤304：计算通道间相位误差和通道校正参数：依据载波相位测量值计算载波相位误差，求取载波相位校正参数，对通道进行校正；
其中，各通道的载波相位测量值为：
Figure BDA0002308055530000021
载波相位误差为：
Figure BDA0002308055530000022
Figure BDA0002308055530000023
Figure BDA0002308055530000024
···
Figure BDA0002308055530000025
取载波相位校正参数为：α0＝1；
Figure BDA0002308055530000026
Figure BDA0002308055530000027
···
Figure BDA0002308055530000031
步骤305：返回步骤301，对新的指定卫星进行通道误差校正，直至完成所有可见卫星的校正；
步骤306：设定时间后，重复步骤(1)～步骤(5)重新对所有可见卫星进行校正。
其中，步骤1中的阵列天线为方阵、圆阵或其他共面阵。
本发明相比于传统阵列天线校正算法，有以下优点：
1)可针对每颗卫星进行单独校正；
2)可综合校正射频通道不一致性、天线阵子安装误差、AD采样不一致性造成的通道相位不一致；
3)可实时对卫星来向的通道误差进行校正。
附图说明
图1为本发明的一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正实现方法的框图；
图2为本发明的通道误差校正参数计算流程图。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图1-2和实例对本发明的技术方案作进一步说明。为了描述算法的需要，进一步缩小问题的规模，选择7阵元圆面阵作为输入条件，但是规模缩小并不影响本实例的示范过程，实现过程如图1所示，本发明技术方案的基本思路是：利用阵列天线各阵元分别接收同一颗卫星信号，分别进行捕获、跟踪、观测量提取等，获取指定卫星各通道载波相位，求取载波相位差，计算各通道间误差，对通道不一致性进行校正。
具体步骤如下：
步骤1，对接收信号进行预处理
已知平面阵列由M个均匀分布的阵元组成，且阵元间距小于等于半波长。将天线阵列接收到的M路射频模拟卫星信号进行下变频和A/D量化处理，得到M路中频数字卫星信号，接收信号可表示为X(n)＝[x1(n) x2(n) … xM(n)]。
步骤2，获取当前时刻可见卫星信息
使用第一路中频数字卫星信号进行当前可见卫星搜索，解算星历，获得当前时刻所有可见卫星信息，计算所有可见卫星的方位角和俯仰角；
步骤3，针对每个可见卫星，M个阵元同时进行该卫星的捕获、跟踪；解算出每个通道该指定卫星的载波相位；计算M路卫星信号相对于第一路的载波相位误差；求取通道校正参数，基于可见卫星的方位角和俯仰角对M路卫星信号进行通道误差校正；
步骤301：初始化通道信息
重置M个卫星接收通道，初始化其捕获、跟踪、载波相位测量值等数值；
步骤302：针对指定卫星进行捕获
依据给定的卫星PRN号，利用本地载波发生器、本地伪码发生器、I路和Q路乘法器、积分器和相应的控制电路，滑动本地伪码的相位，对输入的信号进行相关运算，寻找最大值，找到粗略的载波相位和伪码相位，完成捕获操作；
步骤303：针对给定卫星进行跟踪
动态调整环路参数，实现对指定卫星载波相位和伪码相位的精确跟踪，获得载波相位测量值。
步骤304：计算通道间相位误差和通道校正参数
依据载波相位值计算载波相位误差，求取载波相位校正参数，对通道进行校正。
各通道的载波相位值为
Figure BDA0002308055530000041
载波相位误差为：
Figure BDA0002308055530000042
Figure BDA0002308055530000043
Figure BDA0002308055530000044
···
Figure BDA0002308055530000045
载波相位校正参数为：α0＝1；
Figure BDA0002308055530000046
Figure BDA0002308055530000047
···
Figure BDA0002308055530000051
步骤305：针对其他可见卫星进行校正
返回第(1)步，初始化通道，并对新的指定卫星进行通道误差校正。完成空中所有可见卫星的校正；
步骤306：一定时间后，重复步骤301～305
完成空间所有可见卫星的校正后，重复步骤301～305，重新对所有可见卫星进行校正。
步骤4，通过对校正后阵列信号进行波束形成抗干扰处理，抑制干扰的同时，增强卫星导航信号。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将阵列天线接收到的M路射频模拟卫星信号进行下变频和A/D量化处理，得到M路中频数字卫星信号；
步骤2，使用第一路中频数字卫星信号进行当前可见卫星搜索，解算星历，获得当前时刻所有可见卫星信息，并计算所有可见卫星的方位角和俯仰角；
步骤3，针对每个可见卫星，M个阵元同时进行该卫星的捕获和跟踪，解算出每个通道该指定卫星的载波相位；并计算M路载波相位相对于第一路的载波相位误差，求取载波相位校正参数，对M路卫星信号进行通道误差校正；
步骤4，对校正后的卫星信号进行波束形成抗干扰处理，增强卫星信号。
2.根据权利要求1所述的基于载波相位测量的阵列天线自适应校正实现方法，其特征在于：步骤3具体包括以下步骤：
步骤301：初始化通道信息：重置M个卫星接收通道，初始化其捕获、跟踪和载波相位测量值；
步骤302：针对指定卫星进行捕获：依据给定的卫星PRN号，利用本地载波发生器、本地伪码发生器、I路和Q路乘法器、积分器和相应的控制电路，滑动本地伪码的相位，对输入的卫星信号进行相关运算，寻找最大值，找到粗略的载波相位和伪码相位，完成捕获；
步骤303：针对指定卫星进行跟踪：动态调整环路参数，对指定卫星载波相位和伪码相位进行精确跟踪，获得载波相位测量值；
步骤304：计算通道间相位误差和通道校正参数：依据载波相位测量值计算载波相位误差，求取载波相位校正参数，对通道误差进行校正；
其中，各通道的载波相位测量值为：
Figure FDA0002308055520000011
载波相位误差为：
Figure FDA0002308055520000012
Figure FDA0002308055520000021
Figure FDA0002308055520000022
···
Figure FDA0002308055520000023
取载波相位校正参数为：α0＝1；
Figure FDA0002308055520000024
Figure FDA0002308055520000025
···
Figure FDA0002308055520000026
步骤305：返回步骤301，对新的指定卫星进行通道误差校正，直至完成所有可见卫星的校正；
步骤306：设定时间后，重复步骤(1)～步骤(5)重新对所有可见卫星进行校正。
3.根据权利要求1所述的基于载波相位测量的阵列天线自适应校正实现方法，其特征在于：步骤1中的阵列天线为方阵、圆阵或其他共面阵。
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