CN112311437B - 一种具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法 - Google Patents

一种具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列的接收方法，在柱型模数混合多波束阵列的扇区子阵列中，俯仰方向采用模拟多波束形成，再在方位方向采用数字波束形成。产生的多波束被用来同时接收多个来自不同方向的需要信源，抑制多个来自不同方向的干扰源，并通过数字信号处理的方法实现接收最优化。利用动态划分多个主波束和多个辅助波束，用来帮助搜索和跟踪需要信源和干扰源的位置变化信息，对波束指向做实时更新。

Description

一种具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法
技术领域
本发明涉及具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法与应用，如利用射频频率的无线通信技术，移动通信技术，卫星通信技术等，也可用于相控阵雷达的接收系统与雷达探测相关的应用场合。
这里射频指的是包括超高频/微波/毫米波/太赫兹等无线电频率，。
背景技术
传统的模拟射频相控阵只能形成单波束，故其接收机在搜索扫描上速度慢，信噪比低，探测距离近。用模拟射频相控阵单波束技术做二维成像，有灵敏度低、目标单一、抗干扰能力差等缺点。
数字多波束射频相控阵接收机，克服了模拟射频相控阵的局限，可以同时生成二维波束信号，是一种理论上的理想相控阵接收系统。但是在实际中只能在低频窄带系统中实现，其原因为在宽带的情况下，需要满足耐奎斯特取样定理的高速模数转换器(ADC)，很难做到体积小耗电低。在较高的应用频率上，如微波和毫米波甚至到太赫兹的频率，由于天线的间距大致在半个波长左右，因此难以在狭小的面积和空间内将所有的从射频器件到模数转换器，到数字接口电路都集成在一起。另外，由于在ADC之前没有做空间滤波，为了不被干扰信号影响，需要较大的动态范围和较多的量化电平数，故而大大提高了对ADC的设计要求。较大动态范围的ADC和较多的量化电平数，意味着功耗较大。大的功耗带来较大的电流脉冲，造成干扰脉冲电压较高，使得ADC的设计更加困难。
数字多波束射频相控阵接收机的较大功耗造成散热问题，而器件过热时可能导致器件损坏。较大的动态范围和较多的量化电平数，同时要求较多的独立供电网络，意味着更多的封装引脚，要求更大的芯片封装，也给系统的设计和集成造成巨大的挑战。
数字多波束射频相控阵接收机最麻烦的问题是大量的数字传输的连线和由此产生的电磁干扰问题。每个接收通道必须有两个ADC，一个M行N列的阵列需要2MN个ADC和高速接口。当阵列的单元数很大，这些高速的信号线很难直接连到中心处理主机中去，尤其在毫米波或者是更高的频率。这是因为在相控阵的实现方法中，天线之间的距离是半个波长，在此狭小的面积里要放置所有的元器件和高速数字连线，造成极大的挑战。由此而带来的电磁干扰噪声，耦合到阵列的天线中去，将直接降低阵列的灵敏度。
数字多波束射频相控阵接收机的方法是，形成多个指向用户的波束使得天线阵列在特定方向上的发射/接收信号相干叠加，而其他方向的信号则相互抵消。
数字多波束形成的另一种方式是Massive MIMO的方式。Massive MIMO可被视为更广泛意义上的波束形成的一种形式。Massive指天线阵列中的大量天线单元数量；MIMO指多输入多输出系统。与数字多波束射频相控阵接收机的方法相似，在Massive MIMO天线阵列中的每个天线与一个接收通道相连接，接收通道则提供数字接口，即将天线上接收到的射频信号下变频到基带信号，然后进行低通滤波，经过ADC变换器直接数字化，所有的移相调幅都放到数字化后进行处理。Massive MIMO在实际系统中，天线与用户终端，以及反向传输的数据经过了周围环境的滤波。信号可能会被建筑物和其他障碍物反射，这些反射会有相关的延迟、衰减和抵达方向。天线与用户终端之间甚至可能没有直接路径。这些都通过数字化直接求解，使得后面的运算量极大。
Massive MIMO如果采用相控阵式的紧凑集成方式，同样具有数字多波束射频相控阵接收机的缺点。Massive MIMO如果采用非相控阵式的分散分布方式，则需要更大的面积和空间，而且后面需要的数字信号处理部分的功耗随着阵列单元数的增加而暴增，系统的实现更加庞大，成本大幅度上升。
用平面阵列来构成全方位的阵列，至少需要3个对立的平面阵列。
平面阵列最大的两个问题是当扫描波束与阵列的法线方向角度加大时，波束的宽度增加，造成检测灵敏度下降，同时角度加大而引起的色散效应会使检测/接收的带宽降低。
发明内容
本发明针对上述的技术问题，发明一种柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，采用下列步骤，见图7：
a)起始步骤:在扇区内定义主波束、辅助跟踪波束和辅助搜索波束；
b)形成扇区俯仰方向的m列K个模拟多波束正交基带信号；
c)形成扇区二维波束栅网110；
d)做幅度检测和按阈值分割，重新定义主波束；
e)做波束分析，从主波束中找到需要信源和干扰源；
f)做波束分析，将信源主波束进一步划分为同源信源主波束和异源信源主波束；
g)更新主波束位置指向波束输出幅度最大的方向；
h)利用优化算法在需要信源中消除干扰源的耦合；
i)合并多个同源的需要信源信号；
j)对多个需要信源做下一步的数字信号处理并输出。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法，利用多波束分析方法对扇区内主波束进行信号分析和分类，划分为信源主波束和干扰主波束121；对扇区内信源主波束进行信号分析，划分出同源信源主波束122和异源信源主波束123。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法，利用优化算法对扇区内所有独立信源主波束，在多波束跟踪和干扰源消除单元412中，进行信号同源信源主波束122合并，并抑制来自异源信源主波束123和干扰主波束121。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201在数字信号处理单元205的控制下，将上述形成二维扇区波束栅网110的过程分解为L个时间上可分的子过程，在每个子过程中产生一个二维m列K行波束子栅网，为L个m列×K行二维扇区波束栅网110的一个部分。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201通过数字信号处理单元205中的多波束分析单元411，对所检测到的多个需要信源101/102和多个干扰源103/104二维波束栅网上的空间进行量化，并把在二维扇区波束栅网110上大于分割阈值611的信源和干扰源设定为主波束。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，根据外部时钟信号，产生控制时序，以及需要的各种控制信号，完成工作周期控制。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，在两个相邻扇区之间，可以通过产生各自的波束来对准一个发射源，形成波束重叠801，以提高在扇区方位方向的边缘同时接收到来自两个扇区的信号，并通过数字信号处理的方法，完成信号合并，以提高接收信号的接收质量。
具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法的物理实现，采用一个具有多个扇区的子接收阵列200，它包括n行m列具有天线的模拟多波束接收单元202的接收子阵列201,m列正交差分的模拟并行接口总线203,模拟数字信号混合处理单元204,数字信号处理单元205,数字控制信号接口206；模拟数字信号混合处理单元204包括m列正交差分低通滤波器和模数变换器；数字信号处理单元205包括多波束控制器404，方位方向即第二维度多波束信号形成单元410，多波束分析单元411，多波束跟踪和干扰源消除单元412，控制单元416；连接和工作方式如下：接收子阵列201将并行天线接收到的射频信号转换到按列多路输出多波束正交基带信号，并通过m列正交差分的模拟并行接口总线203，馈送到模拟数字信号混合处理单元204，模拟数字信号混合处理单元204通过低通滤波和模数变换将m列多路输出多波束正交基带信号转换到二维数字多波束正交基带信号形式；数字信号处理单元205根据二维数字多波束正交基带信号，生成同时针对多个需要信源101/102的主波束用于接收需要的信号，生成同时针对多个干扰源103/104的主波束用于抑制这些干扰源，产生数字控制信号并通过数字控制信号接口206，控制接收阵列，实时跟踪需要信源和干扰源的波束方向。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，在其接收子阵列201的数字信号处理单元205的控制下，接收子阵列201，m列正交差分的模拟并行接口总线203，馈送到模拟数字信号混合处理单元204，模拟数字信号混合处理单元204，先形成俯仰方向的m列K个模拟多波束正交基带信号，再经过数字信号处理单元205中的方位方向多波束信号形成单元410，卷积形成二维数字多波束信号，最终形成m列K行二维扇区波束栅网110。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，在其接收子阵列201的数字信号处理单元205的控制下，上述形成二维扇区波束栅网110的过程分解为L个时间上可分的子过程，在每个子过程中产生一个二维m列K行波束子栅网，为L个m列×K行二维扇区波束栅网110的一个部分。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的数字信号处理单元205中的多波束分析单元411，对所检测到的多个需要信源101/102和多个干扰源103/104二维波束栅网上的空间进行量化，并把在二维扇区波束栅网110上大于分割阈值611的信源和干扰源设定为主波束。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的数字信号处理单元205中的多波束分析单元411，对主波束进行信号分析和分类，划分为信源主波束和干扰主波束121。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的数字信号处理单元205中的多波束分析单元411，对信源主波束进行信号分析，划分出同源信源主波束122和异源信源主波束123。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的数字信号处理单元205中对所有独立信源主波束，在多波束跟踪和干扰源消除单元412中，利用优化算法进行同源信源主波束122信号的合并，并抑制来自异源信源主波束123和干扰主波束121的信号。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的数字信号处理单元205中的控制单元416，根据外部时钟信号，产生控制时序，以及需要的各种控制信号，完成工作周期控制。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的模拟多波束接收单元202连接的天线为圆极化天线、线极化天线或椭圆极化天线单元。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的模拟多波束接收单元202，可以在模拟基带信号域上由多个基带多波束移相调幅器311m单元电路来实现。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的模拟多波束接收单元202，可以通过利用多相位正交本振移相信号313m，在多个下变频器中，对由天线接收并放大后的射频信号通过下变频来实现多波束。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201，可以用平面阵列来代替柱面的结构。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的模拟多波束接收单元202，需要的多波束移相调幅控制信号321，来自于数字信号处理单元205中的多波束控制器404，由数字控制信号接口206实现连接。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的模拟多波束接收单元202和数字信号处理单元205中的多波束控制器404，可以集成在一起，采用分布式的物理方式来实现。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的数字信号处理单元205中的多波束控制器404，对多个需要信源101/102和多个干扰源103/104的个数及指向方向，和各种接收参数均通过数字控制信号接口206，按工作时序实时更新。
上述柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，其接收子阵列201的数字信号处理单元205根据接收状态可以对分割阈值611做动态调整，以控制主波束的数量，增加或降低优化算法的复杂度，在接收信号质量和所需要的最小功耗之间做动态平衡。
本发明区别于传统的模拟相控阵列接收机在于，前者可以同时生成多个波束，并可以形成二维扇区波束栅网110，这是后者无法做到的。
本发明区别于数字多波束射频相控阵接收机在于，前者可以通过模数混合的方式形成二维扇区波束栅网110，使得必需的低通滤波器和模数变换器的数量大大减少，而连接也不会造成电磁兼容的问题，大大降低了成本和功耗；而后者在M×N的阵列中要用到2×M×N个低通滤波器和模数变换器，使得数字连接极为困难，成本和功耗都非常高。
本发明区别于Massive MIMO接收机在于，前者可以通过模数混合的方式形成二维扇区波束栅网110，然后通过分割阈值生成多个主波束，合并相同信源和消除干扰源是在数量大大减少的主波束中进行的，大大减小了硬件需求、计算成本和功耗；而后者的硬件开销与数字多波束射频相控阵接收机类似，解矩阵方程需要的计算成本大得多。
本发明将全方位的接收阵列，划分为大于等于三个具有柱面结构的子接收阵列。
附图说明
图1扇区二维空间中需要接收的信源和干扰源的示意图
图2柱形全方位覆盖的模数混合多波束子接收阵列200
图3柱形全方位覆盖的模拟多波束接收单元202的几种实现方式
图4二维可分接收阵列和数字信号处理单元结构400
图5实时多波束搜索和跟踪示意图
图6在波束B1上的其它波束干扰示意图
图7扇区接收需要信源和消除干扰源耦合的流程示意图
图8柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列系统800
具体实施方式
本发明针对上述的技术问题，将一个二维空间划分为多个相等的二维扇区子空间，提出一种柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800，如图8所示，其中将一个柱面分成S个扇区分别连接S个模数混合多波束子接收阵列200，这里S是8。S可以是大于等于3的正整数。
在扇区内进行多波束分析，定义出主波束、辅助跟踪波束和辅助搜索波束。
扇区所对应的部分圆柱曲面，在有些场合也可用平面阵列来代替。
解决如图1(a)的所示的多路通信或雷达检测中存在干扰源干扰的问题。模数混合多波束子接收阵列200的结构见图2。
假定在一个二维扇区子空间上其俯仰方向(第一维度方向)为θx，在一个扇区内的方位方向(第二维度方向)为θy，我们需要同时接收多个需要信源例如101/102/101b，同时有多个干扰源103/104。其中需要信源101和101b同属于一个信息源，但来自于两个或多个不同的方向；需要信源102与需要信源101和101b不同源，即二个信源是互相独立的。我们称信源101和101b为同源信源，互相独立的信源为异源信源。我们要解决同时分别接收所有需要信源，并在同源信源之间做合并，同时最大限度地抑制来自干扰源的影响。这些影响在通信系统中会造成信噪比SNR的下降，EVM的恶化，降低通信的质量和带宽。
首先，我们利用模数混合多波束的方法生成二维扇区波束栅网110，如图1(b)所示，其中交叉点为波束的位置。利用数字信号处理单元205中的方位方向即第二维度多波束信号形成单元410和多波束分析单元411，见图4，对所检测到的多个需要信源101/102和多个干扰源103/104，在二维波束栅网上做空间量化，即把各个需要信源和干扰源在其方向上用二维波束栅网上的交叉点来近似。然后，多波束分析单元411把在二维扇区波束栅网110上大于分割阈值611的信源和干扰源设定为主波束，用涂黑的原点表示。
柱形全方位覆盖的模数混合多波束阵列接收方法800的子接收阵列200，如图2所示，包括n行m列具有天线的模拟多波束接收单元202的接收子阵列201,m列正交差分的模拟并行接口总线203，模拟数字信号混合处理单元204，数字信号处理单元205和数字控制信号接口206等功能块。
接收子阵列201的作用是将平行入射的射频电磁波，通过天线阵列接收变成射频电信号，再经n行m列的模拟多波束接收单元202，按列亦即在俯仰方向上，生m成K个独立的多波束，并以正交分量I/Q和差分的基带信号形式输出。
在俯仰方向形成多波束的方法为模拟多波束的形式，故称为模拟多波束形成。模拟多波束形成与传统的一维线阵相控阵的原理相似，但不同点在于产生/输出的是多个波束而不是一个波束。另外模拟多波束形成的波束控制信号可以来自数字控制信号接口206，也可以在模拟多波束接收单元202内部按照数字控制信号接口206的指令来产生。
模拟多波束形成实现的方法之一是在射频上做矢量调制。模拟多波束接收单元202，对由天线接收的射频信号进行放大，然后形成正交的射频矢量，即相位相差为90度的正交射频信号，然后对所需要的相位分别取正弦函数和余弦函数做加权，最后实现
sin(wt+b)＝sin(wt)cos(b)+cos(wt)sin(b)的矢量加权。其中w是射频载频的角频率，b是移相的角度。其模拟多波束形成通过多个并行多波束移相调幅器311和多个并行下变频器312m来完成，见图3(b)。
模拟多波束形成的另一种方法，可通过多个并行下变频312m来实现，见图3(c)，它需要有独立可控的多相位正交本振移相信号313m来做并行下变频312m的时钟信号。这需要产生多相位的正交本振移相信号313m，也可以用原始本振LO的正交相位来做线性的矢量合成来产生这些本振移相信号，实现例如sin(wLot+b)＝sin(wLot)cos(b)+cos(wLot)sin(b)的移相操作，其中wLo是本振频率。
模拟多波束形成实现的另一种方法见图3(d)，可以通过对正交基带信号进行并行的移相调幅来实现。射频输入信号302经低噪声放大器310放大，再经下变频器312变换到正交的基带信号。多个并行的基带多波束移相调幅器311m对正交的基带信号做矢量调制来移相，并做幅度调制，输出多波束移相调幅的基带信号320。
不管采用那个方法，模拟多波束接收单元300，可以用图3(a)的符号来代表，而模拟多波束接收单元需要多波束移相调幅控制信号321来控制，该信号来自数字信号处理单元205中的多波束控制器404，经数字控制信号接口206，送到模拟多波束接收单元202。
一个二维可分接收阵列和数字信号处理单元结构400见图4，它包括了接收子阵列201，在阵列层面连接M列N行的模拟多波束接收单元202输出的并行模拟多波束基带IQ信号线401，并行多波束模数变换单元402，数字信号处理单元205。
数字信号处理单元205包括多波束控制器404，方位方向即第二维度多波束信号形成单元410，多波束分析单元411，多波束跟踪和干扰源消除单元412，控制单元416。
并行模拟多波束基带IQ信号线401按垂直方向对K个波束连接相应接收单元202的输出，除此之外还具有分布式低通滤波器的功能。并行多波束模数变换单元402具有M×2K个低通滤波器(LPF)和模数变换器(ADC)，其中每个LPF连接一个ADC。LPF与并行模拟多波束基带IQ信号线401中相应的连线部分构成分布式低通滤波器，形成需要的低通滤波特性，对基带信号做低通滤波，去除带外干扰信号，以保证ADC可以在满足耐奎斯特取样条件下正常工作，没有混叠失真，并且输出多波束移相调幅控制信号403。
第二维度多波束信号形成单元410，对输入信号并行多波束基带IQ信号409，在第二维度上做空间波束形成，即对不同列的并行信号，按列移相不同的相位，完成二维可分的数字多波束信号414，即二维扇区波束栅网110。设输入信号并行多波束基带IQ信号为S，可等价于分别由其I和Q分量组成的K行M列的复数基带信号；需要移相的操作由一个相位旋转矩阵WMxM来实现,也可以用矩阵的相乘来表示，设数字多波束信号414为G，则有
G＝SW
当每列的波束数量不够时，还可以采用时分复用的方式来分时实现二维扇区波束栅网110，即在时刻1完成如1到K行的S1，在时刻2完成如K+1到2K行的S2，等。可以用分块矩阵来表示
S＝[S1,S2,S3,...,SL]H
式中H是转置。也可以说，形成二维扇区波束栅网110的过程分解为L个时间上可分的子过程，在每个子过程中产生一个二维K行波束子栅网，L个m列×K行二维扇区波束栅网110的一个部分。在采用时分复用时，需要有相应的存储单元来暂存由于时分而产生的信号，然后形成数字多波束信号414，即为二维扇区波束栅网110。
多波束分析单元411根据二维扇区波束栅网110，按照一个特定的分割阈值611对二维扇区波束栅网110信号做分割，如信号幅度大于分割阈值611，保留它的输出作为一个主波束。如果该主波束以前无定义，则重新定义一个主波束，并通过数字解调，检测出信源的特征，并对这个主波束做标识。信源的特征可以表明信源的来源信息，在不同的应用和标准中可以不同，如在5G通信中需要解出信道状态信息码，如在卫星通信中要得到卫星身份/标识码，而在基于IP的数字通信中要用到MAC地址码等。
多波束分析单元411对所检测到的多个需要信源101/102和多个干扰源103/104在二维波束栅网上进行量化，并把在二维扇区波束栅网110上大于分割阈值611的信源和干扰源设定为主波束。
多波束分析单元411对主波束进行信号分析和分类，划分为信源主波束和干扰主波束121；多波束分析单元411对信源主波束进行信号分析，划分出同源信源主波束122和异源信源主波束123。
多波束跟踪和干扰源消除单元412，可以用数字信号处理器DSP来完成，也可以用可编程阵列FPGA，或CPU/GPU来实现。多波束跟踪和干扰源消除单元412的任务之一是跟踪，也就是检查已经定义了的主波束位置是否是最佳位置，即在围绕主波束的跟踪区，检查达到最大幅度的栅网交叉点的位置，见图5。如果当前位置不是最大幅度的所在位置，则更新到达最大的交叉点位置；如果当前位置已是最大幅度的所在位置，则保持当前的位置。
多波束跟踪和干扰源消除单元412的另一个任务是干扰源消除，即对信源主波束做优化，使所有的干扰主波束121和异源信源主波束123对其干扰最小化。对一个需要信源，虽然相关的接收主波束指向了它，但仍然会有来自其它方向的发射源对其形成干扰，这些发射源包括干扰主波束121，异源信源主波束123；当然，也可能有来自不同方向上的同源信源主波束122；同源信源主波束122的产生可以是从一个发射源发射的射频信号，经过阻挡或反射而形成的，也可能是从不同的方向直接发射过来的。
如对主波束B1的输出中含有其它发射源的干扰，见图6，B3和B4是两个干扰主波束121，B2是异源信源主波束123，而B1b则是同源信源主波束122。对于主波束B1，其输出可以表为
Y1＝a11B1+a12B2+a13B3+a14B4...,
更加一般的表述为
Y＝AB+n
其中A为耦合矩阵，其对角线上的元素为自耦合系数，往往比非对角线上的元素要大很多。B为主波束矢量，n为其它干扰和噪声影响，而Y是实际的输出。可以通过最优算法来降低来自其它方向上的干扰，也包括来自其它信源的干扰。
最优算法可以有很多种，如最小均方误差法，迫零法(force zero)等，在已知耦合矩阵A的情况下，如取
B＝(AHA)-1AHY
在未知耦合矩阵A的情况下，也可以采用迭代的方法来逼近A。
多波束跟踪和干扰源消除单元412利用优化算法进行信号同源信源主波束合并，并抑制来自异源信源主波束123和干扰主波束121。
数字信号处理单元205中的控制单元416，根据外部时钟信号，通过频率合成器或者其它时钟形成工作时钟，产生控制时序，以及各种需要的控制信号，完成工作周期控制。
数字信号处理单元205中的多波束控制器404，对多个需要信源101/102和多个干扰源103/104的个数及指向方向，和各种接收参数均通过数字控制信号接口206，按工作时序实时更新。如前所述，多波束控制器404可以采用集中的模式如图4所示，也可以设计成部分集中部分分布的形式,即一部分留在图4而另一部分化成子模块分散在阵列中；也可以完全是分布的形式，如集成在模拟多波束接收单元202中。而数字控制信号接口206部分则按照多波束控制器404实现的情况，做相应的调整或模块划分，也可变成部分分布的形式。
数字信号处理单元205的控制单元416还具有特殊的控制功能，可以根据接收状态对分割阈值611做动态调整。当分割阈值611选的比较低时，出现的主波束数量比较多，后面的计算量也比较大；当分割阈值611选的比较高时，出现的主波束数量比较少，后面的计算量也比较少。控制单元416负责控制主波束的数量，增加或降低优化算法的复杂度，在接收信号质量和所需要的最小功耗之间做动态平衡。
在两个相邻扇区之间的边缘方位方向上，波束由于偏离阵列的中心法线方向的角度较大，接收的波束宽度变宽，接收增益降低，接收带宽也随之减小，接收的信号质量下降。这时可以用来自这两个扇区的波束同时指向一个发射源来提高增益。由于波束可以通过产生各自的波束来对准一个发射源，形成波束重叠，以提高在扇区方位方向的边缘同时接收到来自两个扇区的信号，并通过数字信号处理的方法，完成信号合并，以提高接收信号的接收质量。这要求在两个相邻扇区之间的方位方向，每个扇区都可以支持超过扇区边缘方位方向上的波束指向能力。见图8中波束重叠801的区域。
利用柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法来接收需要信源和消除干扰源耦合的流程示意图见图7。
本发明中所建议的技术，可以应用到无线通信，移动通信，卫星通信等场合。因为雷达技术和通信技术有很多的共同点，该技术也可在雷达领域找到应用场景，用于实现多目标跟踪和实时干扰消除。
以上所述，仅是本发明的优选实施方式及较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构的重新划分和变化，等效技术术语和名称的重新命名，均仍属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法，其特征在于，采用下列步骤：
a)起始步骤:在扇区内定义主波束、辅助跟踪波束和辅助搜索波束；
b)形成扇区俯仰方向的m列K个模拟多波束正交基带信号；
c)形成扇区二维波束栅网；
d)做幅度检测并按阈值分割，重新定义主波束；
e)做波束分析，从主波束中找到需要信源和干扰源；
f)做波束分析，将需要信源的主波束进一步划分为同源信源主波束和异源信源主波束；
g)更新主波束位置指向波束输出幅度最大的方向；
h)利用优化算法在需要信源中消除干扰源的耦合；
i)合并需要的多个同源信源信号；
j)对多个需要信源做下一步数字信号处理并输出。
2.根据权利要求1所述具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法，其特征在于，利用多波束分析方法对扇区内主波束进行信号分析和分类，将主波束划分为信源主波束和干扰主波束；再对扇区内信源主波束进行信号分析，划分出同源信源主波束和异源信源主波束。
3.根据权利要求1所述具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法，其特征在于，利用优化算法对扇区内所有独立信源主波束，在多波束跟踪和干扰源消除单元中，进行信号同源信源主波束的合并，并抑制来自异源信源主波束和干扰主波束的信号。
4.根据权利要求1所述具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法，其特征在于，其接收子阵列(201)在数字信号处理单元(205)的控制下，上述形成二维扇区波束栅网的过程分解为L个时间上可分的子过程，在每个子过程中产生一个二维m列K行波束子栅网，是L个m列×K行二维扇区波束栅网的一个部分。
5.根据权利要求1所述具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法，其特征在于，其模数混合多波束子接收阵列(200)的数字信号处理单元(205)中的多波束分析单元，对所检测到的多个需要信源和多个干扰源在二维波束栅网上进行空间量化，并把在二维扇区波束栅网上大于分割阈值的信源和干扰源重新设定为主波束。
6.根据权利要求1所述具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法，其特征在于：根据外部时钟信号，产生控制时序，以及需要的各种控制信号，完成工作周期控制。
7.根据权利要求1所述具有柱形全方位覆盖的模数混合多波束接收阵列的接收方法，其特征在于：在两个相邻扇区之间，可以通过生成各自的波束来对准一个发射源，形成波束重叠，以提高在扇区方位方向的边缘同时接收到来自两个扇区的信号，并通过数字信号处理的方法，完成信号合并，以提高接收信号的接收质量。
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