CN113922889B - Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置。该装置包括取样天线、第一级下变频模块、馈电馈钟模块、输入射频开关矩阵、信号处理模块以及输出射频开关矩阵。本发明采用工作在不同频段的取样天线单元组合实现多个频段的干扰信号空间采样，同时采用多个信号处理模块分别处理分布在任意频段、任意频点的通信信号，从而实现了Ku/Ka双频段、多频点波束形成抗干扰，有效克服了现有技术方案只能处理分布在同一频段的单个或两个频点的通信信号，不能实现分布在多个频段、多个频点的通信信号的技术缺陷。

Description

Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置及方法

技术领域

本发明涉及卫星通信干扰防护技术领域，尤其涉及一种Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置及方法。

背景技术

卫星通信是一种依靠卫星中继实现远距离信息传输的无线通信技术，尤其是在远距离超视距高速数据传输等应用场景中，卫星通信具有不可替代的地位。卫星通信是当前重要军事通信手段，因此是电磁干扰的重要目标。所以，提升卫星通信的电磁干扰防护能力具有重要现实价值。

卫星通信地面站一般采用抛物面天线、平板天线等高增益天线进行信号收发，能够利用天线的低旁瓣特性在一定程度上抑制干扰信号。然而，实际中天线旁瓣增益只能降低到有限的水平，因此单纯依赖天线旁瓣实现的干扰抑制能力也是有限的。特别是当干扰源方向接近天线主瓣，或当干扰源位于旁瓣但功率较大时，单独依赖抛物面天线无法满足实际抗干扰需求。

为提高卫通地面站的干扰抑制能力，一种方法是使用阵列天线波束形成方法。简单来说，通过多个天线单元接收信号，然后对接收信号进行矢量合成，使合成波束零陷方向对准干扰源，从而实现干扰抑制。

虽然波束形成干扰抑制方法在文献中有大量报道，但当前技术还未解决Ku/Ka双频段、多频点抗干扰处理的问题。首先，单个卫通地面站可同时工作在Ku、Ka等多个通信频段。然而，当前技术只支持某一个通信频段，例如Ku或者Ka波段，不能同时支持多个频段的抗干扰。若采用现有技术思路，需要采用独立的硬件电路分别实现Ku和Ka波段的抗干扰处理，所造成的问题是硬件复杂度高、成本高。若能复用部分硬件电路，例如信号处理等复杂度高、成本高的硬件电路，可以大大降低抗干扰装置的电路复杂度和成本。其次，同一卫通地面站可同时使用多个通信频点，例如三个以上通信频点，以实现点对多点的通信。然而，当前公开报道的卫星通信抗干扰技术只能处理单个频点或两个频点，不支持三个以上的频点。

中国专利“一种用于卫星通信系统消除干扰的方法”（申请号：CN107872268A）公开了一种旁瓣干扰消除方法，但只支持单个频点的干扰对消。

中国专利“用于卫星地面站的非合作干扰抑制装置及方法”（申请号：

CN111510193A）公开了一种卫星地面站干扰防护装置设计方案，但只能实现一个数据信号和一个信标信号抗干扰处理，不能实现三个以上信号抗干扰处理。

中国专利“卫星通信地面站干扰防护装置及方法”（申请号：CN113438005A）公开了一种卫星通信地面站干扰防护装置，包括取样天线阵列，取样天线阵列包括N个取样天线单元，N≥1，还包括N+1个第一级下变频模块、馈电馈钟模块、N+1个第二级下变频模块、N+1个模数转换模块、数字信号处理模块、数模转换模块、上变频模块和本振源模块。

但是，上述专利均未能解决多个通信频段同时抗干扰处理的问题。

有鉴于此，有必要设计一种改进的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置及方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置及方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，其包括N个取样天线、N个第一级下变频模块、馈电馈钟模块、输入射频开关矩阵、F个信号处理模块以及输出射频开关矩阵，其中，N≥1，F≥1；

所述N个取样天线，输出端分别电性连接N个第一级下变频模块射频端口，其分别从不同空间位置采集干扰信号样本；

所述N个第一级下变频模块，分别含S个中频端口，每个中频端口含一个频段的中频信号；N个第一级下变频模块的中频端口分别电性连接馈电馈钟模块的N组输入端口；所述N个第一级下变频模块将N个取样天线接收信号进行滤波、放大、并分频段下变频为中频频率，且各中频信号频率与卫通地面站中频频率相同；

所述馈电馈钟模块，含N组输出端口，其中每组输出耦合中频信号的输出端分别电性连接所述输入射频开关矩阵第2至第N+1组输入端口；所述馈电馈钟模块分别将N个第一级下变频模块输出的中频频率信号输出，并给所述N个第一级下变频模块提供电源和参考时钟信号；

所述输入射频开关矩阵，含N+1组输入端口，每组输入端口包含S个端口，其中第组输入端口分别电性连接卫通地面站的S个接收中频端口，所述输入射频开关矩阵含F组输出端口，每组输出端口含N+1个端口，每组输出端口独立电性连接至任意一个信号处理模块的各输入端口；所述输入射频开关矩阵将卫通天线和N个取样天线接收的S个波段的中频信号输出给F个信号处理模块；

所述F个信号处理模块，输出端分别电性连接输出射频开关矩阵各输入端口；所述F个信号处理模块分别对卫通地面站的的F个频点进行抗干扰信号处理，并输出抗干扰处理后的中频信号；

所述输出射频开关矩阵，输出端电性连接卫通地面站终端，将F个抗干扰处理后的中频信号输出到S个输出端口，其中各频点对应的输出端口编号和输入射频开关矩阵的各输入端口编号一一对应。

作为本发明的进一步改进，所述取样天线包含S个天线单元，每个天线单元工作在不同频段。

作为本发明的进一步改进，所述天线单元包含两个正交极化输出端口，其中正交极化方式为垂直和水平极化，或者，为右旋和左旋圆极化。

作为本发明的进一步改进，所述第一级下变频模块包含S个不同工作频段的下变频通道；每个下变频通道包含下变频射频开关、下变频低噪放、第一级下变频器、多工器，其中，

所述下变频射频开关的两个输入端分别连接波段n天线单元极化1和极化2的输出端口，输出端连接下变频低噪放输入端，实现波段n天线单元两个极化接收信号的选择；其中，1≤n≤S；

所述下变频低噪放的输出端接第一级下变频器的输入端，实现下变频射频开关输出信号的低噪声放大；

所述第一级下变频器的输出端接多工器的中频端口，将取样天线接收信号下变频到中频频率；

所述多工器的直流输出端口接下变频低噪放、第一级下变频器的电源端口，为下变频低噪放、第一级下变频器提供电源；所述多工器的参考时钟端口接第一级下变频器的时钟端口，为第一级下变频器提供参考时钟信号；所述多工器的中频/参考时钟/电源端口接馈电馈钟模块一馈电馈钟端口，为第一级下变频模块提供电源和时钟。

作为本发明的进一步改进，所述馈电馈钟模块包含N个馈电馈钟单元、晶振、功率放大器以及多路功分器，其中，

所述N个馈电馈钟单元，各包含S个偏置器，S个双工器；所述S个偏置器，各射频和直流端口接第一级下变频模块中频端口，各第一直流端口分别接S个双工器的射频和时钟端口，各第二直流端口接外部电源；所述S个双工器，各射频端口接输入射频开关矩阵各输入端口，各时钟端口接多路功分器一输出端口；

所述晶振，输出端接功率放大器输入端，所述晶振提供时钟信号；

所述功率放大器，输出端接多路功分器输入端；所述功率放大器用于放大晶振输出信号的功率；

所述多路功分器，各输出端分别接N个馈电馈钟单元中各双工器的时钟端口；所述多路功分器将时钟信号等功分为多路提供给各馈电馈钟单元。

作为本发明的进一步改进，所述输入射频开关矩阵，包含N+个S×F射频开关矩阵，其中，每个S×F射频开关矩阵包含S个输入低噪放、S个功分器、F个输入射频开关，其中，

所述输入低噪放，输出端分别连接个功分器输入端，将各输入信号放大；

所述功分器，输出端分别连接输入射频开关输入端，将输入信号等功分为F个路输出；

所述输入射频开关，输出端分别信号处理模块各输入端，实现输入S个输入中频信号的选择；

所述输入射频开关矩阵的输出信号分为F组，其中第f组包含N+个S×F射频开关矩阵的第f个输出信号，1≤f≤F。

作为本发明的进一步改进，所述信号处理模块包含N+个下变频器、N+个模数转换器、数字信号处理单元、数模转换器和上变频器，其中，

所述N+1个下变频，输出端接各模数转换器输入端，将输入信号下变频到基带或低中频；

所述N+1个模数转换器，输出端接数字信号处理单元输入端，将输入信号数字化；

所述数字信号处理单元，输出端接数模转换器的输入端口，实现数字域抗干扰信号处理；

所述数模转换器，输出端接上变频器，将数字信号处理单元输出的数字信号转换为模拟基带信号或模拟低中频信号；

所述上变频器，输出端接输出射频开关矩阵一输入端，将数模转换器的输出信号上变频到中频频率。

作为本发明的进一步改进，所述输出射频开关矩阵，包含F×S开关矩阵，其中F×S开关矩阵包含F个输出射频开关、S个输出合成器、S个输出低噪放，其中，

所述F个输出射频开关，各包含1个输入端口和S个输出端口，且各输出端口分别接输出合成器一输入端口，所述F个输出射频开关将F个输入信号分别切换到S个输出合成器输入端；

所述S个输出合成器，各包含F个输入端口和1个输出端口，输出端口分别接S个输出低噪放输入端，所述S个输出合成器将多个输入信号合成为1路信号输出；

所述S个输出低噪放，输出接卫通地面站终端输入端口，所述S个输出低噪放将S个输出合成器输出信号放大输出。

作为本发明的进一步改进，各个信号处理模块所采用的抗干扰处理算法相同。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消方法，其采用上述Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置进行干扰对消，包括如下步骤：

S1，将卫通第n个频点的接收数字基带信号通过一个延时器得到延迟卫通接收信号，其延时量D等于卫通接收干扰信号和取样天线阵列接收干扰信号时间差的平均值；

S2，取样天线接收信号经过一个空时滤波器得到干扰对消信号；

S3，干扰对消信号和延迟卫通接收信号通过合成器矢量相加，实现干扰抵消，得到干扰对消输出信号；

S4，权值更新模块采用自适应滤波算法以取样天线接收信号和干扰对消输出信号作为输入迭代更新空时滤波器的权值，实现自适应权值调整；

S5，步长计算模块通过分析取样天线接收信号的功率计算得到合适的步长，提供给权值更新模块，实现自适应步长调整。

作为本发明的进一步改进，所述步长计算模块的计算方法为：

P1，计算各取样天线接收信号的瞬时功率P₁(m), P₂(m),…, P_N(m)，其中m为时间；

P2，将瞬时功率P₁(m), P₂(m),…, P_N(m)分别通过一个指数平滑滤波器得到平滑滤波后的接收信号功率S_n(m)，m=1,…,N，其计算过程为，S_n(m)=(1-a) S_n(m)+a×P_n(m)，其中a为平滑常数；

P3，计算得到最大功率值P_max（m）=max(P₁(m), P₂(m),…, P_N(m))；

P4，计算得到步长u（m）=r×1/ P_max（m），其中r为算法参量。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，采用工作不同频段的天线单元组合实现多个频段的干扰信号空间采样，同时采用多个信号处理模块分别处理分布在任意频段、任意频点的通信信号，从而实现了Ku/Ka双频段、多频点波束形成抗干扰。有效克服了现有技术方案只能处理分布在同一频段的单个或两个频点的通信信号，不能实现分布在多个频段、多个频点的通信信号的技术缺陷。

2、本发明提供的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，可在多个频段间复用信号处理模块，复杂度低，可扩展性强。采用一个射频开关矩阵实现信号的选择，可以复用信号处理模块，允许任意一个信号处理模块可以处理任意频段、任意频率的通信信号。该装置所需信号处理模块的总数量等于各频段的频点数量的最大值，因此可以大幅度降低系统复杂度。有效克服了现有技术中，对不同频段的干扰信号处理需要采用独立的信号处理模块，由于各工作频段所使用的通信频点数量是变化的，进而导致现有技术方案不允许动态分配工作在某个频段的信号处理模块的数量，则所需的信号处理模块的总数量是所有频段最大通信频点数量之和，所需要的信号处理模块数量多，复杂度高的技术缺陷。

3、本发明提供的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消方法，能够实现Ku/Ka双频段、多频点波束形成抗干扰，解决多个通信频段同时抗干扰处理的技术问题。

附图说明

图1为本发明提供的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置的结构示意图；

图2为图1中取样天线的结构示意图；

图3为图1中第一级下变频模块的结构示意图；

图4为图1中馈电馈钟模块的结构示意图；

图5为图1中输入射频开关矩阵的结构示意图；

图6为图5中S×F射频开关矩阵的结构示意图；

图7为图1中信号处理模块的结构示意图；

图8为图1中输出射频开关矩阵的结构示意图；

图9为图8中F×S射频开关矩阵的结构示意图；

图10为图1中信号处理模块的干扰对消算法的结构框图。

附图标记

10-取样天线；11-天线单元；20-第一级下变频模块；21-下变频射频开关；22-下变频低噪放；23-第一级下变频器；231-下变频时钟端口；24-多工器；241-中频/参考时钟/电源端口；242-直流输出端口；243-参考时钟端口；244-中频端口；30-馈电馈钟模块；31-馈电馈钟单元；35-偏置器；351-射频和直流端口；352-第一直流端口；353-第二直流端口；36-双工器；361-射频和时钟端口；362-射频端口；363-时钟端口；32-晶振；33-功率放大器；34-多路功分器；40-输入射频开关矩阵；41-S×F射频开关矩阵；411-输入低噪放；412-功分器；413-输入射频开关；50-信号处理模块；51-下变频器；52-模数转换器；53-数字信号处理单元；54-数模转换器；55-上变频器；60-输出射频开关矩阵；61-F×S开关矩阵；611-输出射频开关；612-输出合成器；613-输出低噪放；71-权值更新模块；72-空时滤波器；73-合成器；74-延时器；75-步长计算模块；80-卫通天线；90-卫通地面站终端。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1所示，本发明提供了一种Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，其包括N个取样天线10、N个第一级下变频模块20、馈电馈钟模块30、输入射频开关矩阵40、F个信号处理模块50以及输出射频开关矩阵60，其中，N≥1，F≥1。

请参阅图2所示，所述N个取样天线10，输出端分别电性连接N个第一级下变频模块20射频端口，其分别从不同空间位置采集干扰信号样本。

在本实施方式中，所述取样天线10包含S个天线单元11，每个天线单元11工作在不同频段。

所述天线单元11包含两个正交极化输出端口，其中正交极化方式为垂直和水平极化，或者，为右旋和左旋圆极化。

具体来讲，在本实施方式中，卫通地面站90的工作频段为Ku和Ka波段。取样天线数量N=4，其中每个天线单元的3dB波束覆盖范围为：俯仰角-15度~15度，方位角：0~360度，可实现全方位角覆盖。每个取样天线10中包含2个天线单元11，分别工作在Ku和Ka波段。其中，Ku波段卫通天线一般采用垂直和水平极化接收，因此Ku波段天线单元输出极化分别为垂直极化和水平极化；Ka波段卫通天线80一般采用右旋和左旋圆极化，因此Ka波段天线单元11输出极化分别为右旋圆极化和左旋圆极化。

请参阅图3所示，所述N个第一级下变频模块20，分别含S个中频端口，每个中频端口含一个频段的中频信号；N个第一级下变频模块20的中频端口分别电性连接馈电馈钟模块30的N组输入端口；所述N个第一级下变频模块20将N个取样天线10接收信号进行滤波、放大、并分频段下变频为中频频率，且各中频信号频率与卫通地面站中频频率相同。

在本实施方式中，所述第一级下变频模块20包含S个不同工作频段的下变频通道；每个下变频通道包含下变频射频开关21、下变频低噪放22、第一级下变频器23、多工器24，其中，

所述下变频射频开关21的两个输入端分别连接波段n天线单元11极化1和极化2的输出端口，输出端连接下变频低噪放22输入端，实现波段n天线单元11两个极化接收信号的选择；其中，1≤n≤S；

所述下变频低噪放22的输出端接第一级下变频器23的输入端，实现下变频射频开关21输出信号的低噪声放大；

所述第一级下变频器23的输出端接多工器24的中频端口244，将取样天线接收信号下变频到中频频率；

所述多工器24的直流输出端口242接下变频低噪放22、第一级下变频器23的电源端口，为下变频低噪放22、第一级下变频器23提供电源；所述多工器24的参考时钟端口243接第一级下变频器23的时钟端口231，为第一级下变频器23提供参考时钟信号；所述多工器24的中频/参考时钟/电源端口241接馈电馈钟模块30一馈电馈钟端口，为第一级下变频模块20提供电源和时钟。

本实施例中，通过切换第一级下变频模块20中下变频射频开关21切换，可将取样天线10的极化调整到与卫通地面站天线的接收极化一致，以保证能够接收到较强的干扰信号。

请参阅图4所示，所述馈电馈钟模块30，含N组输出端口，其中每组输出耦合中频信号的输出端分别电性连接所述输入射频开关矩阵40第2至第N+1组输入端口；所述馈电馈钟模块30分别将N个第一级下变频模块20输出的中频频率信号输出，并给所述N个第一级下变频模块20提供电源和参考时钟信号。

在本实施方式中，所述馈电馈钟模块30包含N个馈电馈钟单元31、晶振32、功率放大器33以及多路功分器34，其中，

所述N个馈电馈钟单元31，各包含S个偏置器35，S个双工器36；所述S个偏置器35，各射频和直流端口351接第一级下变频模块20中频端口，各第一直流端口352分别接S个双工器36的射频和时钟端口361，各第二直流端口353接外部电源；所述S个双工器36，各射频端口362接输入射频开关矩阵40各输入端口，各时钟端口363接多路功分器34一输出端口；所述N个馈电馈钟单元31给第一级下变频模块20提供时钟和电源，并将中频信号输出；

所述晶振32，输出端接功率放大器33输入端，所述晶振32提供时钟信号；

所述功率放大器33，输出端接多路功分器34输入端，所述功率放大器33用于放大晶振32输出信号的功率；

所述多路功分器34，各输出端分别接N个馈电馈钟单元31中各双工器36的时钟端口363，所述多路功分器34将时钟信号等功分为多路提供给各馈电馈钟单元31。

本实施例中，馈电馈钟模块30包含4组馈电馈钟端口，每个端口包含2个端口，以及4组中频信号输出端口，每组2个端口。晶振32的工作频率为10MHz。多路功分器34的输出端口数量为4。

请参阅图5-6所示，所述输入射频开关矩阵40，含N+1组输入端口，每组输入端口包含S个端口，其中第1组输入端口分别电性连接卫通地面站的S个接收中频端口（即，分别电性连接波段1下变频模块至波段S下变频模块，如图1所示），所述输入射频开关矩阵40含F组输出端口，每组输出端口含N+1个端口，每组输出端口独立电性连接至任意一个信号处理模块50的各输入端口；所述输入射频开关矩阵40将卫通天线和N个取样天线10接收的S个波段的中频信号输出给F个信号处理模块50。

在本实施方式中，所述输入射频开关矩阵40，包含N+1个S×F射频开关矩阵41，其中，每个S×F射频开关矩阵41包含S个输入低噪放411、S个功分器412、F个输入射频开关413，其中，

所述输入低噪放411，输出端分别连接个功分器412输入端，将各输入信号放大；

所述功分器412，输出端分别连接输入射频开关413输入端，将输入信号等功分为F个路输出；

所述输入射频开关413，输出端分别信号处理模块50各输入端，实现输入S个输入中频信号的选择；

所述输入射频开关矩阵40的输出信号分为F组，其中第f组包含N+1个S×F射频开关矩阵41的第f个输出信号，1≤f≤F。

本实施例中，输入射频开关矩阵40，包含5个2×16射频开关矩阵。其中，F=16，为Ku或Ka波段最大的通信频点数量。

请参阅图7所示，所述F个信号处理模块50，输出端分别电性连接输出射频开关矩阵60各输入端口；所述F个信号处理模块50分别对卫通地面站的的F个频点进行抗干扰信号处理，并输出抗干扰处理后的中频信号。

在本实施方式中，所述信号处理模块50包含N+1个下变频器51、N+1个模数转换器52、数字信号处理单元53、数模转换器54和上变频器55，其中，

所述N+1个下变频器51，输出端接各模数转换器52输入端，将输入信号下变频到基带或低中频；

所述N+1个模数转换器52，输出端接数字信号处理单元53输入端，将输入信号数字化；

所述数字信号处理单元53，输出端接数模转换器54的输入端口，实现数字域抗干扰信号处理；

所述数模转换器54，输出端接上变频器55，将数字信号处理单元53输出的数字信号转换为模拟基带信号或模拟低中频信号；

所述上变频器55，输出端接输出射频开关矩阵60一输入端，将数模转换器54的输出信号上变频到中频频率。

各个信号处理模块50所采用的抗干扰处理算法相同。

本实施例中，信号处理模块50，包含5个接收通道，其中第1通道用于接收卫通地面站接收中频信号，第2~4通道用于接收取样天线10接收中频信号。数字信号处理单元53采用FPGA实现数字域抗干扰信号处理。

请参阅图8-9所示，所述输出射频开关矩阵60，输出端电性连接卫通地面站终端，将F个抗干扰处理后的中频信号输出到S个输出端口，其中各频点对应的输出端口编号和输入射频开关矩阵40的各输入端口编号一一对应。

所述输出射频开关矩阵60，包含F×S开关矩阵61，其中F×S开关矩阵61包含F个输出射频开关611、S个输出合成器612、S个输出低噪放613，其中，

所述F个输出射频开关611，各包含1个输入端口和S个输出端口，且各输出端口分别接输出合成器612一输入端口，所述F个输出射频开关611将F个输入信号分别切换到S个输出合成器612输入端；

所述S个输出合成器612，各包含F个输入端口和1个输出端口，输出端口分别接S个输出低噪放613输入端，所述S个输出合成器612将多个输入信号合成为1路信号输出；

所述S个输出低噪放613，输出接卫通地面站终端输入端口，所述S个输出低噪放613将S个输出合成器612输出信号放大输出。

本实施例中，输出射频开关矩阵60，包含1个16×2射频开关矩阵。

实施例1

请参阅图10所示，本发明实施例1提供了一种Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消方法，其采用上述Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置进行干扰对消，包括如下步骤：

S1，安装上述装置，将卫通第n个频点的接收数字基带信号通过一个延时器74得到延迟卫通接收信号，其延时量D等于卫通接收干扰信号和取样天线阵列接收干扰信号时间差的平均值；

S2，取样天线10接收信号经过一个空时滤波器72得到干扰对消信号，具体步骤为：将4个取样天线接收到的干扰信号通过一个空时滤波器72，得到干扰对消信号；本实施例中，空时滤波器72采用单时域抽头的空时滤波器结构，其中时域滤波器阶数为1，则滤波器权值表示为

，假设取样天线接收信号为

，得到干扰对消信号为

，其中N=4；

S3，干扰对消信号和延迟卫通接收信号通过合成器73矢量相加，实现干扰抵消，得到干扰对消输出信号；利用本装置将得到的干扰对消信号与延迟后的卫通地面站接收信号合成，实现干扰抑制；该干扰抑制输出信号为

；

S4，权值更新模块71采用自适应滤波算法以取样天线接收信号和干扰对消输出信号作为输入迭代更新空时滤波器72的权值，实现自适应权值调整，具体步骤为：将取样天线接收到的干扰信号x(n)以及干扰抑制输出信号e(n)输入给权值更新算法71，得到空时滤波器72的新权值w（n），实现自适应干扰对消。本实施例中，权值更新算法采用LMS（Least MeanSquare, 最小均方差）算法，其权值更新方法为：

，其中

为步长因子。

S5，步长计算模块75通过分析取样天线接收信号的功率计算得到合适的步长，提供给权值更新模块71，实现自适应步长调整。所述步长计算模块75的计算方法具体步骤为：

P1，计算各取样天线接收信号的瞬时功率P₁(m), P₂(m),…, P_N(m)，其中m为时间；

P2，将瞬时功率P₁(m), P₂(m),…, P_N(m)分别通过一个指数平滑滤波器得到平滑滤波后的接收信号功率S_n(m)，m=1,…,N，其计算过程为，S_n(m)=(1-a) S_n(m)+a×P_n(m)，其中a为平滑常数；

P3，计算得到最大功率值P_max（m）=max(P₁(m), P₂(m),…, P_N(m))；

P4，计算得到步长u（m）=r×1/ P_max（m），其中r为算法参量。

综上所述，本发明提供了一种Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置。该装置包括取样天线、第一级下变频模块、馈电馈钟模块、输入射频开关矩阵、信号处理模块以及输出射频开关矩阵。本发明采用工作在不同频段的天线单元组合实现多个频段的干扰信号空间采样，同时采用多个信号处理模块分别处理分布在任意频段、任意频点的通信信号，从而实现了Ku/Ka双频段、多频点波束形成抗干扰，有效克服了现有技术方案只能处理分布在同一频段的单个或两个频点的通信信号，不能实现分布在多个频段、多个频点的通信信号的技术缺陷。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，其特征在于：包括N个取样天线（10）、N个第一级下变频模块（20）、馈电馈钟模块（30）、输入射频开关矩阵（40）、F个信号处理模块（50）以及输出射频开关矩阵（60），其中，N≥1，F≥1；

所述N个取样天线（10），输出端分别电性连接N个第一级下变频模块（20）射频端口，其分别从不同空间位置采集干扰信号样本；

所述N个第一级下变频模块（20），分别含S个中频端口，每个中频端口含一个频段的中频信号；N个第一级下变频模块（20）的中频端口分别电性连接馈电馈钟模块（30）的N组输入端口；

所述馈电馈钟模块（30），含N组输出端口，其中每组输出耦合中频信号的输出端分别电性连接所述输入射频开关矩阵（40）第2至第N+1组输入端口；

所述输入射频开关矩阵（40），含N+1组输入端口，每组输入端口包含S个端口，其中第1组输入端口分别电性连接卫通地面站的S个接收中频端口，所述输入射频开关矩阵（40）含F组输出端口，每组输出端口含N+1个端口，每组输出端口独立电性连接至任意一个信号处理模块（50）的各输入端口；

所述F个信号处理模块（50），输出端分别电性连接输出射频开关矩阵（60）各输入端口；

所述输出射频开关矩阵（60），输出端电性连接卫通地面站终端，将F个抗干扰处理后的中频信号输出到S个输出端口，其中各频点对应的输出端口编号和输入射频开关矩阵（40）的各输入端口编号一一对应。

2.根据权利要求1所述的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，其特征在于：所述取样天线（10）包含S个天线单元（11），每个天线单元（11）工作在不同频段。

3.根据权利要求2所述的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，其特征在于：所述天线单元（11）包含两个正交极化输出端口，其中正交极化方式为垂直和水平极化，或者，为右旋和左旋圆极化。

4.根据权利要求1所述的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，其特征在于：所述第一级下变频模块（20）包含S个不同工作频段的下变频通道；每个下变频通道包含下变频射频开关（21）、下变频低噪放（22）、第一级下变频器（23）、多工器（24），其中，

所述下变频射频开关（21）的两个输入端分别连接波段n天线单元（11）极化1和极化2的输出端口，输出端连接下变频低噪放（22）输入端，实现波段n天线单元（11）两个极化接收信号的选择；其中，1≤n≤S；

所述下变频低噪放（22）的输出端接第一级下变频器（23）的输入端，实现下变频射频开关（21）输出信号的低噪声放大；

所述第一级下变频器（23）的输出端接多工器（24）的中频端口（244），将取样天线接收信号下变频到中频频率；

所述多工器（24）的直流输出端口（242）接下变频低噪放（22）、第一级下变频器（23）的电源端口，为下变频低噪放（22）、第一级下变频器（23）提供电源；所述多工器（24）的参考时钟端口（243）接第一级下变频器（23）的下变频时钟端口（231），为第一级下变频器（23）提供参考时钟信号；所述多工器（24）的中频/参考时钟/电源端口（241）接馈电馈钟模块（30）一馈电馈钟端口，为第一级下变频模块（20）提供电源和时钟。

5.根据权利要求1所述的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，其特征在于：所述馈电馈钟模块（30）包含N个馈电馈钟单元（31）、晶振（32）、功率放大器（33）以及多路功分器（34），其中，

所述N个馈电馈钟单元（31），各包含S个偏置器（35），S个双工器（36）；所述S个偏置器（35），各射频和直流端口（351）接第一级下变频模块（20）中频端口，各第一直流端口（352）分别接S个双工器（36）的射频和时钟端口（361），各第二直流端口（353）接外部电源；所述S个双工器（36），各射频端口（362）接输入射频开关矩阵（40）各输入端口，各时钟端口（363）接多路功分器（34）一输出端口；

所述晶振（32），输出端接功率放大器（33）输入端，所述晶振（32）提供时钟信号；

所述功率放大器（33），输出端接多路功分器（34）输入端；

所述多路功分器（34），各输出端分别接N个馈电馈钟单元（31）中各双工器（36）的时钟端口（363）。

6.根据权利要求1所述的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，其特征在于：所述输入射频开关矩阵（40），包含N+1个S×F射频开关矩阵（41），其中，每个S×F射频开关矩阵（41）包含S个输入低噪放（411）、S个功分器（412）、F个输入射频开关（413），其中，

所述输入低噪放（411），输出端分别连接个功分器（412）输入端，将各输入信号放大；

所述功分器（412），输出端分别连接输入射频开关（413）输入端，将输入信号等功分为F个路输出；

所述输入射频开关（413），输出端分别信号处理模块（50）各输入端，实现输入S个输入中频信号的选择；

所述输入射频开关矩阵（40）的输出信号分为F组，其中第f组包含N+1个S×F射频开关矩阵（41）的第f个输出信号，1≤f≤F。

7.根据权利要求1所述的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，其特征在于：所述信号处理模块（50）包含N+1个下变频器（51）、N+1个模数转换器（52）、数字信号处理单元（53）、数模转换器（54）和上变频器（55），其中，

所述N+1个下变频器（51），输出端接各模数转换器（52）输入端，将输入信号下变频到基带或低中频；

所述N+1个模数转换器（52），输出端接数字信号处理单元（53）输入端，将输入信号数字化；

所述数字信号处理单元（53），输出端接数模转换器（54）的输入端口，实现数字域抗干扰信号处理；

所述数模转换器（54），输出端接上变频器（55），将数字信号处理单元（53）输出的数字信号转换为模拟基带信号或模拟低中频信号；

所述上变频器（55），输出端接输出射频开关矩阵（60）一输入端，将数模转换器（54）的输出信号上变频到中频频率。

8.根据权利要求1所述的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，其特征在于：所述输出射频开关矩阵（60)，包含F×S开关矩阵（61），其中F×S开关矩阵（61）包含F个输出射频开关（611）、S个输出合成器（612）、S个输出低噪放（613），其中

所述F个输出射频开关（611），各包含1个输入端口和S个输出端口，且各输出端口分别接输出合成器（612）一输入端口，所述F个输出射频开关（611）将F个输入信号分别切换到S个输出合成器（612）输入端；

所述S个输出合成器（612），各包含F个输入端口和1个输出端口，输出端口分别接S个输出低噪放（613）输入端，所述S个输出合成器（612）将多个输入信号合成为1路信号输出；

所述S个输出低噪放（613），输出接卫通地面站终端输入端口，所述S个输出低噪放（613）将S个输出合成器（612）输出信号放大输出。

9.根据权利要求1所述的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，其特征在于：各个信号处理模块（50）所采用的抗干扰处理算法相同。

10.一种Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消方法，其特征在于：采用权利要求1至9中任一项权利要求所述的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置进行干扰对消，包括如下步骤：

S1，将卫通第n个频点的接收数字基带信号通过一个延时器（74）得到延迟卫通接收信号，其延时量D等于卫通接收干扰信号和取样天线阵列接收干扰信号时间差的平均值；

S2，取样天线（10）接收信号经过一个空时滤波器（72）得到干扰对消信号；

S3，干扰对消信号和延迟卫通接收信号通过合成器（73）矢量相加，实现干扰抵消，得到干扰对消输出信号；

S4，权值更新模块（71）采用自适应滤波算法以取样天线接收信号和干扰对消输出信号作为输入迭代更新空时滤波器（72）的权值，实现自适应权值调整；

S5，步长计算模块（75）通过分析取样天线接收信号的功率计算得到合适的步长，提供给权值更新模块（71），实现自适应步长调整。

11.根据权利要求10所述的Ku和Ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消方法，其特征在于，所述步长计算模块（75）的计算方法为：

P1，计算各取样天线接收信号的瞬时功率P₁(m), P₂(m),…, P_N(m)，其中m为时间；

P2，将瞬时功率P₁(m), P₂(m),…, P_N(m)分别通过一个指数平滑滤波器得到平滑滤波后的接收信号功率S_n(m)，m=1,…,N，其计算过程为，S_n(m)=(1-a) S_n(m)+a×P_n(m)，其中a为平滑常数；

P3，计算得到最大功率值P_max（m）=max(P₁(m), P₂(m),…, P_N(m))；

P4，计算得到步长u（m）=r×1/ P_max（m），其中r为算法参量。

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