CN114204284A - 相控阵天线的抗干扰方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信及雷达技术领域，公开了一种相控阵天线的抗干扰方法及系统，旨在解决现有抗干扰方法存在性能差以及计算复杂度高的问题，方案主要包括：利用期望波束向量对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并，得到第二信号；分别利用至少一个干扰波束向量对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并，得到第三信号向量；根据干扰波束向量的数量设置对应的复权值向量，根据所述第二信号和第三信号向量优化并计算复权值向量，根据所述第二信号、第三信号向量和复权值向量得到系统输出信号。本发明提高了系统性能，降低了计算复杂度，适用于相控阵天线系统。

Description

相控阵天线的抗干扰方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信及雷达技术领域，具体来说涉及一种相控阵天线的抗干扰方法及系统。

背景技术

相控阵天线通过调整阵列天线中各路信号相位来改变阵列天线方向图最大值的指向，形成对准期望信号或目标用户方向的波束。

在现有相控阵天线系统中，常用的抗干扰方法是通用旁瓣消除器，其将接收到的天线阵列信号分为上、下两个支路的信号。上支路信号由一个期望信号方向波束产生；下支路信号有多路，由一个与上支路波束向量正交的矩阵产生，多路信号的每一路都与一个复权值相乘。对多个复权值进行优化后产生多路信号，多路信号相加后再进行反相，然后与上支路信号一起进入一个加法器，相加后就得到干扰消除后的整体输出信号。由于实际系统中电路硬件存在难以避免的参数误差，包括相位、幅度等，因此真正的正交性很难实现，且正交性是一个十分敏感的因素，少许的正交性偏差会对系统性能带来很大的退化。另一方面，复权值的计算复杂度较高，复权值的数量随天线数量的增加而增加，当天线数量较大时，众多的复权值优化及计算使系统计算复杂度大幅度提高，占用大量软、硬件资源，不利于实际运行。

发明内容

本发明旨在解决现有的相控阵天线系统抗干扰方法存在的上述问题，即正交性及计算复杂度问题，提出一种相控阵天线的抗干扰方法及系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种相控阵天线的抗干扰方法，包括以下步骤：

利用期望波束向量对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各路信号(称第一信号)进行合并，得到第二信号；

分别利用至少一个干扰波束向量对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并，得到第三信号向量；

根据干扰波束向量的数量设置对应的复权值向量，根据所述第二信号和第三信号向量优化并计算复权值向量，根据所述第二信号、第三信号向量和复权值向量得到系统输出信号。

作为进一步优化，根据所述第二信号和第三信号向量优化并计算复权值向量，具体包括：

计算所述第二信号与第三信号向量的互相关向量以及第三信号向量的自相关矩阵，根据所述互相关向量和自相关矩阵计算得到复权值向量。

作为进一步优化，所述复权值向量的计算公式如下：

w＝R^-1p；

式中，w为复权值向量，R为第三信号向量的自相关矩阵，p为第二信号与第三信号向量的互相关向量。

所述第二信号与第三信号向量的互相关向量的计算公式如下：

p＝E[xd^*]；

所述第三信号向量的自相关矩阵的计算公式如下：

式中，E为求数学期望，*为复数共轭，d为第二信号，x为第三信号向量，H为求共轭转置。

作为进一步优化，根据所述第二信号、第三信号向量和复权值向量得到系统输出信号的计算公式如下：

y＝w^Hx-d；

式中，y为系统输出信号，w为复权值向量，H为求共轭转置，x为第三信号向量，d为第二信号。

当只有一个干扰波束向量时，第三信号向量为一个第三信号，互相关向量为一个互相关值，复权值向量为一个复权值，其计算过程包括：

计算所述第二信号与第三信号的互相关值以及第三信号的功率，根据所述相关值和功率计算得到复权值。

根据所述第二信号、第三信号和复权值得到系统输出信号。

所述复权值的计算公式如下：

式中，w₁为复权值，p₁为互相关值，σ²为第三信号的功率。

作为进一步优化，所述第三信号的功率计算公式如下：

所述互相关值的计算公式如下：

p₁＝E[x₁d^*]；

式中，E为求数学期望，x₁为第三信号，*为复数共轭，d为第二信号。

根据所述第二信号、第三信号和复权值得到系统输出信号的计算公式如下：

y＝w₁ ^*x₁-d；

式中，y为系统输出信号，w₁为复权值(运算时先作复数共轭)，x₁为第三信号，d为第二信号。

第二方面，提供一种相控阵天线的抗干扰系统，包括：

期望波束向量单元，用于对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并得到第二信号；

至少一个干扰波束向量单元，用于分别对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并得到第三信号向量；

信号处理单元，用于根据干扰波束向量的数量设置对应的复权值向量，根据所述第二信号和第三信号向量优化并计算复权值向量；

反相器，用于对第二信号进行反相运算，输出反相后的信号；

第一加法器，用于根据第三信号向量和复权值向量得到中间信号；

第二加法器，用于对所述反相后的信号及所述中间信号进行相加，得到系统输出信号。

本发明的有益效果是：本发明所述的相控阵天线的抗干扰方法及系统，一方面，避免了现有技术要求的正交性，因此提高了系统在实际应用中的性能及可行性。另一方面，本发明系统的复权值数量不会随着天线数量的增加而增加，而是与干扰信号数量一致，因此相比之下减少了复权值的数量，低了计算复杂度。

附图说明

图1为本发明实施例所述的相控阵天线的抗干扰方法流程示意图；

图2为本发明实施例所述的相控阵天线的抗干扰系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本发明提供的相控阵天线的抗干扰方法及系统，主要方案包括：利用期望波束向量对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并，得到第二信号；分别利用至少一个干扰波束向量对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并，得到第三信号向量；根据干扰波束向量的数量设置对应的复权值向量，根据所述第二信号和第三信号向量优化并计算复权值向量，根据所述第二信号、第三信号向量和复权值向量得到系统输出信号。

具体而言，天线阵列包括多根天线，每个天线支路输出一路解调后的第一信号，通过期望波束向量单元对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行期望波束拟合，产生对准期望信号方向的波束，输出第二信号；通过至少一个干扰波束向量单元对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行干扰波束拟合，每个干扰波束向量单元产生对准相应干扰信号方向的波束，输出一个相应的第三信号，由此得到第三信号向量；通过信号处理单元根据所述第二信号和第三信号向量计算复权值向量；将复权值向量的每一个元素求复数共轭后与第三信号向量的每一个元素一一对应相乘，得到至少一路信号，然后通过第一加法器对所述信号进行求和，得到中间信号；通过反相器对第二信号进行反相运算，输出反相信号；通过第二加法器对反相信号及中间信号进行相加，得到系统输出信号。

实施例

本发明实施例所述的相控阵天线的抗干扰方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、天线阵列中的每一个天线支路输出一路解调后的第一信号。

步骤2a、利用期望波束向量对天线阵列中所有天线支路输出的各第一信号进行合并，得到第二信号。

步骤2b、在执行步骤2a同时，分别利用至少一个干扰波束向量对天线阵列中所有天线支路输出的各第一信号进行合并，得到第三信号向量。

具体地，通过至少一个干扰波束向量单元对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行干扰波束拟合，每个干扰波束向量单元产生对准相应干扰信号方向的波束，输出一个相应的第三信号，由此得到第三信号向量。

得到第三信号向量的具体方法如下：

对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号用干扰波束向量1进行合并，其输出即为第三信号x₁；

对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号用干扰波束向量2进行合并，其输出即为第三信号x₂；

对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号用干扰波束向量3，4，...，N分别进行合并，其相应输出为第三信号x₃，x₄，...，x_N(N≥1)；

将所有第三信号组合成一个第三信号向量x，x＝[x₁,x₂,...,x_N]^T，这里，N≥1，T是求转置。

步骤3、根据干扰波束向量的数量设置对应的复权值向量，根据所述第二信号和第三信号向量优化并计算复权值向量，根据所述第二信号、第三信号向量和复权值向量得到系统输出信号。

具体地，首先设置一个N维复权值向量w，w＝[w₁,w₂,...,w_N]^T(N≥1)。

所述优化及计算复权值向量w的计算公式如下：

w＝R^-1p；

式中，w为复权值向量，R为第三信号向量的自相关矩阵，p为第二信号与第三信号向量的互相关向量。

其中，所述第二信号与第三信号向量的互相关向量的计算公式如下：

p＝E[xd^*]；

所述第三信号向量的自相关矩阵的计算公式如下：

R＝E[xx^H]；

式中，E为求数学期望，*为复数共轭，d为第二信号，x为第三信号向量，H为求共轭转置。

本实施例中，根据所述第二信号、第三信号向量和复权值向量得到系统输出信号，具体包括：

将复权值向量w与第三信号向量x作点积运算后的信号与第二信号d相减，得到系统输出信号y，具体计算公式如下：

y＝w^Hx-d；

式中，y为系统输出信号，w为复权值向量，H为求共轭转置，x为第三信号向量，d为第二信号。

可以理解，在实际应用时，干扰信号数量与干扰波束向量数量一致，与复权值数量一致。特别地，当干扰信号数量为1时，干扰波束向量数量为1，复权值数量为1，此时，第三信号数量也为1，第三信号向量x变为一个第三信号x₁，复权值向量w变为一个复权值w₁，互相关向量p变为一个互相关值p₁，于是，系统输出信号y的计算公式如下：

式中，y为系统输出信号，w₁为复权值，x₁为第三信号，d为第二信号。

其中，复权值w₁计算公式如下：

式中，w₁为复权值，p₁为互相关值，σ²为第三信号的功率。

其中，所述第三信号的功率计算公式如下：

所述互相关值的计算公式如下：

式中，E为求数学期望，x₁为第三信号，*为复数共轭，d为第二信号。

基于上述技术方案，本实施例还提供一种相控阵天线的抗干扰系统，如图2所示，包括：

天线阵列单元，包含多根接收天线及相应电支路，用于接收射频信号，并将每路射频信号进行解调，得到基带信号，然后输出多路基带信号，本实施例称为第一信号；

期望波束向量单元，用于对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并，得到第二信号d；

干扰波束向量单元1，用于对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并，得到第三信号x₁；

干扰波束向量单元2，用于对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并，得到第三信号x₂；

干扰波束向量单元3，4，...，N，分别对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并，得到相应的第三信号x₃，x₄，...，x_N(N≥1)；

将所有第三信号组合成一个第三信号向量x，x＝[x₁,x₂,...,x_N]^T，这里，N≥1,T是求转置。

信号处理单元，用于根据所述第二信号d和第三信号向量x优化及计算复权值向量w。

反相器，用于对第二信号d进行反相运算，输出反相后的信号-d。

第一加法器，用于根据第三信号向量x和复权值向量w得到中间信号v。具体地，所述第一加法器将复权值向量w的每一个元素求复数共轭后与第三信号向量x的每一个元素一一对应相乘，然后送入第一加法器进行求和，得到中间信号v。

第二加法器，用于对所述反相后的信号-d及所述中间信号v进行相加，得到系统输出信号y。

可以理解，由于本发明实施例所述相控阵天线的抗干扰系统是用于实现实施例所述相控阵天线的抗干扰方法的系统，对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述得较为简单，相关之处参见方法部分说明即可。

综上所述，本实施例将干扰波束的第三信号向量通过复权值向量后与期望波束的第二信号相减，达到消除干扰的目的。本实施例计算的复权值向量将产生优化效果，可以最大限度消除干扰。复权值向量的计算只需期望波束及干扰波束的输出信号，无需在每一根天线支路采集信号，大大降低了计算复杂度，简化了系统。

Claims (10)

1.相控阵天线的抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用期望波束向量对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并，得到第二信号；

分别利用至少一个干扰波束向量对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并，得到第三信号向量；

根据干扰波束向量的数量设置对应的复权值向量，根据所述第二信号和第三信号向量优化并计算复权值向量，根据所述第二信号、第三信号向量和复权值向量得到系统输出信号。

2.如权利要求1所述的相控阵天线的抗干扰方法，其特征在于，根据所述第二信号和第三信号向量优化并计算复权值向量，具体包括：

计算所述第二信号与第三信号向量的互相关向量以及第三信号向量的自相关矩阵，根据所述互相关向量和自相关矩阵计算得到复权值向量。

3.如权利要求2所述的相控阵天线的抗干扰方法，其特征在于，所述复权值向量的计算公式如下：

w＝R^-1p；

式中，w为复权值向量，R为第三信号向量的自相关矩阵，p为第二信号与第三信号向量的互相关向量。

4.如权利要求3所述的相控阵天线的抗干扰方法，其特征在于，所述第二信号与第三信号向量的互相关向量的计算公式如下：

p＝E[xd^*]；

所述第三信号向量的自相关矩阵的计算公式如下：

R＝E[xx^H]；

式中，E为求数学期望，*为复数共轭，d为第二信号，x为第三信号向量，H为求共轭转置。

5.如权利要求1所述的相控阵天线的抗干扰方法，其特征在于，根据所述第二信号、第三信号向量和复权值向量得到系统输出信号的计算公式如下：

y＝w^Hx-d；

式中，y为系统输出信号，w为复权值向量，H为求共轭转置，x为第三信号向量，d为第二信号。

6.如权利要求1所述的相控阵天线的抗干扰方法，其特征在于，当干扰波束向量为一个时，第三信号向量为一个第三信号，互相关向量为一个互相关值，复权值向量为一个复权值，根据所述第二信号和第三信号向量优化并计算复权值向量，具体包括：

计算所述第二信号与第三信号的互相关值以及第三信号的功率，根据所述互相关值和功率计算得到复权值；

根据所述第二信号、第三信号向量和复权值向量得到系统输出信号，具体包括：

根据所述第二信号、第三信号和复权值得到系统输出信号。

7.如权利要求6所述的相控阵天线的抗干扰方法，其特征在于，所述复权值的计算公式如下：

式中，w₁为复权值，p₁为互相关值，σ²为第三信号的功率。

8.如权利要求7所述的相控阵天线的抗干扰方法，其特征在于，所述第三信号的功率计算公式如下：

所述互相关值的计算公式如下：

式中，E为求数学期望，x₁为第三信号，*为复数共轭，d为第二信号。

9.如权利要求6所述的相控阵天线的抗干扰方法，其特征在于，根据所述第二信号、第三信号和复权值得到系统输出信号的计算公式如下：

式中，y为系统输出信号，w₁为复权值，*为复数共轭，x₁为第三信号，d为第二信号。

10.相控阵天线的抗干扰系统，其特征在于，包括：

期望波束向量单元，用于对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并得到第二信号；

至少一个干扰波束向量单元，用于分别对天线阵列中所有天线支路输出的解调后的各第一信号进行合并得到第三信号向量；

信号处理单元，用于根据干扰波束向量的数量设置对应的复权值向量，根据所述第二信号和第三信号向量优化并计算复权值向量，根据所述第二信号、第三信号向量和复权值向量得到系统输出信号；

反相器，用于对第二信号进行反相运算，输出反相后的信号；

第一加法器，用于根据第三信号向量和复权值向量得到中间信号；

第二加法器，用于对所述反相后的信号及所述中间信号进行相加，得到系统输出信号。

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