CN114553305A - 基于散射通信相控阵天线的天线对准装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于散射通信相控阵天线的天线对准装置，包括：信号收发单元、通信信号收发单元、收发信息交换单元、天线对准时间同步发波束信号发生器和抵消分离收波束接收器；抵消分离收波束接收器，用于对天线对准接收波束信号和解调信号进行抵消、分离以及拟合处理，并将处理得到的优化天线对准接收波束信息发送至天线对准时间同步发波束信号发生器；天线对准时间同步发波束信号发生器，用于对优化天线对准接收波束信息进行误差提取、加权及成帧处理，并将处理后得到的天线对准时间同步发送波束信号发送至收发信息交换单元。本发明提供的天线对准装置在无依托、仅已知概略通信方向且不影响正常组网通信条件下可实现快速天线对准。

Description

基于散射通信相控阵天线的天线对准装置

技术领域

本发明涉及散射通信技术领域，尤其涉及一种基于散射通信相控阵天线的天线对准装置。

背景技术

对流层散射通信是利用对流层散射信道进行的通信，具有信道资源稳定可靠且长期存在、无需付费及抗干扰、抗截获、抗侦收能力强等优势，被广泛使用。

目前，散射通信中天线对准方法都需要采用辅助通信手段如采用北斗或者短波等超视距通信，才能协助天线对准信息信道，便于天线互传位置及接收信号电平等信息。当没有辅助通信手段，仅已知概略通信方向时，很难实现天线对准，平均对准时间不小于30分钟。在点对多点组网通信中，要完成中心节点与多个外围节点的天线对准，则会占用大量时间，且需要很多操作人员才能完成对准。因此，亟需一种无依托的快速对准的天线对准装置。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于散射通信相控阵天线的天线对准装置，以解决当没有辅助通信手段，仅已知概略通信方向时，很难实现天线对准的问题。

本发明实施例提供了一种基于散射通信相控阵天线的天线对准装置，包括：信号收发单元、通信信号收发单元、收发信息交换单元、天线对准时间同步发波束信号发生器和抵消分离收波束接收器；

收发信息交换单元，用于将信号收发单元发送的通信接收波束信号和天线对准接收波束信号分别发送至通信信号收发单元和抵消分离收波束接收器；

通信信号收发单元，用于对通信接收波束信号进行接收处理，将得到的解调信号发送至抵消分离收波束接收器，并将解调信号进行业务分发处理并输出；

抵消分离收波束接收器，用于对天线对准接收波束信号和解调信号进行抵消、分离以及拟合处理，并将处理得到的优化天线对准接收波束信息发送至天线对准时间同步发波束信号发生器；

天线对准时间同步发波束信号发生器，用于对优化天线对准接收波束信息进行误差提取、加权及成帧处理，并将处理后得到的天线对准时间同步发送波束信号发送至收发信息交换单元；

通信信号收发单元，还用于对业务信息进行发业务编码及成帧处理，并将处理得到的通信发送波束信号发送至收发信息交换单元；

收发信息交换单元，还用于将交互后的通信发送波束信号和天线对准时间同步发送波束信号发送到信号收发单元。

在一种可能的实现方式中，信号收发单元包括天线阵面、发送接收组件集合、收发本振、数字预处理与数字波束形成子单元和波束控制子单元；

天线阵面，用于接收各个天线阵元输入的收射频信号，并将收射频信号发送至发送接收组件集合；

发送接收组件集合，用于对收射频信号进行低噪声放大后处理，将处理后得到的信号与收发本振发送的接收本振指令进行混频和滤波处理，并将得到的多路接收中频信号发送至数字预处理与数字波束形成子单元；

波束控制子单元，用于接收通信信号收发单元发送的通信接收波束控制信号和通信接收本振控制指令，并将其发送到数字预处理与数字波束形成子单元；

数字预处理与数字波束形成子单元，用于对多路接收中频信号进行数字采样、预处理以及数字波束形成处理，并将处理得到的通信接收波束信号和天线对准接收波束信号发送至收发信息交换单元；

数字预处理与数字波束形成子单元，还用于对天线对准时间同步发送波束信号和通信发送信号进行数字波束形成处理，将处理得到的多路发送中频信号发送至发送接收组件集合，并将来自波束控制子单元的发本振指令发送至收发本振；

发送接收组件集合，还用于将接收到的多路发送中频信号和发本振指令进行混频和滤波处理，并将得到的多路发送信号发送至天线阵面；

天线阵面，还用于将多路发送信号通过各个天线阵元进行发射。

在一种可能的实现方式中，抵消分离收波束接收器，还用于基于通信信号收发单元发送的接收波束控制脉冲信号，将产生的天线对准接收波束控制信号发送至波束控制子单元；

数字预处理与数字波束形成子单元，具体用于将通信接收本振控制指令发送至收发本振，对多路接收中频信号进行数字采样及预处理，将得到的多路数字信号基于天线对准接收波束控制信号和通信接收波束控制信号进行数字波束形成处理，并将处理得到的通信接收波束信号和天线对准接收波束信号发送至收发信息交换单元。

在一种可能的实现方式中，抵消分离收波束接收器，具体用于对天线对准接收波束信号和解调信号进行通信信号抵消、远近波束信号分离以及面覆盖多波束信号拟合，并将拟合得到的优化天线对准接收波束信息发送至天线对准时间同步发波束信号发生器。

在一种可能的实现方式中，通信信号收发单元，还用于向天线对准时间同步发波束信号发生器发送通信收发控制信号；

天线对准时间同步发波束信号发生器，具体用于对优化天线对准接收波束信息和通信收发控制信号进行波束同步误差提取、收波束特征值加权、发波束信号成帧处理，并将处理得到的可通信信号、天线对准发送波束控制信号与本振指令、天线对准时间同步发送波束信号分别发送至通信信号收发单元、波束控制子单元和收发信息交换单元。

在一种可能的实现方式中，通信信号收发单元，具体用于对通信接收波束信号进行接收处理得到解调信号，并将解调信号和接收波束控制脉冲信号发送至抵消分离收波束接收器，并将解调信号进行业务分发处理并输出；

通信信号收发单元，还具体用于将通信发送波束控制信号与发本振指令发送至波束控制子单元。

在一种可能的实现方式中，收发信息交换单元，还用于将天线对准时间同步发送波束信号发送至数字预处理与数字波束形成子单元；

数字预处理与数字波束形成子单元，还具体用于将天线对准时间同步发送波束信号和通信发送信号基于天线对准发送波束控制信号和通信发送波束控制信号进行数字波束形成、数模转换以及上变频处理，并将处理得到的多路发送中频信号发送至发送接收组件集合。

在一种可能的实现方式中，波束控制子单元基于通信接收波束控制指令、通信发送波束控制指令、收本振指令、发本振指令、天线对准接收波束控制指令和天线对准发送波束控制指令，对数字预处理与数字波束形成子单元中的接收波束和发送波束进行控制管理。

在一种可能的实现方式中，抵消分离收波束接收器包括：自适应通信信号消除器、通信信号重构器、数字下变频与低通滤波器、多通道匹配滤波器、远近波束分离器、天线对准接收波束控制器、多通道接收波束信号合并器、面覆盖天线波束拟合器和天线接收波束优选管理；

通信信号重构器，用于对接收到的通信解调信号进行编码调制的逆调处理，并将处理得到的重构通信信号发送至自适应通信信号消除器；

自适应通信信号消除器，用于接收天线对准接收波束信号以及重构通信信号，并对天线对准接收波束信号中存在的通信信号进行自适应消除处理，将处理得到的天线对准接收波束提纯信号发送至数字下变频与低通滤波器；还用于接收上述接收波束控制脉冲信号，并将产生的天线对准接收波束时间使能信号发送至天线对准接收波束控制器；

天线对准接收波束控制器，用于基于天线对准接收波束时间使能信号生成天线对准收波束时间脉冲信号发送至远近波束分离器和多通道接收波束合并器，并将产生的天线对准接收波束控制信号发送至波束控制子单元；

数字下变频与低通滤波器，用于对天线对准接收波束提纯信号进行数字正交下变频以及数字低通滤波处理，并将处理得到天线对准接收波束基带信号发送至多通道匹配滤波器；

多通道匹配滤波器，用于对天线对准接收波束基带信号进行多通道并行匹配处理，并将得到的多个不同波束的匹配信号进行压低信号底噪处理，将处理得到的输出天线对准接收波束匹配信号发送至远近波束分离器；

远近波束分离器，用于从天线对准接收波束匹配信号和天线对准接收波束时间脉冲信号中，分离收波束匹配信号中因同时接收来自同一波束方向不同距离的多个天线对准信号产生的远近效应信号、远站天线对准信号后，并将天线对准接收波束分离远近效应信号发送至多通道接收波束信号合并器；

多通道接收波束信号合并器，用于通过天线对准接收波束时间脉冲信号产生分集接收脉冲信号，并基于分集接收脉冲信号时序对天线对准接收波束分离远近效应信号进行分集合并，将得到的天线对准接收波束合并信号发送至面覆盖天线波束拟合器；

面覆盖天线波束拟合器，用于对天线对准接收波束合并信号进行面覆盖天线收波束拟合处理，并将处理得到的天线波束拟合图信号发送至天线接收波束优选管理；

天线接收波束优选管理，用于从天线波束图中对接收波束进行优选，并输出优化天线对准接收波束信息。

在一种可能的实现方式中，天线对准时间同步发波束信号发生器包括：收波束特征值加权器、通信收发脉冲产生器、定时匹配滤波器、天线对准发波束命令产生器、收波束同步误差提取器、天线对准发波束控制器、收波束同步信号发生器和发波束信号成帧器；

收波束特征值加权器，用于对优化天线对准接收波束信息进行特征值加权与识别处理，并将得到的天线对准接收波束识别信号发送至天线对准发波束命令产生器；

天线对准发波束命令产生器，用于根据天线对准接收波束识别信号产生天线对准发送波束命令信号，发送至天线对准发波束控制器和发波束信号成帧器，并将可通信波束信号发送至通信信号收发单元；

通信收发脉冲产生器，用于接收通信收发控制信号产生天线对准发送波束控制脉冲信号和接收波束控制脉冲信号，并分别发送至收波束同步误差提取器和天线对准发波束控制器；

天线对准发波束控制器，用于基于天线对准发送波束命令信号和天线对准发送波束控制脉冲信号，将产生的天线对准发送波束控制信号与发本振指令发送至波束控制子单元；

定时匹配滤波器，用于对优化天线对准接收波束信息进行匹配滤波，并将得到的天线对准接收波束脉冲信号发送至收波束同步误差提取器；

收波束同步误差提取器，用于基于接收波束控制脉冲信号和天线对准接收波束脉冲信号，通过脉冲信号对比提取天线对准接收波束同步误差信号，并将天线对准接收波束同步误差信号发送至收波束同步信号发生器；

收波束同步信号发生器，用于对天线对准接收波束同步误差信号进行编码、成形与调制处理，并将处理得到的收波束时间同步信号发送至发波束信号成帧器；

发波束信号成帧器，用于对天线对准发送波束命令信号进行映射与成形处理，并与收波束时间同步信号进行成帧处理，将处理得到的天线对准时间同步发波束信号发送至收发信息交换单元。

本发明实施例提供一种基于散射通信相控阵天线的天线对准装置，采用抵消分离收波束接收器用于对天线对准接收波束信号和解调信号进行抵消、分离以及拟合处理的天线对准多波束接收方法，采用天线对准时间同步发波束信号发生器用于对对优化天线对准接收波束信息进行误差提取、加权及成帧处理，从而实现在无依托、仅已知概略通信方向且不影响正常组网通信条件下实现快速天线对准，平均对准时间不大于5分钟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于散射通信相控阵天线的天线对准装置的电原理方框图；

图2是本发明实施例提供的抵消分离收波束接收器的电原理方框图；

图3是本发明实施例提供的天线对准时间同步发波束信号发生器的电原理方框图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

正如背景技术中所说的，现有散射通信天线对准需要采用北斗或者短波等超视距通信手段作为辅助散射天线对准信息通道，当无辅助通信手段仅已知概略通信方向时，很难实现天线对准，平均对准时间不小于30分钟；特别在散射点对多点组网通信中，要完成中心节点与多个外围节点的天线对准，会占用大量时间和操作人员。因此，亟需一种无依托的快速对准的天线对准装置。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种基于散射通信相控阵天线的天线对准装置。下面对本发明实施例所提供的基于散射通信相控阵天线的天线对准装置进行介绍。

一种基于散射通信相控阵天线的天线对准装置，包括：信号收发单元、通信信号收发单元、收发信息交换单元、天线对准时间同步发波束信号发生器和抵消分离收波束接收器。

其中，收发信息交换单元，用于将信号收发单元发送的通信接收波束信号和天线对准接收波束信号分别发送至通信信号收发单元和抵消分离收波束接收器。

通信信号收发单元，用于对通信接收波束信号进行接收处理，将得到的解调信号发送至抵消分离收波束接收器，并将解调信号进行业务分发处理并输出。

抵消分离收波束接收器，用于对天线对准接收波束信号和解调信号进行抵消、分离以及拟合处理，并将处理得到的优化天线对准接收波束信息发送至天线对准时间同步发波束信号发生器。

天线对准时间同步发波束信号发生器，用于对优化天线对准接收波束信息进行误差提取、加权及成帧处理，并将处理后得到的天线对准时间同步发送波束信号发送至收发信息交换单元。

通信信号收发单元，还用于对业务信息进行发业务编码及成帧处理，并将处理得到的通信发送波束信号发送至收发信息交换单元。

收发信息交换单元，还用于将交互后的通信发送波束信号和天线对准时间同步发送波束信号发送到信号收发单元。

具体的，上述信号收发单元包括天线阵面、发送接收组件集合、收发本振、数字预处理与数字波束形成子单元和波束控制子单元。

其中，天线阵面，用于接收各个天线阵元输入的收射频信号，并将收射频信号发送至发送接收组件集合。发送接收(T/R)组件集合，用于对收射频信号进行低噪声放大后处理，将处理后得到的信号与收发本振发送的接收本振指令进行混频和滤波处理，并将得到的多路接收中频信号发送至数字预处理与数字波束形成子单元。

波束控制子单元，用于接收通信信号收发单元发送的通信接收波束控制信号和收本振指令，并将其发送到数字预处理与数字波束形成子单元。

数字预处理与数字波束形成子单元，用于对多路接收中频信号进行数字采样、预处理以及数字波束形成处理，并将处理得到的通信接收波束信号和天线对准接收波束信号发送至收发信息交换单元。数字预处理与数字波束形成子单元，还用于对天线对准时间同步发送波束信号和通信发送信号进行数字波束形成处理，将处理得到的多路发送中频信号发送至发送接收组件集合，并将来自波束控制子单元的发本振指令发送至收发本振。

发送接收组件集合，还用于将接收到的多路发送中频信号和发本振指令进行混频和滤波处理，并将得到的多路发送信号发送至天线阵面。天线阵面，还用于将多路发送信号通过各个天线阵元进行发射。

具体的，抵消分离收波束接收器，还用于基于通信信号收发单元发送的接收波束控制脉冲信号，将产生的天线对准接收波束控制信号发送至波束控制子单元。数字预处理与数字波束形成子单元，具体用于将收本振指令发送至收发本振，对多路接收中频信号进行数字采样及预处理，将得到的多路数字信号基于天线对准接收波束控制信号和通信接收波束控制信号进行数字波束形成处理，并将处理得到的通信接收波束信号和天线对准接收波束信号发送至收发信息交换单元。抵消分离收波束接收器，具体用于对天线对准接收波束信号和解调信号进行通信信号抵消、远近波束信号分离以及面覆盖多波束信号拟合，并将拟合得到的优化天线对准接收波束信息发送至天线对准时间同步发波束信号发生器。

此外，通信信号收发单元，还用于向天线对准时间同步发波束信号发生器发送通信收发控制信号。

天线对准时间同步发波束信号发生器，具体用于对优化天线对准接收波束信息和通信收发控制信号进行波束同步误差提取、收波束特征值加权、发波束信号成帧处理，并将处理得到的可通信信号、天线对准发送波束控制信号与本振指令、天线对准时间同步发送波束信号分别发送至通信信号收发单元、波束控制子单元和收发信息交换单元。

其中，通信信号收发单元，具体用于对通信接收波束信号进行接收处理得到解调信号，并将解调信号和接收波束控制脉冲信号发送至抵消分离收波束接收器，并将解调信号进行业务分发处理并输出。通信信号收发单元，还具体用于将通信发送波束控制信号与发本振指令发送至波束控制子单元。

具体的，收发信息交换单元还用于将天线对准时间同步发送波束信号发送至数字预处理与数字波束形成子单元。数字预处理与数字波束形成子单元，还具体用于将天线对准时间同步发送波束信号和通信发送信号基于天线对准发送波束控制信号和通信发送波束控制信号进行数字波束形成、数模转换以及上变频处理，并将处理得到的多路发送中频信号发送至发送接收组件集合。

其中，波束控制子单元用于基于通信接收波束控制指令、通信发送波束控制指令、收本振指令、发本振指令、天线对准接收波束控制指令和天线对准发送波束控制指令，对数字预处理与数字波束形成子单元中的接收波束和发送波束进行控制管理。

下面以图1中所示的基于散射通信相控阵天线的天线对准装置，对其工作过程进行具体说明：

基于散射通信相控阵天线的天线对准装置包括：天线阵面1、发送接收(T/R)组件集合2、收发本振3、数字预处理与数字波束形成子单元4、波束控制子单元5、通信信号收发单元6、收发信息交换单元7、天线对准时间同步发波束信号发生器8、抵消分离收波束接收器9、时钟10以及电源11。

其中，数字预处理与数字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)子单元以下都简称为数字预处理与DBF单元，发送接收(T/R)组件集合以下简称为T/R组件集合。

天线阵面1的各个天线阵元对输入的收射频信号进行独立接收，将接收后的各路独立的收射频信号发送至T/R组件集合2中。

T/R组件集合2将收到的各路收射频信号进行低噪声放大，并将放大后的各路射频信号与收发本振3的收本振指令进行混频、滤除谐波处理，得到的多路接收中频信号，并将多路接收中频信号输出至数字预处理与DBF单元4。

数字预处理与DBF单元4接收来自波束控制子单元5的散射通信接收波束控制信号、天线对准接收波束控制信号和收本振指令，将通信接收本振控制指令送入收发本振3，并对T/R组件集合2输出的多路接收中频信号进行数字采样及预处理得到多路数字接收信号，然后按照散射通信接收波束控制信号和天线对准接收波束控制信号的要求对多路数字接收信号进行数字波束形成，得到通信接收信号和天线对准接收波束信号，并输出至收发信息交换单元7。

收发信息交换单元7将接收到的来自数字预处理与DBF单元4的通信接收信号和天线对准接收波束信号，分别输出至通信信号收发单元6和抵消分离收波束接收器9。

通信信号收发单元6产生的通信收波束控制信号和收本振指令输出至波束控制子单元5，产生通信收发控制信号输出至天线对准时间同步发波束信号发生器8，接收来自收发信息交换单元7的通信接收信号，对其进行接收处理得到通信解调信号，然后将通信解调信号与收波束控制脉冲信号输出至抵消分离收波束接收器9，同时将通信解调信号进行业务分发处理并输出。

抵消分离收波束接收器9接收来自通信信号收发单元6收波束控制脉冲信号产生天线对准接收波束控制信息至波束控制子单元5，接收来自收发信息交换单元7的天线对准接收波束信号和来自通信信号收发单元6的通信解调信号，进行通信信号抵消、远近波束信号分离以及面覆盖多波束信号拟合后得到优化天线对准接收波束信息，输出至天线对准时间同步发波束信号发生器8。

天线对准时间同步发波束信号发生器8接收来自通信信号收发单元6的通信接收发控制信号和来自抵消分离收波束接收器9的优化天线对准接收波束信息，进行波束同步误差提取、收波束特征值加权、发波束信号成帧等处理后得到可通信波束信号、天线对准接发波束控制信号与发本振指令和天线对准时间同步发波束信号，分别输出至通信信号收发单元6、波束控制子单元5和收发信息交换单元7。

通信信号收发单元6将业务信息进行发业务编码与成帧后的通信发信号发送至收发信息交换单元7，同时将通信发送波束控制信息与发本振指令输出至波束控制子单元5。

收发信息交换单元7接收来自天线对准时间同步发波束信号发生器8的天线对准时间同步发波束信号和来自通信信号收发单元6的通信发信号，完成信息交互后输出至数字预处理与DBF单元4。

数字预处理与DBF单元4接收来自收发信息交换单元7的天线对准时间同步发波束信号和通信发信号按照来自波束控制子单元5的发波束控制信号分别完成天线对准时间同步发波束信号和通信发信号的数字波束形成，然后进行数模转换与上变频，输出多路发送中频信号至T/R组件集合2，同时将来自波束控制子单元5的发本振指令输出至收发本振3，用于控制发波束的射频本振。

T/R组件集合2将来自数字预处理与DBF单元4的多路发送中频信号与收发本振3的发本振信号进行混频、滤除谐波处理，得到多路发送射频信号，并将多路发送射频信号输出至天线阵面1。天线阵面1的各个天线阵元对输入的各自的发射频信号进行空间辐射，完成散射通信信号的发射。

波束控制子单元5接收来自通信信号收发单元6的通信接收波束控制信息、通信发送波束控制信息、收本振指令与发本振指令、来自天线对准时间同步发波束信号发生器8的天线对准发送波束控制信号与发本振指令以及来自抵消分离收波束接收器9的天线对准接收波束控制信息，对数字预处理与DBF单元4的收发波束形成进行集中控制管理。

收发本振3受来自数字预处理与DBF单元4的收发本振指令控制，向T/R组件集合2输出发本振指令和收本振指令。

具体的，时钟10包括鉴相器、环路滤波器、VCXO等部分，为装置中的收发本振3、数字预处理与DBF单元4、波束控制子单元5、通信信号收发单元6和收发信息交换单元7、天线对准时间同步发波束信号发生器8和抵消分离收波束接收器9提供时钟参考；电源11为装置中的其他所有模块提供电源。

其中，数字预处理与DBF单元4、波束控制子单元5、通信信号收发单元6和收发信息交换单元7、天线对准时间同步发波束信号发生器8和抵消分离收波束接收器9由FPGA构成。

天线阵面1包含若干天线单元，T/R组件集合2包含若干T/R组件，每个T/R组件包含上变频器、发滤波器、发功率放大器、双工器、收滤波器、低噪放、下变频器等部分。收发本振3包含发本振频综电路、收本振频综电路以及相关滤波电路等。

图2为抵消分离收波束接收器9的电原理图，如图2所示，抵消分离收波束接收器9包括：自适应通信信号消除器91、通信信号重构器92、数字下变频与低通滤波器93、多通道匹配滤波器94、远近波束分离器95、天线对准接收波束控制器96、多通道接收波束信号合并器97、面覆盖天线波束拟合器98和天线接收波束优选管理99。

通信信号重构器92接收到通信解调信号后对其进行编码调制等逆调操作，输出重构通信信号至自适应通信信号消除器91。

自适应通信信号消除器91接收天线对准接收波束信号以及来自通信信号重构器92的重构通信信号，对天线对准接收波束信号中存在的通信信号进行自适应消除得到天线对准接收波束提纯信号，输出至数字下变频与低通滤波器93，同时接收收波束控制脉冲信号产生天线对准接收波束时间使能信号，输出至天线对准接收波束控制器96。

天线对准接收波束控制器96接收来自自适应通信信号消除器91的天线对准接收波束时间使能信号生成天线对准接收波束时间脉冲信号输出至远近波束分离器95和多通道接收波束合并器97，同时将产生的天线对准接收波束控制信息输出。

数字下变频与低通滤波器93对来自自适应通信信号消除器91的天线对准接收波束提纯信号进行数字正交下变频以及数字低通滤波处理，将得到天线对准接收波束基带信号并输出至多通道匹配滤波器94。

多通道匹配滤波器94对数字下变频与低通滤波器93输出的天线对准接收波束基带信号进行多通道并行匹配，得到多个不同波束的匹配信号，并压低信号底噪，输出天线对准接收波束匹配信号至远近波束分离器95。

远近波束分离器95接收来自多通道匹配滤波器94的天线对准接收波束匹配信号和来自天线对准接收波束控制器96的天线对准接收波束时间脉冲信号，分离收波束匹配信号中因同时接收来自同一波束方向不同距离的多个天线对准信号产生的远近效应信号，分离出远站天线对准信号后得到天线对准接收波束分离远近效应信号输出至多通道接收波束信号合并器97。

多通道接收波束信号合并器97接收来自天线对准接收波束控制器96的天线对准接收波束时间脉冲信号产生分集接收接收脉冲信号，并按该分集接收接收脉冲信号时序对来自远近波束分离器95的天线对准接收波束分离远近效应信号进行分集合并，克服散射通信接收信号的电平快衰落，得到天线对准接收波束合并信号输出至面覆盖天线波束拟合器98。

面覆盖天线波束拟合器98接收来自多通道接收波束信号合并器97的天线对准接收波束合并信号进行面覆盖天线收波束拟合，得到天线波束拟合图信号并输出至天线接收波束优选管理99。

天线接收波束优选管理99接收来自面覆盖天线波束拟合器98的天线波束拟合图信号，从天线波束图中对接收波束进行优选，然后输出优化天线对准接收波束信息。

图3是本发明的天线对准时间同步发波束信号发生器8的电原理图。图3中的天线对准时间同步发波束信号发生器8包括：收波束特征值加权器81、通信收发脉冲产生器82、定时匹配滤波器83、天线对准发波束命令产生器84、收波束同步误差提取器85、天线对准发波束控制器86、收波束同步信号发生器87和发波束信号成帧器88。

其中，收波束特征值加权器81接收优化天线对准接收波束信息对其进行特征值加权与识别，得到天线对准接收波束识别信号送入天线对准发波束命令产生器84。

天线对准发波束命令产生器84根据来自收波束特征值加权器81的天线对准接收波束识别信号产生天线对准发送波束命令信号，输出至天线对准发波束控制器86和发波束信号成帧器88，并同时输出可通信波束信号。

通信收发脉冲产生器82接收通信收发控制信号产生天线对准发送波束控制脉冲信号和接收波束控制脉冲信号，分别输出至收波束同步误差提取器85和天线对准发波束控制器86。

天线对准发波束控制器86接收来自天线对准发波束命令产生器84的天线对准发送波束命令信号和来自通信收发脉冲产生器82的天线对准发送波束控制脉冲信号，产生天线对准发送波束控制信号与发本振指令并输出。定时匹配滤波器83接收优化天线对准接收波束信息，对其进行匹配滤波得到天线对准接收波束脉冲信号，输出至收波束同步误差提取器85。

收波束同步误差提取器85接收来自通信收发脉冲产生器82接收波束控制脉冲信号和来自定时匹配滤波器83的天线对准接收波束脉冲信号，通过脉冲信号对比提取天线对准接收波束同步误差信号，并输出至收波束同步信号发生器87。

收波束同步信号发生器87对来自收波束同步误差提取器85的天线对准接收波束同步误差信号进行编码、成形与调制，得到收波束时间同步信号，并输出至发波束信号成帧器88。

发波束信号成帧器88接收来自天线对准发波束命令产生器84的天线对准发送波束命令信号，对命令信号进行映射与成形，与来自收波束同步信号发生器87的收波束时间同步信号进行成帧处理得到天线对准时间同步发波束信号并输出。

本发明简要原理：天线阵面的各个天线单元接收到收射频信号送入T/R组件集合，完成下变频后得到多路接收中频信号，数字预处理与DBF单元对多路接收中频信号进行数字采样和预处理，并根据波束控制子单元的波束控制信息完成对多路数字信号的DBF处理得到接收通信信号和天线对准接收波束信号，接收通信信号送入通信信号收发单元进行接收处理后送入抵消分离收波束接收器，在抵消分离收波束接收器中对天线对准接收波束信号中的通信信号进行对消，在完成远近波束信号分离、分集合并以及面覆盖多波束信号拟合后得到优化天线对准接收波束信息，输出至天线对准时间同步发波束信号发生器，天线对准时间同步发波束信号发生器通过接收到的优化天线对准接收波束信息进行波束同步误差提取、收波束特征值加权、发波束信号成帧等处理后得到包含定时误差和天线对准命令的发波束信息，并在通信的空闲周期控制波束控制子单元、数字预处理与DBF单元、T/R组件集合、天线阵面等单元将信号发射出去，经过收发信号的交互完成快速散射天线对准。

本发明实施例提供的基于散射通信相控阵天线的天线对准装置，采用抵消分离收波束接收器用于对天线对准接收波束信号和解调信号进行抵消、分离以及拟合处理的天线对准多波束接收方法，采用天线对准时间同步发波束信号发生器用于对对优化天线对准接收波束信息进行误差提取、加权及成帧处理，从而实现在无依托、仅已知概略通信方向且不影响正常组网通信条件下实现快速天线对准，平均对准时间不大于5分钟。同时该装置基于FPGA平台采用数字算法实现，集成度高，通用性强，可广泛应用于散射通信系统在无依托条件下的散射天线对准。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于散射通信相控阵天线的天线对准装置，其特征在于，包括：信号收发单元、通信信号收发单元、收发信息交换单元、天线对准时间同步发波束信号发生器和抵消分离收波束接收器；

所述收发信息交换单元，用于将所述信号收发单元发送的通信接收波束信号和天线对准接收波束信号分别发送至所述通信信号收发单元和所述抵消分离收波束接收器；

所述通信信号收发单元，用于对所述通信接收波束信号进行接收处理，将得到的解调信号发送至所述抵消分离收波束接收器，并将所述解调信号进行业务分发处理并输出；

所述抵消分离收波束接收器，用于对所述天线对准接收波束信号和所述解调信号进行抵消、分离以及拟合处理，并将处理得到的优化天线对准接收波束信息发送至所述天线对准时间同步发波束信号发生器；

所述天线对准时间同步发波束信号发生器，用于对所述优化天线对准接收波束信息进行误差提取、加权及成帧处理，并将处理后得到的天线对准时间同步发送波束信号发送至所述收发信息交换单元；

所述通信信号收发单元，还用于对业务信息进行发业务编码及成帧处理，并将处理得到的通信发送波束信号发送至所述收发信息交换单元；

所述收发信息交换单元，还用于将交互后的所述通信发送波束信号和所述天线对准时间同步发送波束信号发送到所述信号收发单元。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号收发单元包括天线阵面、发送接收组件集合、收发本振、数字预处理与数字波束形成子单元和波束控制子单元；

所述天线阵面，用于接收各个天线阵元输入的收射频信号，并将所述收射频信号发送至所述发送接收组件集合；

所述发送接收组件集合，用于对所述收射频信号进行低噪声放大后处理，将处理后得到的信号与所述收发本振发送的接收本振指令进行混频和滤波处理，并将得到的多路接收中频信号发送至所述数字预处理与数字波束形成子单元；

所述波束控制子单元，用于接收所述通信信号收发单元发送的通信接收波束控制信号和通信接收本振控制指令，并将其发送到所述数字预处理与数字波束形成子单元；

所述数字预处理与数字波束形成子单元，用于对所述多路接收中频信号进行数字采样、预处理以及数字波束形成处理，并将处理得到的通信接收波束信号和天线对准接收波束信号发送至所述收发信息交换单元；

所述数字预处理与数字波束形成子单元，还用于对所述天线对准时间同步发送波束信号和所述通信发送信号进行数字波束形成处理，将处理得到的多路发送中频信号发送至所述发送接收组件集合，并将来自所述波束控制子单元的发本振指令发送至所述收发本振；

所述发送接收组件集合，还用于将接收到的所述多路发送中频信号和所述发本振指令进行混频和滤波处理，并将得到的多路发送信号发送至所述天线阵面；

所述天线阵面，还用于将多路发送信号通过各个天线阵元进行发射。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述抵消分离收波束接收器，还用于基于所述通信信号收发单元发送的接收波束控制脉冲信号，将产生的天线对准接收波束控制信号发送至所述波束控制子单元；

所述数字预处理与数字波束形成子单元，具体用于将所述通信接收本振控制指令发送至所述收发本振，对所述多路接收中频信号进行数字采样及预处理，将得到的多路数字信号基于所述天线对准接收波束控制信号和所述通信接收波束控制信号进行数字波束形成处理，并将处理得到的通信接收波束信号和天线对准接收波束信号发送至所述收发信息交换单元。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述抵消分离收波束接收器，具体用于对所述天线对准接收波束信号和所述解调信号进行通信信号抵消、远近波束信号分离以及面覆盖多波束信号拟合，并将拟合得到的优化天线对准接收波束信息发送至所述天线对准时间同步发波束信号发生器。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述通信信号收发单元，还用于向所述天线对准时间同步发波束信号发生器发送通信收发控制信号；

所述天线对准时间同步发波束信号发生器，具体用于对所述优化天线对准接收波束信息和所述通信收发控制信号进行波束同步误差提取、收波束特征值加权、发波束信号成帧处理，并将处理得到的可通信信号、天线对准发送波束控制信号与本振指令、天线对准时间同步发送波束信号分别发送至所述通信信号收发单元、所述波束控制子单元和所述收发信息交换单元。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述通信信号收发单元，具体用于对所述通信接收波束信号进行接收处理得到解调信号，并将所述解调信号和所述接收波束控制脉冲信号发送至所述抵消分离收波束接收器，并将所述解调信号进行业务分发处理并输出；

所述通信信号收发单元，还具体用于将通信发送波束控制信号与所述发本振指令发送至所述波束控制子单元。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述收发信息交换单元，还用于将所述天线对准时间同步发送波束信号发送至所述数字预处理与数字波束形成子单元；

所述数字预处理与数字波束形成子单元，还具体用于将所述天线对准时间同步发送波束信号和所述通信发送信号基于所述天线对准发送波束控制信号和所述通信发送波束控制信号进行数字波束形成、数模转换以及上变频处理，并将处理得到的多路发送中频信号发送至所述发送接收组件集合。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述波束控制子单元基于所述通信接收波束控制指令、所述通信发送波束控制指令、所述收本振指令、所述发本振指令、所述天线对准接收波束控制指令和所述天线对准发送波束控制指令，对所述数字预处理与数字波束形成子单元中的接收波束和发送波束进行控制管理。

9.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述抵消分离收波束接收器包括：自适应通信信号消除器、通信信号重构器、数字下变频与低通滤波器、多通道匹配滤波器、远近波束分离器、天线对准接收波束控制器、多通道接收波束信号合并器、面覆盖天线波束拟合器和天线接收波束优选管理；

所述通信信号重构器，用于对接收到的通信解调信号进行编码调制的逆调处理，并将处理得到的重构通信信号发送至所述自适应通信信号消除器；

所述自适应通信信号消除器，用于接收天线对准接收波束信号以及所述重构通信信号，并对所述天线对准接收波束信号中存在的通信信号进行自适应消除处理，将处理得到的天线对准接收波束提纯信号发送至所述数字下变频与低通滤波器；还用于接收所述接收波束控制脉冲信号，并将产生的天线对准接收波束时间使能信号发送至所述天线对准接收波束控制器；

所述天线对准接收波束控制器，用于基于所述天线对准接收波束时间使能信号生成天线对准收波束时间脉冲信号发送至所述远近波束分离器和所述多通道接收波束合并器，并将产生的所述天线对准接收波束控制信号发送至所述波束控制子单元；

所述数字下变频与低通滤波器，用于对所述天线对准接收波束提纯信号进行数字正交下变频以及数字低通滤波处理，并将处理得到天线对准接收波束基带信号发送至所述多通道匹配滤波器；

所述多通道匹配滤波器，用于对所述天线对准接收波束基带信号进行多通道并行匹配处理，并将得到的多个不同波束的匹配信号进行压低信号底噪处理，将处理得到的输出天线对准接收波束匹配信号发送至所述远近波束分离器；

所述远近波束分离器，用于从所述天线对准接收波束匹配信号和所述天线对准接收波束时间脉冲信号中，分离收波束匹配信号中因同时接收来自同一波束方向不同距离的多个天线对准信号产生的远近效应信号、远站天线对准信号后，并将天线对准接收波束分离远近效应信号发送至所述多通道接收波束信号合并器；

所述多通道接收波束信号合并器，用于通过所述天线对准接收波束时间脉冲信号产生分集接收脉冲信号，并基于所述分集接收脉冲信号时序对所述天线对准接收波束分离远近效应信号进行分集合并，将得到的天线对准接收波束合并信号发送至所述面覆盖天线波束拟合器；

所述面覆盖天线波束拟合器，用于对所述天线对准接收波束合并信号进行面覆盖天线收波束拟合处理，并将处理得到的天线波束拟合图信号发送至所述天线接收波束优选管理；

所述天线接收波束优选管理，用于从天线波束图中对接收波束进行优选，并输出所述优化天线对准接收波束信息。

10.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述天线对准时间同步发波束信号发生器包括：收波束特征值加权器、通信收发脉冲产生器、定时匹配滤波器、天线对准发波束命令产生器、收波束同步误差提取器、天线对准发波束控制器、收波束同步信号发生器和发波束信号成帧器；

所述收波束特征值加权器，用于对所述优化天线对准接收波束信息进行特征值加权与识别处理，并将得到的天线对准接收波束识别信号发送至所述天线对准发波束命令产生器；

所述天线对准发波束命令产生器，用于根据所述天线对准接收波束识别信号产生天线对准发送波束命令信号，发送至所述天线对准发波束控制器和所述发波束信号成帧器，并将可通信波束信号发送至所述通信信号收发单元；

所述通信收发脉冲产生器，用于接收通信收发控制信号产生天线对准发送波束控制脉冲信号和接收波束控制脉冲信号，并分别发送至所述收波束同步误差提取器和所述天线对准发波束控制器；

所述天线对准发波束控制器，用于基于所述天线对准发送波束命令信号和所述天线对准发送波束控制脉冲信号，将产生的天线对准发送波束控制信号与发本振指令发送至所述波束控制子单元；

所述定时匹配滤波器，用于对所述优化天线对准接收波束信息进行匹配滤波，并将得到的天线对准接收波束脉冲信号发送至所述收波束同步误差提取器；

所述收波束同步误差提取器，用于基于所述接收波束控制脉冲信号和所述天线对准接收波束脉冲信号，通过脉冲信号对比提取天线对准接收波束同步误差信号，并将所述天线对准接收波束同步误差信号发送至所述收波束同步信号发生器；

所述收波束同步信号发生器，用于对所述天线对准接收波束同步误差信号进行编码、成形与调制处理，并将处理得到的收波束时间同步信号发送至所述发波束信号成帧器；

所述发波束信号成帧器，用于对所述天线对准发送波束命令信号进行映射与成形处理，并与所述收波束时间同步信号进行成帧处理，将处理得到的所述天线对准时间同步发波束信号发送至所述收发信息交换单元。

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