CN116660941A - 一种多波束型抗干扰接收机系统及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多波束型抗干扰接收机系统，包括：天线接收系统，包括天线阵面和天线振子，天线阵面被动接收导航信号，并通过天线振子导向和放大信号，传输至接收机系统；接收机系统，用于确定当前天线位置以及获取天线相对于每颗卫星的仰角和方位角；机器强化学习系统，根据接收机系统计算结果确定天线振子调整方案，并发送天线接收系统调整天线振子的朝向角度；同时，实时根据调整朝向后天线接收的导航信号及接收机解析结果不断更新天线振子调整方案。本发明提出的接收机系统能够实时调整线天线内部多组振子的朝向角度，使其对对应卫星信号的增强能力始终保持最大。能够提高对接收卫星信号的信噪比和载噪比，以提升系统的抗干扰性能力。
Description
技术领域
本发明涉及天线设计领域，特别涉及一种多波束型抗干扰接收机系统及设计方法。
背景技术
卫星导航系统是一种基于无线电导航系统，它能够为地面、空中、甚至中低轨道卫星用户提供三维位置和时间信息，具有覆盖广、高精度、全天候等优点。自适应天线阵是目前最为有效的GNSS抗干扰措施，相对于时域和频域抗干扰，它在抑制宽带干扰方面具有独特的优势。
因此目前高端的卫星导航设备尤其是军用卫星导航设备大多采用了自适应天线阵来抑制干扰。根据能否在卫星信号方向形成波束来提高信噪比，天线阵抗干扰方法可以分为零陷形成类算法和波束形成类算法两类。前者通过控制天线阵方向图在干扰方向形成零陷来抑制干扰，后者在抑制干扰的同时还能在卫星信号方向形成波束，进一步提高信噪比，因而后者性能更优。
然而传统的波束形成算法一般工作在跟踪模式下，需要获得天线位置和卫星位置等先验信息来计算信号导向矢量，或者需要从跟踪结果中获得参考信号。而在捕获阶段，尤其是冷启动时，传统的波束形成算法无法获得这些先验信息，从而无法在跟踪上卫星信号前进行波束形成来提高信号增益，因此其捕获能力相对零陷形成算法没有任何优势。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，提供了一种多波束型抗干扰接收机系统及设计方法，通过实时调整天线内内部多种振子的朝向角度，使振子对对应卫星信号的增强能力始终保持最大。
本发明采用的技术方案如下：一种多波束型抗干扰接收机系统，包括：
天线接收系统，包括天线阵面和天线振子，天线阵面被动接收导航信号，并通过天线振子导向和放大信号，传输至接收机系统；
接收机系统，用于对接收的信号进行解析，确定当前天线位置以及获取天线相对于每颗卫星的仰角和方位角；
机器强化学习系统，根据接收机系统计算结果确定天线振子调整方案，并发送天线接收系统调整天线振子的朝向角度；同时，实时根据调整朝向后天线接收的导航信号及接收机解析结果不断更新天线振子调整方案。
进一步的，所述天线振子调整方案结果始终使得每颗卫星的信号以垂直的角度入射对应组振子。
进一步的，所述天线接收系统还包括天线控制系统，用于控制调整天线振子的朝向角度。
进一步的，所述接收机系统包括射频系统、基带系统、电文解算系统以及定位解算系统；所述射频系统将信号进行降频和数字化处理得到中频信号；所述基带系统对中频信号进行捕获和跟踪，得到信号中所有卫星的码相位和载波相位信息；电文解算模块再进行电文解析得到每颗卫星的位置和速度信息；定位给解算模块根据获取到的信息解算得到天线当前位置与每个卫星相对于天线位置的仰角和方位角。
进一步的，机器强化学习系统包括量化输入变量单元、传递函数单元、量化输出变量单元以及天线振子调整方案生成单元，其中，量化输入变量单元用于将输入信息量化为质量指数；传递函数单元用于将质量指数进行函数变换；量化输出单元用于将函数变换后的质量指数转换为天线振子调整方案生成单元能够识别的数据；天线振子调整方案生成单元根据量化输出单元的结果，决定接下来天下振子的角度。
本发明还提供了一种多波束型抗干扰接收机设计方法，在接收机接收到导航信号后进行解算和定位得到接收机位置；接收机定位后，根据接收机位置和每颗卫星的位置计算卫星相对天线的仰角和方位角；天线控制单元根据计算的仰角和方位角，实时调整天线内部多组振子的朝向角度；其中，每组振子对应一颗卫星，且使得每颗卫星的信号总是以垂直的角度入射对应组振子。
进一步的，所述天线振子初始时默认与天线阵面平行。
进一步的，在调整天线振子角度朝向后，同时新的信号反馈至接收机系统，接收机系统完成解析后再将新的角度发送给天线控制单元，不断调整天线振子角度朝向形成正反馈。
进一步的，确定接收机位置的方法为：接收到导航信号后，进行剥离载波伪码操作后可以得到电文信息，根据电文里的星历可以解算出每颗卫星实时的位置和速度，然后进一步的进行定位，得到接收机位置。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明提出的接收机系统能够实时调整线天线内部多组振子的朝向角度，使其对对应卫星信号的增强能力始终保持最大。能够提高对接收卫星信号的信噪比和载噪比，以提升系统的抗干扰性能力。
附图说明
图1为本发明提出的多波束型抗干扰接收机系统组成示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
为了提高对接收卫星信号的信噪比和载噪比，本发明实施例提出了一种多波束型抗干扰接收机系统，能够有效的提升接收机的抗干扰能力，具体的：
参见图1，该多波束型抗干扰接收机系统包括：
天线接收系统，包括天线阵面和天线振子，天线阵面被动接收导航信号，并通过天线振子导向和放大信号，传输至接收机系统；
接收机系统，用于对接收的信号进行解析，确定当前天线位置以及获取天线相对于每颗卫星的仰角和方位角；
机器强化学习系统，根据接收机系统计算结果确定天线振子调整方案，并发送天线接收系统调整天线振子的朝向角度；同时，实时根据调整朝向后天线接收的导航信号及接收机解析结果不断更新天线振子调整方案。
需要说明的是，本实施例中的天线振子调整方案结果始终使得每颗卫星的信号以垂直的角度入射对应组振子，能够使得天线振子对对应卫星信号的增强能力始终保持最大。这样就能够提升卫星信号的信噪比和载噪比，提升接收机系统的抗干扰能力。
本实施例中，在天线接收系统中还配备了天线控制系统，通过天线控制系统来接收控制指令，实现天线振子的朝向角度调整。
在一些实施例中，所述接收机系统包括射频系统、基带系统、电文解算系统以及定位解算系统；所述射频系统将信号进行降频和数字化处理得到中频信号；所述基带系统对中频信号进行捕获和跟踪，得到信号中所有卫星的码相位和载波相位信息；电文解算模块再进行电文解析得到每颗卫星的位置和速度信息；定位给解算模块根据获取到的信息解算得到天线当前位置与每个卫星相对于天线位置的仰角和方位角。计算方法可采用常规方法实现，在此不做赘述。
在一些优选实施例中，机器强化学习系统包括量化输入变量单元、传递函数单元、量化输出变量单元以及天线振子调整方案生成单元，其中，量化输入变量单元用于将输入信息(包括信号载噪比等)量化为质量指数，指代信号的质量好坏；传递函数单元用于将质量指数进行函数变换；量化输出单元用于将函数变换后的质量指数转换为天线振子调整方案生成单元能够识别的数据；天线振子调整方案生成单元根据量化输出单元的结果，决定接下来天下振子的角度，目的是让下一次的输入给量化输入单元的信号质量的数据更加好。通过不断的迭代调整，达到最佳天线振子调整角度的方案。
当天线控制系统调整天线振子朝向后，获得更好的信号，这样可以进一步提升基带系统的得到的信号观测量精度，从而提升定位解算的定位精度和卫星的位置速度方位角仰角等准确度，而提升的卫星方位角仰角等信息的精度又可以让天线振子进行更加精确的指向，这些都是通过机器强化学习系统来不断的进行正反馈来加强。
进一步的，在本实施例中还给出了所述多波束型抗干扰接收机系统的设计方法，具体的：在接收机接收到导航信号后进行解算和定位得到接收机位置；接收机定位后，根据接收机位置和每颗卫星的位置计算卫星相对天线的仰角和方位角；天线控制单元根据计算的仰角和方位角，实时调整天线内部多组振子的朝向角度；其中，每组振子对应一颗卫星，且使得每颗卫星的信号总是以垂直的角度入射对应组振子。
在本实施例中通过接收机的解析结果，将天线振子的朝向角度调整成与对应卫星的仰角和方位角一致，使得天线振子对信号的导向和放大作用达到最大，从而提升了这组天线振子接收对应卫星的灵敏度，相当于提升了信号的信噪比和载噪比,这样可以获得更好的抗干扰性能。
在本实施例中，天线振子初始时默认与天线阵面平行，以该状态接收导航信号。
在调整天线振子角度朝向后，同时新的信号反馈至接收机系统，接收机系统完成解析后再将新的角度发送给天线控制单元，不断调整天线振子角度朝向形成正反馈。通过该正反馈可以进一步提升基带系统的得到的信号观测量精度，从而提升定位解算的定位精度和卫星的位置速度方位角仰角等准确度，而提升的卫星方位角仰角等信息的精度又可以让天线振子进行更加精确的指向。
在本实施例中，确定接收机位置的方法为：接收到导航信号后，进行剥离载波伪码操作后可以得到电文信息，根据电文里的星历可以解算出每颗卫星实时的位置和速度，然后进一步的进行定位，得到接收机位置。
可以看到，本发明提出的接收机系统能够实时调整线天线内部多组振子的朝向角度，使其对对应卫星信号的增强能力始终保持最大。能够提高对接收卫星信号的信噪比和载噪比，以提升系统的抗干扰性能力。
实施例1
本实施例提出了一种多波束型抗干扰接收机系统，包括：
天线接收系统，包括天线阵面和天线振子，天线阵面被动接收导航信号，并通过天线振子导向和放大信号，传输至接收机系统；
接收机系统，用于对接收的信号进行解析，确定当前天线位置以及获取天线相对于每颗卫星的仰角和方位角；
机器强化学习系统，根据接收机系统计算结果确定天线振子调整方案，并发送天线接收系统调整天线振子的朝向角度；同时，实时根据调整朝向后天线接收的导航信号及接收机解析结果不断更新天线振子调整方案。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例中天线振子调整方案结果始终使得每颗卫星的信号以垂直的角度入射对应组振子。
实施例3
在实施例1或2的基础上，本实施例中所述天线接收系统还包括天线控制系统，用于控制调整天线振子的朝向角度。
实施例4
在实施例1的基础上，本实施例中所述接收机系统包括射频系统、基带系统、电文解算系统以及定位解算系统；所述射频系统将信号进行降频和数字化处理得到中频信号；所述基带系统对中频信号进行捕获和跟踪，得到信号中所有卫星的码相位和载波相位信息；电文解算模块再进行电文解析得到每颗卫星的位置和速度信息；定位给解算模块根据获取到的信息解算得到天线当前位置与每个卫星相对于天线位置的仰角和方位角。
实施例5
在实施例1的基础上，本实施例中机器强化学习系统包括量化输入变量单元、传递函数单元、量化输出变量单元以及天线振子调整方案生成单元，其中，量化输入变量单元用于将输入信息量化为质量指数；传递函数单元用于将质量指数进行函数变换；量化输出单元用于将函数变换后的质量指数转换为天线振子调整方案生成单元能够识别的数据；天线振子调整方案生成单元根据量化输出单元的结果，决定接下来天下振子的角度。
实施例6
本实施例还提供了一种多波束型抗干扰接收机设计方法，在接收机接收到导航信号后进行解算和定位得到接收机位置；接收机定位后，根据接收机位置和每颗卫星的位置计算卫星相对天线的仰角和方位角；天线控制单元根据计算的仰角和方位角，实时调整天线内部多组振子的朝向角度；其中，每组振子对应一颗卫星，且使得每颗卫星的信号总是以垂直的角度入射对应组振子。
实施例7
在实施例6的基础上，本实施例中天线振子初始时默认与天线阵面平行。
实施例8
在实施例6的基础上，本实施例中在调整天线振子角度朝向后，同时新的信号反馈至接收机系统，接收机系统完成解析后再将新的角度发送给天线控制单元，不断调整天线振子角度朝向形成正反馈。
实施例9
在实施例6的基础上，本实施例中确定接收机位置的方法为：接收到导航信号后，进行剥离载波伪码操作后可以得到电文信息，根据电文里的星历可以解算出每颗卫星实时的位置和速度，然后进一步的进行定位，得到接收机位置。
通过上述实施例1-9，可较好的实现本发明。
需要说明的是，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种多波束型抗干扰接收机系统，其特征在于，包括：
天线接收系统，包括天线阵面和天线振子，天线阵面被动接收导航信号，并通过天线振子导向和放大信号，传输至接收机系统；
接收机系统，用于对接收的信号进行解析，确定当前天线位置以及获取天线相对于每颗卫星的仰角和方位角；
机器强化学习系统，根据接收机系统计算结果确定天线振子调整方案，并发送天线接收系统调整天线振子的朝向角度；同时，实时根据调整朝向后天线接收的导航信号及接收机解析结果不断更新天线振子调整方案。
2.根据权利要求1所述的多波束型抗干扰接收机系统，其特征在于，所述天线振子调整方案结果始终使得每颗卫星的信号以垂直的角度入射对应组振子。
3.根据权利要求1或2所述的多波束型抗干扰接收机系统，其特征在于，所述天线接收系统还包括天线控制系统，用于控制调整天线振子的朝向角度。
4.根据权利要求1所述的多波束型抗干扰接收机系统，其特征在于，所述接收机系统包括射频系统、基带系统、电文解算系统以及定位解算系统；所述射频系统将信号进行降频和数字化处理得到中频信号；所述基带系统对中频信号进行捕获和跟踪，得到信号中所有卫星的码相位和载波相位信息；电文解算模块再进行电文解析得到每颗卫星的位置和速度信息；定位给解算模块根据获取到的信息解算得到天线当前位置与每个卫星相对于天线位置的仰角和方位角。
5.根据权利要求1所述的多波束型抗干扰接收机系统，其特征在于，机器强化学习系统包括量化输入变量单元、传递函数单元、量化输出变量单元以及天线振子调整方案生成单元，其中，量化输入变量单元用于将输入信息量化为质量指数；传递函数单元用于将质量指数进行函数变换；量化输出单元用于将函数变换后的质量指数转换为天线振子调整方案生成单元能够识别的数据；天线振子调整方案生成单元根据量化输出单元的结果，决定接下来天下振子的角度。
6.一种多波束型抗干扰接收机设计方法，其特征在于，在接收机接收到导航信号后进行解算和定位得到接收机位置；接收机定位后，根据接收机位置和每颗卫星的位置计算卫星相对天线的仰角和方位角；天线控制单元根据计算的仰角和方位角，实时调整天线内部多组振子的朝向角度；其中，每组振子对应一颗卫星，且使得每颗卫星的信号总是以垂直的角度入射对应组振子。
7.根据权利要求6所述的多波束型抗干扰接收机设计方法，其特征在于，所述天线振子初始时默认与天线阵面平行。
8.根据权利要求6所述的多波束型抗干扰接收机设计方法，其特征在于，在调整天线振子角度朝向后，同时新的信号反馈至接收机系统，接收机系统完成解析后再将新的角度发送给天线控制单元，不断调整天线振子角度朝向形成正反馈。
9.根据权利要求6所述的多波束型抗干扰接收机设计方法，其特征在于，确定接收机位置的方法为：接收到导航信号后，进行剥离载波伪码操作后可以得到电文信息，根据电文里的星历可以解算出每颗卫星实时的位置和速度，然后进一步的进行定位，得到接收机位置。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 徐诚: "车载移动卫星天线稳定跟踪系统设计及实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》, 15 June 2011 (2011-06-15), pages 8 - 9 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116660941B (zh) | 2024-06-25 |
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