DE60210672T2

DE60210672T2 - System zur strahlformung

Info

Publication number: DE60210672T2
Application number: DE60210672T
Authority: DE
Inventors: Thomas W. El Segundo Miller; Christopher W. El Segundo Reed
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2002-01-14
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: US20030133524A1; US6980614B2; CN1555494A; DE60210672D1; WO2003060550A1; JP2005527789A; CN100343691C; JP4790986B2; EP1466188A1; EP1466188B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Strahlformung, das zur Verwendung mit einer Gruppenantenne mit einer Vielzahl von Antennenelementen ausgebildet ist, wobei das System zur Strahlformung aufweist:
eine Anordnung zum Transformieren eines mit der Antenne empfangenen Signals in eine Vielzahl von Frequenzteilbändern, und
eine Anordnung zum Durchführen einer adaptiven Gruppenverarbeitung in jedem der Teilbänder und zum Bereitstellen einer Vielzahl von adaptiv verarbeiteten Teilbändern in Abhängigkeit davon.
Ein solches System zur Strahlformung ist aus der US 4,821,037 bekannt.
Im Allgemeinen bezieht sich die Erfindung auf ein Kommunikationssystem, und genauer gesagt auf Systeme, die Empfänger des Globalen Positionierungssystems (GPS) vor Störungen und Interferenzen schützen.
Das Globale Positionierungssystem weist eine Konstellation von Satelliten auf, die fortlaufend Signale übermitteln, die sich auf deren Positionen und auf die Zeit beziehen. Sobald sie von einem GPS-Empfänger empfangen werden, werden die Signale verarbeitet, um eine Information zur Ankunftszeit bereitzustellen. Die Ankunftszeiten der Pulse von jedem der Satelliten werden dann verwendet, um den Ort oder die Position von dem Empfänger zu berechnen. Da das GPS-System in bestimmten, z.B. militärischen, Anwendungen effektiv bei der genauen Bestimmung einer Position ist, gibt es damit gleichzeitig eine Motivation, das GPS-System zu stören oder zu behindern. Das störende Signal von dem Störer ist dafür ausgelegt, die Positionsbestimmung des GPS mit einem nicht hinnehmbaren Fehler zu beaufschlagen.
Daher sind Gegenmaßnahmen entwickelt worden, um störende Behinderungen zu kompensieren. Eine weit verbreitet verwendete Gegenmaßnahme schließt eine adaptive Gruppenverarbeitung ein.
Diese Systeme weisen im Allgemeinen eine Gruppe von Antennenelementen auf und ein System zur Verarbeitung ihrer Ausgangssignale.
Unglücklicherweise bieten Systeme zur adaptiven Gruppenverarbeitung im Allgemeinen eine begrenzte Fähigkeit über eine große Bandbreite und, außerdem, rufen sie Fehler in der GPS-Präzision hervor, wenn sie zur Unterdrückung von Störungen bzw. Interferenzen verwendet werden. Das heißt, ein typischer GPS-Empfänger arbeitet bei ungefähr 1,5 GHz mit einer Bandbreite von ungefähr 20 MHz. Diese relativ große Bandbreite macht es schwierig, die Störungen mit konventionellen Techniken der adaptiven Gruppenverarbeitung zu entfernen. Dies liegt daran, dass konventionelle Techniken der adaptiven Verarbeitung auf der Basis der Annahme betrieben werden, dass eine sehr enge Bandbreite, z.B. 1 Hz, vorliegt. Daher können sie einer erheblichen Verschlechterung der Leistung unterworfen sein, wenn diese Techniken auf Systeme mit einer endlichen Bandbreite angewendet werden.
Diese Probleme verstärken sich, wenn die besonders neue und vorteilhafte Technik der Bandpartitionierung verwendet wird, wie sie im US-Patent Nr. 4,821,037, welches bereits in der Einleitung genannt wurde, dargelegt ist. Zur Bandpartitionierung gehört es, das Frequenzband des GPS in eine Anzahl von Teilbändern mit schmaleren Bandbreiten aufzuteilen, die partitionierten Teilbänder mittels der adaptiven Gruppenverarbeitung zu verarbeiten und die Teilbänder wieder zusammenzusetzen, um das Frequenzband des GPS zu rekonstruieren. Dieser Ansatz verbessert die Leistung wesentlich, indem die adaptive Gruppenverarbeitung auf vielen Signalen mit schmalen Bändern angewendet wird, anstelle sie auf ein Signal mit einem breiten Band anzuwenden.
Unglücklicherweise ergibt sich aus der Bandpartitionierung ein verschiedener Satz von Wichtungen zum adaptiven gegenseitigen Auslöschen (nulling) für jedes Frequenzband. Während es bei begrenzten Teilbändern effektiv ist, ist das gegenseitige Auslöschen bei dem erneuten Zusammensetzen der partitionierten Bänder problematisch. Ein Aspekt dieses Problems, der besonders viel Sorgen bereitet, hat mit der Tatsache zu tun, dass wenn das Spektrum wieder zusammengesetzt wird, eine Verzerrung der Zeitverzögerung und Versatz erzeugt wird, der von den adaptiven Gruppenwichtungen abhängt, die wiederum von dem unbekannten Ort des Störers oder der Störer abhängen. Dies ist insofern besonders problematisch, da die Zeitverzögerung bei dem normalen Vorgang der GPS-Verarbeitung verwendet wird, um die Position von einem Empfänger zu schätzen oder zu bestimmen. Wenn die zeitliche Verzögerung über die Konstellation festliegen würde, wäre es relativ einfach, dies bei dem Prozess zu berücksichtigen, wenn die zeitliche Verzögerung, die mit gültigen GPS-Signalen verbunden ist, berechnet wird. Unglücklicherweise ist die Verzögerung eine Funktion von dem eintreffenden Winkel von dem Satellitensignal (d.h. die zeitliche Verzögerung, der ein Satellitensignal unterworfen ist, ist eine Funktion von der Position des Satelliten und ist daher für verschiedene Satelliten unterschiedlich). Da der Ort des Störers unbekannt ist und des Weiteren weil die Spektren des Störers dazu neigen, von Antennenelement zu Antennenelement unterschiedlich zu sein, aufgrund der Störung auf mehreren Pfaden (jammer multipath) und kleinen Differenzen zwischen den Antennenkanälen, bleibt die Berechnung des Versatzes der zeitlichen Verzögerung aufgrund einer Interferenz von einem Störer eine gewaltige Aufgabe bei einem System zur GPS-Verarbeitung mit adaptiven Gruppen.
EP 1 162 687 A2 zeigt eine adaptive Gruppenantenne, die eine Mehrzahl von Frequenzverteilungseinheiten aufweist. Jede Frequenzverteilungseinheit ist mit einem Antennenelement verbunden und verteilt die hochfrequenten Signale, die von dem Antennenelement empfangen werden, in erste bis dritte Frequenzbänder. Die verteilten Frequenzbänder werden separat verarbeitet in einem von drei parallelen Signalprozessoren. Damit soll die Antenne gemäß EP 1 162 687 A2 Informationen in mehreren Frequenzbändern empfangen, um eine effektive Nutzung der Frequenzen zu erzielen.
EP 0 963 003 A2 zeigt eine Analysevorrichtung in einer Radioumgebung, der einen Empfänger und einen Signalprozessor aufweist. Der Empfänger empfängt Signale, die mit einer Codie rung durch Phasenverschiebung (phase shift keying) unter Verwendung einer Codesequenz mit Pseudo-Rauschen durch ein Antennenelement bei einer Mehrzahl von festgelegten Punkten in der Ebene moduliert sind, konvertiert die empfangenen Signale in Zwischenfrequenzen oder demodulierte Signale und gibt diese aus. Der Signalprozessor verarbeitet ein Ausgangssignal von dem Empfänger um den Winkel des Eintreffens, die Verzögerungszeit und die relative Leistung von dem Signal, das beim Empfänger ankommt, zu analysieren. Der Signalprozessor hat eine Mehrzahl von Normalisierungseinheiten, um die Signale von dem Empfänger zu normalisieren. In den Normalisierungseinheiten werden Empfangssignale, die in den Frequenzbereich konvertiert wurden, mittels eines Eichsignals kalibriert, das ebenso in den Frequenzbereich konvertiert wird.
Bei Betrachtung des vorher Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen, das in der Lage ist, die Fähigkeit des genauen Messens von einem GPS-Empfänger beizubehalten, wenn ein adaptives Verarbeitungssystem oder ein adaptiver Algorithmus verwendet wird, um eine störende Interferenz zu kompensieren.
Diese Aufgabe wird von dem in der Einleitung genannten System zur Strahlformung erzielt, wobei dies im Weiteren eine Anordnung zum Normalisieren der adaptiv verarbeiteten Teilbänder aufweist, wobei die Anordnung zum Normalisieren außerdem eine Anordnung zum Einstellen der Amplitude von einem oder mehreren der Teilbänder beinhaltet, um eine etwaige durch Zeitverzögerungen bedingte systematische Abweichung bzw. Verzerrung aufgrund deren adaptiver Verarbeitung zu beseitigen.
Bei dem anschaulichen Ausführungsbeispiel ist das Signal ein GPS-Signal und die Anordnung zur Durchführung einer adaptiven Gruppenverarbeitung weist des Weiteren eine Anordnung zum Anwenden eines Gewichts auf ein entsprechendes Frequenzteilband für jedes der Elemente von der Gruppe auf. Die Wichtungen werden gewählt, um einen Strahl in eine Richtung von einem gewünschten Signal zu steuern, und um eine Null in die Richtung von dem Störer oder von den Störern zu richten.
Damit zeigt die vorliegende Erfindung einen neuen Weg auf, die adaptiven Wichtungen zu normalisieren, die in einem adaptiven Teilband-Strahlformer oder einem Nullen-Steuerer (null-steerer) berechnet werden, für den Zweck einer Kompensation von Verzerrungen der zeitigen Verzögerung, die von dem Teilband-Prozess hervorgerufen werden. Die Normalisierung kann bei geringen Kosten implementiert werden, erlaubt eine verbesserte Auslöschung von schmalbandigen Störern und beseitigt oder minimiert die Positionsfehler, die sonst durch die Verzerrung der zeitlichen Verzögerung hervorgerufen werden. Im Ergebnis erzielt es eine adaptive Wichtung, die sowohl breitbandige als auch schmalbandige Unterdrückung von Interferenzen erzielt. Schmalbandige Unterdrückung wird erreicht, indem jedes einzelne Teilband separat gewichtet wird. Dies wird unter Verwendung der bekannten Techniken der Strahlformung mittels adaptiver Gruppen durchgeführt. Die breitbandige Unterdrückung wird erreicht, indem die Teilbänder nach der schmalbandigen Verarbeitung wieder zusammengesetzt werden. Die Methode erlaubt eine adaptive Auslöschung von mehr schmalbandigen Störern als Freiheitsgrade zur Verfügung stehen.
Die vorliegende Erfindung zeigt eine einfache Möglichkeit auf, bei der simultan zwei gewöhnliche Aufgaben bei einer schmalbandigen Strahlformung implementiert werden: räumliches adaptives Strahlformen und schmalbandige Unterdrückung von Interferenzen. Adaptives Strahlformen mit Teilbändern ist eine gut bekannte Technik, bei der ein Signal mit großer Bandbreite in einen äquivalenten Satz von schmalbandigen Signalen zerlegt wird und das Strahlformen dann in jedem Teilband durchgeführt wird. Wenn es gewünscht ist, kann die Version von dem strahlgeformten Signal mit hoher Bandbreite wieder hergestellt werden, indem eine geeignete Kombination von den Teilbandsignalen vorgenommen wird. Die Unterdrückung von schmalbandigen Interferenzen ist eine Technik, die die Komponenten von einem Signal in einer oder mehrerer Bandbreitenregionen reduziert oder entfernt. Es existieren viele Techniken, um festzustellen, welche Bänder gedämpft werden sollen und wie stark sie gedämpft werden sollen. Während die Verarbeitung in Teilbändern für ein breitbandiges Signal nahezu ohne Verzerrungen durchgeführt werden kann, geht dies nicht für eine schmalbandige Entfernung.
Das adaptive Strahlformen mit Teilbändern ist üblicherweise durch die Anzahl von Störern begrenzt, die ausgelöscht werden können. Wenn in einem Teilband eine große Anzahl von Störern vorhanden ist, wird der Strahlformer nicht in der Lage sein, diese auszulöschen. Die Unterdrückung von schmalbandigen Interferenzen kann nicht breitbandige Störer auslöschen (nulling) ohne das gewünschte Signal oder die gewünschten Signale erheblich zu verzerren.
Die vorliegende Erfindung zeigt eine Methode auf, um kostengünstig die Vorteile von beiden Methoden zu erlangen. Die Methode löscht eine große Anzahl von breitbandigen und schmalbandigen Störern mit einer minimalen Verzerrung des gewünschten Signals. Die vorliegende Erfindung verarbeitet die Ausgangssignale von den adaptiven Gruppenprozessoren der individuellen Bänder, so dass bei dem erneuten Zusammensetzen in ein gesamtes Signal das Signal wieder normalisiert wird, so dass der Versatz der Verzerrung (Verzögerung) eliminiert wird. Die vorliegende Erfindung verändert den Algorithmus der adaptiven Verarbeitung so, dass wenn er verwendet wird, um störende Interferenzen auszulöschen, er keinen erhöhten Fehler bei der Schätzung der Position hervorruft.
1 ist ein Blockdiagramm von einer anschaulichen Implementierung von einem System zur Strahlformung mit Teilbändern, das eine Normalisierung mit adaptiver Wichtung verwendet gemäß der Lehren der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das die Arbeitsweise von einem adaptiven Strahlformer für das k-te Teilband gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufzeigt.
Anschauliche Ausführungsbeispiele und beispielhafte Anwendungen werden jetzt in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben und zeigen die vorteilhaften Lehren von der vorliegenden Erfindung.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die anschaulichen Ausführungsbeispiele für bestimmte Anwendungen beschrieben ist, sollte es klar sein, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Diejenigen mit gewöhnlichen Kenntnissen in dem technischen Gebiet und Zugang zu den hier bereitgestell ten Lehren werden zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsbeispiele innerhalb des Bereichs erkennen.
1 ist ein Blockdiagramm von einer anschaulichen Implementierung von einem System zur Strahlformung mit Teilbändern, das eine Normalisierung mit adaptiver Wichtung verwendet gemäß der Lehren der vorliegenden Erfindung. Das System 100 ist für eine Verwendung mit einer Gruppenantenne 112 ausgebildet, die eine Anzahl von Elementen (m) hat, von denen sieben in der 1 dargestellt sind und mit 1–7 nummeriert sind. Jedes Element aus der Gruppe 112 speist einen zugeordneten Kanal von dem System 100 zur Strahlformung. Das heißt, Element 1 speist Kanal 10, Element 2 speist Kanal 20, ... Element 7 speist Kanal 70. Jeder von den Kanälen ist identisch. Demnach wird nur Kanal 10 im Folgenden im Detail beschrieben. Wie in 1 dargestellt, weist jeder Kanal 10 eine Eingangsvorrichtung (front end) 114 im RF-Bereich (radio frequency) und einen Analog-nach-digital-Wandler 116 auf. Die Eingangsvorrichtung 114 im RF-Bereich hat ein konventionelles Design und einen konventionellen Aufbau. Der A/D-Wandler 116 digitalisiert die RF-Signale, die von der Eingangsvorrichtung 114 empfangen werden, und gibt digitale Wörter mit der Abtastrate des Systems an einen Prozessor 118 aus. Der Prozessor 118 bildet eine Anzahl von n Abtastblöcken für jeden Antennenkanal gemäß der digitalen Wörter, die von dem A/D-Wandler ausgegeben werden, von einer geeigneten Größe für eine gegebene Anwendung, z.B. n = 256, wie es von einem Systementwickler in Verbindung mit konventionellen Lehren bestimmt wird. Als Nächstes, im Schritt 120, wird eine Wichtung der Amplitude auf jede Abtastung angewendet. Dieser Schritt der Fensterung (windowing) formt die Abtastblöcke für eine Eingabe an einen Fast-Fourier-Wandler 122 (FFT, Fast Fourier Transfor mer) vor, um geringe Frequenz-Seitenkeulen zu erzielen. Dies dient dazu, eine Isolation von benachbarten Filtern in der weiter unten beschriebenen Filterbank zu erzielen. Die FFT 122 empfängt die n Abtastblöcke und liefert n Ausgangswerte. Die n FFT-Ausgangswerte werden nach der Frequenz sortiert, so dass der erste Ausgangswert der unteren Grenze von einem Band mit einer Bandbreite von 1/n von der gesamten Bandbreite entspricht und dass der zweite Ausgangswert das nächste benachbarte Band repräsentiert und so weiter und so fort bis zum n-ten Teilband. Diejenigen, die sich in diesem technischen Gebiet auskennen, werden erkennen, dass die FFT 122 damit eine Filterbank bereitstellt und jeder Abtastwert einen Ausgangswert davon darstellt. Damit werden n zeitliche Abtastwerte durch eine Bank von n Filtern hindurchgeführt, die angrenzend die gesamte Bandbreite (B) des Signals ausfüllen, wobei jeder Filter eine Bandbreite von B/n hat und ein einzelner Abtastwert von jedem Filter ausgegeben wird. Der zweite Satz von n zeitlichen Abtastwerten wird in der gleichen Weise verarbeitet, um den zweiten Abtastwert aus jedem Filter bereitzustellen. Dieser Prozess wird wiederholt, so dass jeder FFT-Filter eine zeitliche Folge mit 1/n von der Rate B ausgibt. Ein Teilbereich von n/2 wird von einem Bandpass-Filter 124 ausgewählt, um eine Reduzierung der Bandbreite zu erhalten, wie sie bei einer gegebenen Anwendung erlaubt sein kann.
Die Abtastblöcke, das Gewichten der Amplitude, die Fast-Fourier-Transformation und Bandpass-Filter-Vorgänge können mit diskreten Komponenten durchgeführt werden, einem digitalen Signalprozessor (DSP), einer feldprogrammierbaren logischen Anordnung (FPLA, field programmable logic array), einer programmierbaren logischen Vorrichtung (PLD, programmable logic device), oder als Software mit einem Allzweck-Prozessor, ohne dabei den Bereich der vorliegenden Lehren zu verlassen, wie es jemand mit gewöhnlichen Kenntnissen auf diesem technischen Gebiet erkennen wird.
Zu jedem Filter wird eine adaptive Gruppe 800 für jedes Element in der Gruppe 112 bereitgestellt. Wie es in diesem technischen Gebiet bekannt ist, kombiniert eine konventionelle adaptive Gruppe die Ausgänge von jedem Element von der Gruppe 112. Gemäß der vorliegenden Lehren wird eine adaptive Gruppe für jeden Ausgang der Frequenzteilbänder von der FFT 122 bereitgestellt. Demnach werden n/2 adaptive Gruppen bereitgestellt, von denen nur 800₁ in der 1 gezeigt ist. Die zweite adaptive Gruppe 800₂ ist identisch zu der ersten adaptiven Gruppe 800₁ mit der Ausnahme, dass die zweite adaptive Gruppe 800₂ den zweiten Teilbereich von jedem Ausgangssignal von dem zugeordneten FFT-Filter auswählt. Entsprechend wählt die adaptive Gruppe mit der Nummer n/2 (800₁₂₈ ) den Filterausgang n/2 aus.
Jede adaptive Gruppe 800_x , wobei x → 1 – n/2, multipliziert den ausgewählten Teilbereich-Abtastwert von jedem Kanal mit einer vorbestimmten Wichtung mittels eines Multiplizierers. Das heißt, ein erster Multiplizierer 126 wird in der ersten adaptiven Gruppe 800₁ bereitgestellt, der den Abtastwert im ersten Teilbereich von dem ersten Kanal 10 mit einem ersten Gewicht multipliziert und als Antwort darauf einen ersten gewichteten Abtastwert bereitstellt. Ein zweiter Multiplizierer 226 (nicht gezeigt) ist in der ersten adaptiven Gruppe 800₁ bereitgestellt. Der zweite Multiplizierer 226 multipliziert den ersten Teilband-Abtastwert von dem zweiten Kanal mit einer zweiten Wichtung und stellt als Antwort einen zweiten gewichteten Abtastwert bereit, ... und ein m-ter Multiplizierer 726 ist bereitgestellt, wobei m = 7 in dem anschaulichen Ausführungsbeispiel ist, der den ersten Abtastwert von dem m-ten Kanal mit einer m-ten Wichtung multipliziert und als Antwort darauf einen m-ten gewichteten Abtastwert bereitstellt. Wie diejenigen mit Kenntnissen auf diesem Gebiet erkennen werden, sind die Wichtungen so gewählt, dass die Amplitude und die Phase von den Signalen, die von jedem Element bei jeder Frequenz ausgegeben werden, angepasst werden, um einen Strahl in die Richtung von der Quelle (Satellit) von dem gewünschten Signal zu steuern.
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das die Arbeitsweise von einem adaptiven Strahlformer 800 für das k-te Teilband gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Signaldaten werden verwendet, um die Wichtungen adaptiv zu berechnen, die dann auf die Daten angewendet werden mittels: yk(t) = wHxk(t) [1]wobei x_k(t) das Eingangssignal für den adaptiven Strahlformer ist, y_k(t) das Ausgangssignal ist, w ein Vektor der adaptiven Wichtungen ist und H die komplex konjugierte Transponierte von einem Vektor repräsentiert. Die Wichtungen können in einer konventionellen Art und Weise mittels eines Mikroprozessors oder einer anderen digitalen Logik (nicht gezeigt) berechnet werden. Die adaptiven Wichtungen können gewählt werden, um viele mögliche Kriterien der Optimierung zu berücksichtigen, wie beispielsweise eine verzerrungsfreie Antwort mit minimaler Varianz (MVDR, minimum variance distortionless response), einem bestmöglichen Verhältnis zwischen dem Signal und der Interfe renz plus Rauschen (SINR, maximum signal-to-interference-plus-noise ratio) und mittlere quadratische Abweichung (MSE, mean squared error). In herkömmlicher Weise schlagen die Methoden jedoch fehl, wenn die Anzahl der Störer in irgendeinem Teilbereich die Anzahl von verfügbaren Freiheitsgraden übersteigt. Die vorliegende Erfindung stellt jedoch eine Technik bereit, die dies automatisch berücksichtigt.
Das MVDR-Kriterium wird weit verbreitet verwendet für das adaptive Strahlformen, einschließlich des adaptiven Strahlformens in Teilbereichen. MVDR minimiert die gesamte Ausgangsleistung, wobei dies jedoch der Rahmenbedingung unterworfen ist, dass das gewünschte Signal ohne Verzerrung durchgeleitet wird. Sei d ein Vektor des Typs C × 1, der die Antwort von einer Gruppenantenne auf ein gewünschtes Signal mit fortlaufender Welle (continuous wave signal) bei einer vorgegebenen Frequenz darstellt und das aus einer vorgegebenen Richtung Θ ankommt, wobei θ den Winkel des Eintreffens relativ zur Breitseite darstellt und C die Anzahl von Antennenelementen in der Gruppe repräsentiert. Die MVDR wird wie folgt berechnet: wMVDR = R–1d/dHR–1d [2]
Es ist auf diesem technischen Gebiet jedoch bekannt, dass die MVDR nicht in der Lage ist, eine angemessene Unterdrückung der Interferenz zu liefern, wenn sich in irgendeinem Teilband effektiv mehr als C – 2 Störer befinden. Im Nachfolgenden wird eine Methode zur Berechnung der Wichtungen dargestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, die automatisch die Ausgangsleistung in jedem Teilband herrichtet: wNEW = αR–1d/(dHR–1d)1/2 [3]wobei α eine Konstante ist, die die Leistung in einem beliebigen Teilbereich anpasst. Die Berechnung der Wichtungen versucht immer noch, die verbleibende Interferenz zu minimieren, aber es beschränkt die Ausgangsleistung in einem beliebigen Teilbereich auf den Wert |α|². Dabei ist eine gewünschte Dämpfung des Signals erlaubt, um dieses Ziel zu erreichen.
Daher wird bei jeder Frequenz, d.h. in jedem Teilbereich, eine Kompensation des Versatzes erzielt, indem man die Verstärkung der adaptiven Gruppe auf den Wert '1' in der Richtung von der Quelle von dem gewünschten Signal zwingt. Dies führt zur gleichen Verstärkung in der Richtung von den Satelliten über alle Teilbänder hinweg und liefert damit keine Verzerrung. Die adaptive Gruppe 800 steuert die empfangenen Strahlen gewissermaßen und passt dadurch das Muster (pattern) von der Antenne 112 an. Ein Summierer 802 in jeder adaptiven Gruppe 800_x kombiniert die gewichteten Abtastwerte und liefert einen einzelnen Ausgangswert des Teilbands für jeden Filter. Demnach werden n/2 Ausgangswerte bereitgestellt, einer für jeden Filter. Daher wird für jedes Teilband ein Ausgangswert der adaptiven Gruppe bereitgestellt. Diejenigen, die sich auf diesem technischen Gebiet auskennen, werden erkennen, dass es sich hierbei um eine erhebliche Abkehr von den konventionellen Lehren insoweit handelt, da gemäß den vorliegenden Lehren die adaptive Gruppenverarbeitung in den Frequenzteilbändern durchgeführt wird, während gemäß den konventionellen Lehren die adaptive Gruppenverarbeitung an den Zeitbereichs-Ausgängen von den Antennenelementen direkt durchgeführt wird über die gesamte Bandbreite von einem empfangenen Signal.
Als Nächstes wird das empfangene Signal wieder zusammengesetzt, indem zunächst ein Normalisierungsschritt 900 durchgeführt wird, um sicherzustellen, dass die Amplituden der Signale der Teilbänder im Wesentlichen gleich sind und dass ihre Phase nominal die gleiche ist. Die Normalisierung wird mittels Hardware oder Software gemäß einem konventionellen Algorithmus zur Normalisierung durchgeführt. Der Prozess der Normalisierung entfernt jegliche Variation zwischen den Teilbändern, die von den adaptiven Gruppen hervorgerufen wurden, in einer ausgewählten Richtung des Eintreffens. Indem man die Richtung des Eintreffens so auswählt, dass es sich um die des gewünschten Signals handelt, hat die Normalisierung den Effekt, dass jede Frequenzverzerrung von dem gewünschten Signal entfernt wird, die von den vorgeschalteten adaptiven Prozessoren hervorgerufen wurden, das heißt, das Entfernen von Variationen in der Amplitude und in der Phase zwischen den verschiedenen Teilbändern reduziert jegliche Verzerrung (wie z.B. zeitliche Verzögerungen), die von den adaptiven Gruppen hervorgerufen werden. Bei einem normalen Betrieb ist dieser Schritt nicht notwendig. In der Gegenwart eines Störers jedoch wird eine Veränderung in einem Teilbereich (z.B. bei einem der Filter) auftreten und nicht bei den anderen und der Ausgang von dem betroffenen Filter oder von den betroffenen Filtern wird in seiner Amplitude verzerrt sein. Die Verzerrung wird eine Funktion davon sein, wo sich der Störer physikalisch befindet (d.h. Azimutwinkel) aufgrund des Schritts der adaptiven Gruppenverarbeitung. Das erfinderische System 100 ist dafür ausgelegt, diese Verzerrung in der Richtung des gewünschten Signals zu kompensieren. Dies wird dadurch erzielt, dass die Amplitude von dem verzerrten Teilband mit dem Wissen um die Richtung zu einem gegebenen Satelliten und die korrekte Amplitude von den Filterausgängen von dem Satelliten normalisiert wird. Dies verhindert eine Beeinträchtigung des Durchlassbereichs von dem System gemäß konventioneller Lehren.
Schließlich wird das ursprüngliche Signal mit einer inversen FFT 1000 wieder zusammengesetzt, um das gewünschte Ausgangssignal bereitzustellen. Damit kompensiert das System 100 die Auswirkungen, die ein Störer hat, während der Schritt 900 des Normalisierens das gewünschte Signal bewahrt. Dadurch wird ein normalisiertes (hinsichtlich des Versatzes der zeitlichen Verzögerung korrigiertes) Signal in die Richtung von dem gewünschten Signal gesteuert.
Damit wurde die vorliegende Erfindung hier mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform für eine bestimmte Anwendung beschrieben. Diejenigen mit gewöhnlichen Fähigkeiten auf diesem technischen Gebiet und Zugang zu den vorliegenden Lehren werden zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsformen innerhalb des Bereichs der Erfindung erkennen.

Claims

System (100) zur Strahlformung, das zur Verwendung mit einer Gruppenantenne (112) mit einer Vielzahl von Antennenelementen (1–7) ausgebildet ist, wobei das System (100) zur Strahlformung aufweist: eine Anordnung (122) zum Transformieren eines mit der Antenne (112) empfangenen Signals in eine Vielzahl von Frequenzteilbändern, und eine Anordnung (800) zum Durchführen einer adaptiven Gruppenverarbeitung in jedem der Teilbänder und zum Bereitstellen einer Vielzahl von adaptiv verarbeiteten Teilbändern in Abhängigkeit davon, gekennzeichnet durch eine Anordnung (900) zum Normalisieren der adaptiv verarbeiteten Teilbänder, wobei die Anordnung (900) zum Normalisieren außerdem eine Anordnung zum Einstellen der Amplitude von einem oder mehreren der Teilbänder beinhaltet, um eine etwaige durch Zeitverzögerungen bedingte systematische Abweichung bzw. Verzerrung aufgrund deren adaptiver Verarbeitung zu beseitigen.
System zur Strahlformung nach Anspruch 1, wobei das Signal ein GPS-Signal ist.
System zur Strahlformung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung (800) zum Durchführen der adaptiven Gruppenverarbeitung außerdem eine Anordnung (126) beinhaltet, um für jedes der Elemente aus der Gruppe eine Wichtung zu einem jeweiligen Frequenzteilband anzuwenden.
System zur Strahlformung nach Anspruch 3, wobei die Gewichte so gewählt sind, dass sie einen Strahl in eine Richtung eines gewünschten Signals steuern.
System zur Strahlformung nach Anspruch 4, ferner mit einer Anordnung (802) zum Zusammenführen der Ausgangssignale der Anordnung (126, 726) zum Anwenden einer Wichtung auf ein jeweiliges Frequenzteilband für jedes Element aus der Gruppe (112), um ein einzelnes Ausgangssignal für jedes Teilband bereitzustellen.
System zur Strahlformung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung (122) zum Transformieren eine Anordnung beinhaltet, um eine schnelle Fouriertransformation (Fast Fourier Transform) an dem empfangenen Signal durchzuführen.
System zur Strahlformung nach Anspruch 1, mit einem Analog-Digital-Wandler (116), der mit dem Ausgang eines Hochfrequenzempfängers (114) gekoppelt ist und der dazu ausgebildet ist, eine Vielzahl von Abtastwerten in Abhängigkeit vom Empfang des Signals bereitzustellen.
System zur Strahlformung nach Anspruch 6, wobei die Anordnung (122) zum Transformieren außerdem eine Anordnung (118) beinhaltet, um Blöcke mit den Abtastwerten zu bilden.
System zur Strahlformung nach Anspruch 8, wobei die Anordnung (122) zum Transformieren außerdem eine Anordnung (120) beinhaltet, um die Blöcke mit den Abtastwerten einer Amplitudengewichtung zu unterziehen, um in Bezug darauf eine Fensterfunktion bereitzustellen.
System zur Strahlformung nach Anspruch 9, wobei die Anordnung zum Transformieren außerdem einen Bandpassfilter (124) beinhaltet, der dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal der Anordnung zum Durchführen einer schnellen Fouriertransformation (122) an dem empfangenen Signal zu filtern.
System zur Strahlformung nach Anspruch 7, ferner mit einer Anordnung (1000) zum Durchführen einer inversen schnellen Fouriertransformation (inverse Fast Fourier Transform) an dem empfangenen Signal.