專利名稱：天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深空探測(cè)領(lǐng)域，特別涉及深空信號(hào)接收中的計(jì)算信號(hào)的相位差從而進(jìn) 行天線組陣信號(hào)合成的技術(shù)。
背景技術(shù)：
深空探測(cè)中遠(yuǎn)距離的通信與導(dǎo)航以及射電天文科學(xué)的迅猛發(fā)展，對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡的 性能提出了新的需求。由于開發(fā)成本的提高和技術(shù)的限制，單個(gè)天線G/T值的提高已經(jīng)到 了停滯狀態(tài)。美國(guó)深空網(wǎng)(DSN)戰(zhàn)略計(jì)劃已經(jīng)明確了可能的增長(zhǎng)途徑采用射頻頻段，通過 大量小天線組陣的方法獲得更高的天線增益。天線組陣所提供的優(yōu)點(diǎn)是，能以比用單個(gè)天 線所接收的更高數(shù)據(jù)率接收數(shù)據(jù)，它具有許多令人渴望的優(yōu)勢(shì)更好的性能、更強(qiáng)的工作穩(wěn) 健性、更低的建造費(fèi)用、更好的計(jì)劃靈活性和對(duì)射電天文科學(xué)研究更廣泛的支持。天線組陣 可以降低對(duì)單天線指向精度等指標(biāo)的要求，采用大規(guī)模的小天線可以大大降低建設(shè)成本。由于距離遙遠(yuǎn)，深空通信中到達(dá)地面的信號(hào)功率非常微弱，天線陣每個(gè)單元的輸 出信噪比通常很低。當(dāng)天線距離較近，接收到的其他航天器信號(hào)或者其他射電干擾相關(guān)時(shí)， 傳統(tǒng)的相位殘差估計(jì)方法(如SIMPLE和SUMPLE相關(guān))將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，甚至完全失 效，極大降低天線組陣的信號(hào)合成性能。C. H. Lee等采用MUSIC和EIGEN方法實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的辨識(shí)和抑制，但計(jì)算量很 大，實(shí)時(shí)處理實(shí)現(xiàn)困難；同時(shí)對(duì)BPSK(二進(jìn)制相移鍵控)信號(hào)的理論研究和對(duì)比仿真發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)天線單元之間存在相關(guān)的干擾信號(hào)時(shí)，對(duì)載波相位進(jìn)行重建的預(yù)處理技術(shù)能大大提高組 陣的性能，尤其是當(dāng)干擾信號(hào)較強(qiáng)時(shí)這一效果更加明顯。M. K. Simon和V. Vilnrotter等人 提出了低信噪比條件下BPSK信號(hào)載波相位的同步方法，通過對(duì)接收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行 預(yù)估，依據(jù)統(tǒng)計(jì)理論減少狀態(tài)轉(zhuǎn)移的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)載波相位跟蹤性能的提高。這一方 法在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)較低信噪比情況下的載波相位估計(jì)，但算法過于復(fù)雜，并且信噪 比條件也受到一定程度的限制。循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)廣泛存在于通信、遙測(cè)、雷達(dá)和聲吶系統(tǒng)中，W. A. Gardner指出信號(hào) 的循環(huán)平穩(wěn)特性在信號(hào)檢測(cè)和估計(jì)方面較傳統(tǒng)方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。循環(huán)互相關(guān)已成功的 應(yīng)用到了信號(hào)子空間擬合DOA估計(jì)方法中。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決深空探測(cè)天線組陣中信號(hào)合成相位差估計(jì)時(shí)的干擾問題，本發(fā)明提出了 一種基于天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)裝置和方法，以及包括該相位差估 計(jì)裝置的信號(hào)合成系統(tǒng)和包括該相位差估計(jì)方法的信號(hào)合成方法，以及一種天線組陣信號(hào) 接收系統(tǒng)和方法。各天線中頻信號(hào)經(jīng)采樣后，通過相位差估計(jì)模塊獲得相位差，通過時(shí)延和加權(quán)幅 值計(jì)算模塊獲得時(shí)延和加權(quán)幅值，對(duì)各路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行時(shí)延調(diào)整、相位調(diào)整和幅值加權(quán)后， 經(jīng)由信號(hào)合成器獲得合成信號(hào)并送往接收機(jī)進(jìn)行解調(diào)等后續(xù)處理。其中，相位差估計(jì)模塊中的相位差求解采用循環(huán)互相關(guān)方法?；谘h(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)法對(duì)于任何的循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)都是適用的，對(duì)于 BPSK信號(hào)其循環(huán)頻率α可以選擇為0、士 2fQ和k/Tc(k = 0，士 1，士2，...)。本發(fā)明提出一種天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)裝置，所述天線組 陣包括多個(gè)接收天線單元，該裝置用于對(duì)天線組陣的循環(huán)平穩(wěn)的天線信號(hào)的相位差進(jìn)行計(jì) 算，該裝置包括一個(gè)或兩個(gè)匹配濾波器，用于對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的天線信號(hào)進(jìn) 行匹配濾波并且對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的信號(hào)與參考信號(hào)的二者的差信號(hào)進(jìn) 行匹配濾波；循環(huán)互相關(guān)模塊，用于計(jì)算經(jīng)過匹配濾波的所述信號(hào)和經(jīng)過匹配濾波的所述差信 號(hào)的循環(huán)互相關(guān)函數(shù)；相位差求解模塊，根據(jù)所述循環(huán)互相關(guān)函數(shù)計(jì)算所述天線信號(hào)的相位差。本發(fā)明提出一種天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)方法，所述天線組 陣包括多個(gè)接收天線單元，該方法用于對(duì)天線組陣的循環(huán)平穩(wěn)的天線信號(hào)的相位差進(jìn)行計(jì) 算，該方法包括步驟匹配濾波步驟，用于對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的天線信號(hào)進(jìn)行匹配濾 波并且對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的信號(hào)與參考信號(hào)的二者的差信號(hào)進(jìn)行匹配濾 波；循環(huán)互相關(guān)步驟，用于計(jì)算經(jīng)過匹配濾波的所述經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整 后的天線信號(hào)和經(jīng)過匹配濾波的所述差信號(hào)的循環(huán)互相關(guān)函數(shù)；相位差求解步驟，根據(jù)所述循環(huán)互相關(guān)函數(shù)計(jì)算所述天線信號(hào)的相位差。本發(fā)明提出一種天線組陣的信號(hào)合成裝置，所述天線組陣包括多個(gè)接收天線單 元，該信號(hào)合成裝置包括本發(fā)明的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)裝置；時(shí)延和加權(quán)幅值計(jì)算模塊，用于為時(shí)延和相位調(diào)整模塊提供時(shí)延和加權(quán)幅值；時(shí)延和相位調(diào)整模塊，用于對(duì)天線組陣的循環(huán)平穩(wěn)的天線信號(hào)的時(shí)延、幅值加權(quán) 和相位差進(jìn)行調(diào)整，并將經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的天線信號(hào)提供給所述的信號(hào) 相位差估計(jì)裝置，并根據(jù)所述的信號(hào)相位差估計(jì)裝置計(jì)算出的相位差調(diào)整所述天線信號(hào)的 相位；減法器，用于對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的信號(hào)與所述參考信號(hào)二者求 差以得到所述差信號(hào)，并將所述差信號(hào)提供給所述信號(hào)相位差估計(jì)裝置；以及信號(hào)合成器，用于對(duì)天線組陣的所有經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整的信號(hào)進(jìn)行 合成，并將合成的信號(hào)作為所述參考信號(hào)輸入到所述減法器。本發(fā)明提出一種天線組陣中的信號(hào)合成方法，所述天線組陣包括多個(gè)接收天線單 元，該信號(hào)合成方法包括本發(fā)明的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)方法；時(shí)延和加權(quán)幅值計(jì)算步驟，用于為時(shí)延和相位調(diào)整模塊提供時(shí)延和加權(quán)幅值；時(shí)延和相位調(diào)整步驟，用于對(duì)天線組陣的循環(huán)平穩(wěn)的天線信號(hào)的時(shí)延、幅值加權(quán) 和相位差進(jìn)行調(diào)整，通過所述的信號(hào)相位差估計(jì)方法對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整的天線信號(hào)進(jìn)行相位差計(jì)算，并根據(jù)通過所述信號(hào)相位差估計(jì)方法計(jì)算出的相位差調(diào)整所述 天線信號(hào)的相位；求差步驟，用于對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的信號(hào)與所述參考信號(hào)二者 求差以得到所述差信號(hào)；以及信號(hào)合成步驟，用于對(duì)天線組陣中的所有經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整的信號(hào) 進(jìn)行合成，并且將合成的信號(hào)作為所述求差步驟中的所述參考信號(hào)。本發(fā)明提出一種天線組陣信號(hào)接收系統(tǒng)，所述天線組陣包括多個(gè)接收天線單元， 該系統(tǒng)包括多個(gè)低噪聲放大器，每個(gè)低噪聲放大器均用于放大對(duì)應(yīng)的接收天線單元接收到的 信號(hào)；多個(gè)下變頻器，每個(gè)下變頻器均用于將經(jīng)過對(duì)應(yīng)的低噪聲放大器放大的信號(hào)下變 頻為中頻信號(hào)；多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器均用于將從對(duì)應(yīng)的下變頻器獲得的中頻信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；頻率和時(shí)統(tǒng)模塊，為下變頻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供頻標(biāo)和時(shí)間信息；本發(fā)明的天線組陣的信號(hào)合成裝置，每個(gè)信號(hào)合成裝置均將對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換的數(shù)字信號(hào)作為天線信號(hào)進(jìn)行處理，所述多個(gè)信號(hào)合成裝置共用一個(gè)信號(hào)合成器；以及解調(diào)接收機(jī)，用于對(duì)該信號(hào)合成器合成的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。本發(fā)明提出一種天線組陣信號(hào)接收方法，所述天線組陣包括多個(gè)接收天線單元， 該方法包括低噪聲放大步驟，用于放大對(duì)應(yīng)的接收天線單元接收到的信號(hào)；下變頻步驟，用于將經(jīng)過放大的信號(hào)下變頻為中頻信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，用于將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；為所述下變頻步驟和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟提供頻標(biāo)和時(shí)間信息；本發(fā)明的天線組陣的信號(hào)合成方法，將所述數(shù)字信號(hào)作為天線信號(hào)進(jìn)行處理以合 成信號(hào)；以及對(duì)合成的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。本發(fā)明的有益效果在不增加額外計(jì)算量的基礎(chǔ)上，基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位 差估計(jì)裝置和方法、以及信號(hào)合成裝置和方法、以及天線組陣信號(hào)接收系統(tǒng)和方法都具有 很高的相位差估計(jì)精度和很強(qiáng)的抗相關(guān)干擾的能力。循環(huán)互相關(guān)與互相關(guān)相比，具有更高 的估計(jì)方差，但具有很低的估計(jì)偏差。與普通相關(guān)方法相比，循環(huán)互相關(guān)的頻率不局限于單 一循環(huán)頻率，可以靈活的選擇循環(huán)頻率。本發(fā)明的信號(hào)合成方法與MUSIC等抗干擾方法相 比，計(jì)算量大大降低。


圖1是深空探測(cè)中的天線組陣示意圖；圖2是本發(fā)明天線組陣信號(hào)接收系統(tǒng)示意圖；圖3是本發(fā)的包含明基于循環(huán)互相關(guān)的相位差估計(jì)模塊與信號(hào)合成裝置的示意 圖4是仿真實(shí)驗(yàn)循環(huán)互相關(guān)估計(jì)方差示意圖；圖5是仿真實(shí)驗(yàn)一般互相關(guān)估計(jì)偏差示意圖；圖6是仿真實(shí)驗(yàn)天線陣單元分布示意圖；圖7是分別利用循環(huán)互相關(guān)方法和一般互相關(guān)方法進(jìn)行信號(hào)合成時(shí)的仿真實(shí)驗(yàn) 信號(hào)合成功率損失系數(shù)比較圖；圖8是分別利用循環(huán)互相關(guān)方法和一般互相關(guān)方法進(jìn)行信號(hào)合成時(shí)的仿真實(shí)驗(yàn) 干擾信號(hào)合成功率抑制系數(shù)比較圖；以及圖9是分別利用循環(huán)互相關(guān)方法和一般互相關(guān)方法進(jìn)行信號(hào)合成時(shí)的仿真實(shí)驗(yàn) 合成信號(hào)信噪比比較圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)方案中所涉及的各個(gè)細(xì)節(jié)問題。應(yīng)指出的是， 所描述的實(shí)施例僅旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。圖1是深空探測(cè)中的天線組陣示意圖。在圖1中，深空探測(cè)器通過其探測(cè)器天線與地面的天線組陣中的各天線(1， 2... N)通信，并且在地面進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和偽距測(cè)量等操作。各天線通過交換機(jī)將數(shù)據(jù)傳送 到數(shù)據(jù)處理設(shè)備，各天線接收到的探測(cè)器信號(hào)被合成后再進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，從而可以大大提 高信號(hào)的數(shù)據(jù)接收能力。同樣的，陣中天線也可以同時(shí)向探測(cè)器發(fā)射上行數(shù)據(jù)。圖2是本發(fā)明天線組陣信號(hào)接收系統(tǒng)意圖(以SUMPLE方法為例)。接收系統(tǒng)由天線、低噪聲放大器(LNA)、下變頻器、數(shù)字采集卡(模數(shù)轉(zhuǎn)換器， ADC)、頻率和時(shí)統(tǒng)模塊、時(shí)延和加權(quán)幅值計(jì)算模塊、相位差估計(jì)模塊、時(shí)延和相位調(diào)整模塊、 減法器、信號(hào)合成模塊以及解調(diào)接收機(jī)等組成。各天線接收到的探測(cè)器信號(hào)，經(jīng)過低噪聲放 大器進(jìn)行的功率放大、下變頻器進(jìn)行的下變頻和數(shù)字采集卡進(jìn)行的中頻信號(hào)采樣后得到的 數(shù)字信號(hào)被稱作天線信號(hào)。時(shí)延和加權(quán)幅值計(jì)算模塊為時(shí)延和相位調(diào)整模塊提供時(shí)延和加 權(quán)幅值。在該系統(tǒng)中，虛線框中的相位差估計(jì)模塊、時(shí)延和相位調(diào)整模塊和減法器是針對(duì)來 自一個(gè)天線的天線信號(hào)進(jìn)行處理的。此虛線框中的相位差估計(jì)模塊、時(shí)延和相位調(diào)整模塊 和減法器和虛線框外的信號(hào)合成器構(gòu)成了針對(duì)一個(gè)天線的天線信號(hào)的信號(hào)合成子系統(tǒng)。在 本發(fā)明中，針對(duì)多個(gè)天線的多個(gè)信號(hào)信號(hào)合成子系統(tǒng)共用一個(gè)信號(hào)合成器。應(yīng)該注意，所述信號(hào)合成子系統(tǒng)所處理的天線信號(hào)是經(jīng)過預(yù)處理所得的數(shù)字天線 信號(hào)，而前述低噪聲放大器(LNA)、下變頻器、數(shù)字采集卡、時(shí)延和加權(quán)幅值計(jì)算模塊和頻率 和時(shí)統(tǒng)模塊所進(jìn)行的處理只是示例性的預(yù)處理。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，所述預(yù)處理不 限于這一種方式，而可以通過添加其它的裝置或去掉某一裝置(例如，低噪聲放大器)或者 調(diào)整執(zhí)行預(yù)處理的裝置的次序來改變預(yù)處理的方式。時(shí)延和相位調(diào)整模塊通過從獲得的時(shí)延、相位差以及加權(quán)幅值，對(duì)各路天線信號(hào) 進(jìn)行時(shí)延、相位調(diào)整和幅值加權(quán)后得到調(diào)整后的信號(hào)。其中，本發(fā)明提供了新的相位差獲取 方式，而時(shí)延與加權(quán)幅值都是按照現(xiàn)有技術(shù)來獲取的。多路調(diào)整后的信號(hào)經(jīng)由信號(hào)合成器 進(jìn)行信號(hào)合成以獲得合成信號(hào)并送往解調(diào)接收機(jī)進(jìn)行解調(diào)等后續(xù)處理。其中，相位差的產(chǎn) 生過程如下，作為參考信號(hào)的合成信號(hào)通過減法器(圖2中以減號(hào)加圓圈表示)與每路調(diào) 整后的信號(hào)相減得到差值，之后相位差估計(jì)模塊對(duì)所得到的差值和對(duì)應(yīng)的此路調(diào)整后的信號(hào)進(jìn)行處理以獲得下一時(shí)刻的相位差，并提供給時(shí)延和相位調(diào)整模塊。以下將參照?qǐng)D3來具體描述本發(fā)明的基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)的信號(hào) 合成子系統(tǒng)。在本發(fā)明的信號(hào)合成子系統(tǒng)中，相位差估計(jì)模塊基于信號(hào)的循環(huán)相關(guān)特性來進(jìn)行 相位差估計(jì)，時(shí)延和相位調(diào)整模塊根據(jù)估計(jì)出的相位差調(diào)整天線信號(hào)的相位。以下以BPSK 信號(hào)為例來說明循環(huán)相關(guān)特性。BPSK信號(hào)具有如下的循環(huán)相關(guān)特性設(shè)BPSK信號(hào)s (t)為s(t) = a(t)cos(2 π f0t+(i)0) (1)其中，a(t)為調(diào)制信號(hào)，&為載波頻率，初始相位(K ；式中，調(diào)制信號(hào)a(t)可被表 達(dá)為
OOa{t)= J^a(nTc)q(t-nTc-t0)
=-οο其中，a(nTc)為二進(jìn)制序列，q(t)為矩形窗函數(shù)，且
,、i1 \￥Td2q(t) = \,
‘[O \t\>Tj2a (nTc) = 士 1上式所示的BPSK信號(hào)循環(huán)譜密度函數(shù)的解析表達(dá)式可表示為
s: Ul = ^-HQif + /o + oc/2)Q\f + /ο-+ /o)
+Qif-/ο + cc/2)Q\f-/ο-a/2)s:(f - UWnnah+Q(f + /。+ a/2)Q\f — /。— α/2)怒+2/。(/)e"y[2 r(a+2/l'>0+2A]+Q(f _/0 + a/2)Q\f + Λ- a/2)Jr2/。(/)e-"[2+—2Λ)"「2 叫其中，e為自然常數(shù)，&(/)是隨機(jī)序列IaJ的循環(huán)譜密度函數(shù)，且當(dāng)序列為白噪聲 時(shí)，有下式成立
~ (X(O) a = k/TcWHf；" 丄;Q(f)為矩形窗函數(shù)q(t)對(duì)應(yīng)的譜函數(shù)，且BPSK信號(hào)在循環(huán)頻率α為O、士 2fQ和k/Tc (k = 0，士 1，士 2，...)處具有譜相關(guān) 特性，且它們是BPSK信號(hào)的全相干循環(huán)頻率
47；
Si2Hn=^Qiff ^2"'(2)Sks丨Hf
Qif + /o + k/2Tc)Q* (/ + /?！?k/2Tc) + Q{f~f0 + kl2Tc)Qr{f~f0-k/2Tc)
47；
基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)方法對(duì)于任何的循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)都是適用的，對(duì)于BPSK信號(hào)其循環(huán)頻率α可以選擇為0、士2fQ和k/Tc(k = 0，士 1，士2，. . .)，T。為碼片寬度。圖3是本發(fā)明的包括基于天線信號(hào)的循環(huán)互相關(guān)進(jìn)行相位差估計(jì)的相位差估計(jì) 模塊的信號(hào)合成子系統(tǒng)的示意圖。圖3中的信號(hào)合成子系統(tǒng)包括時(shí)延和相位調(diào)整模塊、相位差估計(jì)模塊、減法器和 信號(hào)合成器，除了信號(hào)合成器之外與圖2虛線框中的部分一一對(duì)應(yīng)。相位差估計(jì)模塊采用 的是基于循環(huán)互相關(guān)的相位差估計(jì)方法，由一個(gè)或兩個(gè)匹配濾波器、一個(gè)循環(huán)互相關(guān)模塊 和一個(gè)相位差求解模塊組成。匹配濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，主要作用為提高信號(hào)的信 噪比，對(duì)干擾信號(hào)和噪聲進(jìn)行抑制，提高相位差估計(jì)的精度。循環(huán)互相關(guān)模塊的作用是將兩 路信號(hào)進(jìn)行循環(huán)互相關(guān)。所述相位差估計(jì)模塊執(zhí)行基于天線信號(hào)的循環(huán)互相關(guān)的相位差估 計(jì)操作的具體描述如下設(shè)天線i接收的信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大器進(jìn)行的功率放大、下變頻器進(jìn)行的下變頻 和數(shù)字采集卡進(jìn)行的中頻信號(hào)采樣后得到的天線信號(hào)λ。(0 (尖帽符號(hào)表示其為復(fù)變量， 下同)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整模塊初步的時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的信號(hào)為 λ,(O，設(shè)參考信號(hào)(即，由信號(hào)合成器輸出的合成信號(hào))義。(0與信號(hào)λ,(O經(jīng)過減法器求差 后所得的差信號(hào)為KO，即
權(quán)利要求
一種天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)裝置，所述天線組陣包括多個(gè)接收天線單元，該裝置用于對(duì)天線組陣的循環(huán)平穩(wěn)的天線信號(hào)的相位差進(jìn)行計(jì)算，該裝置包括至少一個(gè)匹配濾波器，用于對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的天線信號(hào)進(jìn)行匹配濾波并且對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的信號(hào)與參考信號(hào)的二者的差信號(hào)進(jìn)行匹配濾波；循環(huán)互相關(guān)模塊，用于計(jì)算經(jīng)過匹配濾波的所述信號(hào)和經(jīng)過匹配濾波的所述差信號(hào)的循環(huán)互相關(guān)函數(shù)；相位差求解模塊，根據(jù)所述循環(huán)互相關(guān)函數(shù)計(jì)算所述天線信號(hào)的相位差。
2.如權(quán)利要求1所述的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)裝置，其中，設(shè) 經(jīng)過匹配濾波的所述信號(hào)為復(fù)變量并且經(jīng)過匹配濾波的所述差信號(hào)為復(fù)變量，循 環(huán)互相關(guān)模塊計(jì)算:P,. ( )和義⑷在循環(huán)頻率α處的循環(huán)互相關(guān)函數(shù)(O，得Rk ⑷=C λ +Φ) y ^ - 響a其中，T是積分的時(shí)間長(zhǎng)度，τ是延遲變量，j是虛數(shù)單位。
3.如權(quán)利要求2所述的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)裝置，其中，將 延遲變量τ表示成數(shù)字形式，由最小二乘法得‘ =iMlMS mIm^式中，為由/^ 組成的列向量，Mh為由巧( )組成的列向量，是 .λ.的估 計(jì)值， λ是由信號(hào)和λ (0的幅值比和相位差組成的變量，且Ky,h =XeMRk μ … )]TMλ ^[RKm,) Rlim2)…其中，mk(k= 1，2...K)為相關(guān)值信噪比大于給定閾值的時(shí)延，相位差求解模塊根據(jù)循環(huán)互相關(guān)模塊計(jì)算獲得的、Λ求解相位差Δ φ,的估計(jì)值Δ‘ 計(jì)算公式為~Imffi ；；)Δ於=arctan Λ(11)LRe( )_當(dāng)積分時(shí)間趨于無窮時(shí)，得丑(Δ幻=對(duì)於)-五⑷=Δ(
4.如權(quán)利要求2所述的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)裝置，其中，所 述循環(huán)頻率α選擇為0、士 2fQ和k/%，其中，k = 0，士 1，士 2，...，Tc為碼片寬度。
5.如權(quán)利要求2所述的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)裝置，其中，所 述循環(huán)平穩(wěn)的天線信號(hào)是BPSK信號(hào)，其循環(huán)頻率α選擇為0、士和k/T。，其中，k = 0， 士 1，士 2，...，T。為碼片寬度。
6.一種天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)方法，所述天線組陣包括多個(gè)接 收天線單元，該方法用于對(duì)天線組陣的循環(huán)平穩(wěn)的天線信號(hào)的相位差進(jìn)行計(jì)算，該方法包 括步驟匹配濾波步驟，用于對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的天線信號(hào)進(jìn)行匹配濾波并 且對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的信號(hào)與參考信號(hào)的二者的差信號(hào)進(jìn)行匹配濾波；循環(huán)互相關(guān)步驟，用于計(jì)算經(jīng)過匹配濾波的所述經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的 天線信號(hào)和經(jīng)過匹配濾波的所述差信號(hào)的循環(huán)互相關(guān)函數(shù)；相位差求解步驟，根據(jù)所述循環(huán)互相關(guān)函數(shù)計(jì)算所述天線信號(hào)的相位差。
7.如權(quán)利要求6所述的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)方法，其中，設(shè) 經(jīng)過匹配濾波的所述信號(hào)為復(fù)變量λ (O并且經(jīng)過匹配濾波的所述差信號(hào)為復(fù)變量λW，在 循環(huán)互相關(guān)步驟中，計(jì)算:P,⑴和λ⑴在循環(huán)頻率α處的循環(huán)互相關(guān)函數(shù)《i) ，得4 ⑷ 二 Ss+C λ +“2)夕:G -其中，T是是積分的時(shí)間長(zhǎng)度，τ是延遲變量，j是虛數(shù)單位。
8.如權(quán)利要求7所述的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)方法，其中，將 延遲變量τ表示成數(shù)字形式，由最小二乘法得式中，M從為由/^ (%)組成的列向量，巧為由《( )組成的列向量，&的估計(jì) 值，。λ是由信號(hào)λ (O和λ.⑷的幅值比和相位差組成的變量，且 丨)rIM…《( )]T其中，mk(k= 1，2...Κ)為相關(guān)值信噪比大于給定閾值的時(shí)延，在相位差求解步驟中，根據(jù)在循環(huán)互相關(guān)步驟中計(jì)算獲得的、λ求解相位差△ Φ 的估 計(jì)值Δ ‘計(jì)算公式為~Imif--)Αφ = arctan ~當(dāng)積分時(shí)間趨于無窮時(shí)，得Ε(Αφ ) = Ε(φ,)-Ε(φ￡) = Αφ α
9.如權(quán)利要求7所述的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)方法，其中，所 述循環(huán)頻率a選擇為O、士2fQ和k/T。，其中，k = 0，士 1，士2，. . .，T。為碼片寬度。
10.如權(quán)利要求7所述的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)方法，其中，所 述循環(huán)平穩(wěn)的天線信號(hào)是BPSK信號(hào)，其循環(huán)頻率α選擇為0、士和k/T。，其中，k = 0， 士 1，士 2，...，T。為碼片寬度。
11.一種天線組陣的信號(hào)合成裝置，所述天線組陣包括多個(gè)接收天線單元，該信號(hào)合成 裝置包括如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)裝置； 時(shí)延和加權(quán)幅值計(jì)算模塊，用于為時(shí)延和相位調(diào)整模塊提供時(shí)延和加權(quán)幅值； 時(shí)延和相位調(diào)整模塊，用于對(duì)天線組陣的循環(huán)平穩(wěn)的天線信號(hào)的時(shí)延、幅值加權(quán)和相 位差進(jìn)行調(diào)整，并將經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的天線信號(hào)提供給所述的信號(hào)相位 差估計(jì)裝置，并根據(jù)所述的信號(hào)相位差估計(jì)裝置計(jì)算出的相位差調(diào)整所述天線信號(hào)的相 位；減法器，用于對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的信號(hào)與所述參考信號(hào)二者求差以 得到所述差信號(hào)，并將所述差信號(hào)提供給所述信號(hào)相位差估計(jì)裝置；以及信號(hào)合成器，用于對(duì)天線組陣的所有經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整的信號(hào)進(jìn)行合成， 并將合成的信號(hào)作為所述參考信號(hào)輸入到所述減法器。
12.—種天線組陣中的信號(hào)合成方法，所述天線組陣包括多個(gè)接收天線單元，該信號(hào)合 成方法包括如權(quán)利要求6至10任一項(xiàng)所述的天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)方法；時(shí)延和加權(quán)幅值計(jì)算步驟，用于為時(shí)延和相位調(diào)整模塊提供時(shí)延和加權(quán)幅值； 時(shí)延和相位調(diào)整步驟，用于對(duì)天線組陣的循環(huán)平穩(wěn)的天線信號(hào)的時(shí)延、幅值加權(quán)和相 位差進(jìn)行調(diào)整，通過所述的信號(hào)相位差估計(jì)方法對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整的天線 信號(hào)進(jìn)行相位差計(jì)算，并根據(jù)通過所述信號(hào)相位差估計(jì)方法計(jì)算出的相位差調(diào)整所述天線 信號(hào)的相位；求差步驟，用于對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的信號(hào)與所述參考信號(hào)二者求差 以得到所述差信號(hào)；以及信號(hào)合成步驟，用于對(duì)天線組陣中的所有經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整的信號(hào)進(jìn)行 合成，并且將合成的信號(hào)作為所述求差步驟中的所述參考信號(hào)。
13.一種天線組陣信號(hào)接收系統(tǒng)，所述天線組陣包括多個(gè)接收天線單元，該系統(tǒng)包括 多個(gè)低噪聲放大器，每個(gè)低噪聲放大器均用于放大對(duì)應(yīng)的接收天線單元接收到的信號(hào)；多個(gè)下變頻器，每個(gè)下變頻器均用于將經(jīng)過對(duì)應(yīng)的低噪聲放大器放大的信號(hào)下變頻為 中頻信號(hào)；多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器均用于將從對(duì)應(yīng)的下變頻器獲得的中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)；頻率和時(shí)統(tǒng)模塊，為下變頻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供頻標(biāo)和時(shí)間信息； 多個(gè)如權(quán)利要求11所述的天線組陣的信號(hào)合成裝置，每個(gè)信號(hào)合成裝置均將對(duì)應(yīng)的 模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)作為天線信號(hào)進(jìn)行處理，所述多個(gè)信號(hào)合成裝置共用一個(gè)信號(hào) 合成器；以及解調(diào)接收機(jī)，用于對(duì)該信號(hào)合成器合成的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
14.一種天線組陣信號(hào)接收方法，所述天線組陣包括多個(gè)接收天線單元，該方法包括 低噪聲放大步驟，用于放大對(duì)應(yīng)的接收天線單元接收到的信號(hào)；下變頻步驟，用于將經(jīng)過放大的信號(hào)下變頻為中頻信號(hào)； 模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，用于將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；為所述下變頻步驟和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟提供頻標(biāo)和時(shí)間信息； 如權(quán)利要求12所述的天線組陣的信號(hào)合成方法，將所述數(shù)字信號(hào)作為天線信號(hào)進(jìn)行 處理以合成信號(hào)；以及對(duì)合成的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)裝置，所述天線組陣包括多個(gè)接收天線單元，該裝置用于對(duì)天線組陣的循環(huán)平穩(wěn)的天線信號(hào)的相位差進(jìn)行計(jì)算，該裝置包括一個(gè)或兩個(gè)匹配濾波器，用于對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的天線信號(hào)進(jìn)行匹配濾波并且對(duì)經(jīng)過時(shí)延、幅值加權(quán)和相位調(diào)整后的信號(hào)與參考信號(hào)的二者的差信號(hào)進(jìn)行匹配濾波；循環(huán)互相關(guān)模塊，用于計(jì)算經(jīng)過匹配濾波的所述信號(hào)和經(jīng)過匹配濾波的所述差信號(hào)的循環(huán)互相關(guān)函數(shù)；相位差求解模塊，根據(jù)所述循環(huán)互相關(guān)函數(shù)計(jì)算所述天線信號(hào)的相位差。還提供了一種天線組陣中基于循環(huán)互相關(guān)的信號(hào)相位差估計(jì)方法，一種信號(hào)合成裝置、一種信號(hào)合成方法、一種天線組陣信號(hào)接收系統(tǒng)、和一種天線組陣信號(hào)接收方法。
文檔編號(hào)H04L27/22GK101969329SQ201010297388
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者孔德慶, 張洪波, 朱新穎, 李俊鐸, 李春來, 蘇彥, 鄭磊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)