[发明专利]阵元选择性调零天线波束合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及到卫星导航接收机的调零天线领域，具体涉及卫星导航接收机中一种阵元选择性调零天线波束合成方法。

技术背景

卫星导航接收机所接收到的卫星信号非常微弱，信号强度通常比噪声还小，所以极易被干扰。以阵列天线为基础的调零天线，通过自适应算法调整每个阵元接收信号权值，使得阵列天线方向图在干扰信号方向形成零陷，从而抑制干扰。传统已有的调零天线总体结构如图1所示(图中忽略了模数转换模块)，阵列由N+1个阵元构成，第0个阵元接收信号是参考信号d(k)，而其他阵元接收信号作为阵列输入信号x(k)＝[x₁(k)...x_N(k)]^T，k＝1,2,...表示信号时间序号，符号[]^T表示取转置。调零天线的波束合成，就是利用参考信号d(k)和所有阵元接收信号x(k)，通过自适应滤波算法进行权矢量w计算。而波束合成的输出，就是调零天线的输出，即e(k)＝w^Hx(k)-d(k)，其中权矢量为w＝[w₁...w_N]^T，符号[]^H表示取共轭转置。根据调零天线理论，N+1个阵元最多可以抗N个干扰信号，所以，当干扰个数J已知时，调零天线只需要J+1个阵元就能够实现抗干扰功能。另一方面，由于调零天线仅仅对干扰信号进行抑制，产生的权矢量w对于卫星信号而言，是一组相互独立的随机参数。这样，每个阵元通道的卫星信号，都等效于是接收机所接收的卫星信号的一个多径分量，即N+1个阵元产生N+1条多径。显然，调零天线加权采用的阵元数越多，卫星信号的等效多径也越多。根据无线通信的信道相关理论，多径数越多，信道频率选择性衰落越严重。

针对上述问题，已有研究者提出采用阵元选择的方式完成调零天线的波束合成功能，参考文献：重庆大学，一种卫星导航接收机调零天线的权值计算方法，中国，发明专利，专利申请号201410842603.6。具体方法就是，在阵列为均匀线阵时，如果已知干扰个数J的情况下，选择J个阵元接收信号和一个参考信号进行波束合成，而此时权值计算采用最小均方(Least Mean Square，LMS)自适应滤波方法进行。这个方法存在两个问题，一个是阵列适用范围窄，仅仅是均匀线阵，而实际中的调零天线多为均匀平面阵；二是LMS自适应滤波方法计算权值，收敛速度受步长影响，在获得较小稳态误差要求下，收敛速度慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明针对已有阵元选择性调零天线适用范围窄，权值计算速度慢的问题，提供一种针对均匀平面阵列，采用RLS算法计算权值的阵元选择调零天线波束合成方法，该方法能够减小频率选择性衰落，具有适用范围宽、收敛速度快的优点。

解决上述问题的技术方案是阵元选择调零天线波束合成方法，具体步骤为：

第一步：卫星导航接收机调零天线是由N+1个阵元构成的均匀平面阵列，阵列编号排列0开始，从阵元间距为半个波长到一个波长之间，N为一个自然数；接收信号经过模数转换后，第0个阵元接收信号为d(k)，作为权值计算的参考信号，第1个到第N个阵元接收信号表示为N维列矢量x(k)＝[x₁(k)...x_N(k)]^T，其中x_i(k)表示第i个阵元接收信号，i＝1,...,N，自然数k为接收信号时间序号，即k＝1,2,...，符号[]^T表示求转置；

第二步：已知调零天线接收的强干扰信号个数为J，该个数满足条件J≤N，此时，从第1个阵元到第N个阵元中，任意选择J个阵元接收信号z(k)＝[x₁(k)...x_J(k)]^T进行权矢量计算，z(k)为J维列矢量；

第三步：调零天线权矢量w＝[w₁...w_J]^T为J维列矢量，其中w_i表示第i个阵元对应的加权值，i＝1,...,J，权矢量计算采用递归最小二乘(RLS，recursive least-squares)自适应滤波算法，具体步骤为：

(1)取k＝0，设置初始权值w(k)＝[0...0]^T，取遗忘因子λ为接近于1的常数，逆相关矩阵P(k)＝E，其中E为J×J维单位矩阵；