[发明专利]低轨星载智能天线接收系统及方法

权利要求书

1.一种低轨星载智能天线接收系统，其特征在于，该系统由N个单元天线构成的阵列天线、N路数字接收机和自适应抗干扰智能天线数字电路组成；

自适应抗干扰智能天线数字电路包括捕获波束形成模块、阵元基带信号积累模块、干扰角度估计模块、用户和干扰角度估计模块和跟踪波束形成模块；

所述阵列天线用于接收电磁波信号，所述N路数字接收机用于将电磁波信号转换成N通道基带信号；N通道基带信号同时发送给捕获波束形成模块、阵元基带信号积累模块、干扰角度估计模块和跟踪波束形成模块；

所述捕获波束形成模块用于根据零陷抗干扰数字多波束形成方法形成捕获波束，所述干扰角度估计模块用于通过多目标角度估计方法估计空域中干扰的角度位置，所述阵元基带信号积累模块用于通过解扩和积累以提升N通道基带信号的信噪比，并将提升信噪比后的信号发送给用户和干扰角度估计模块，所述用户和干扰角度估计模块用于通过多目标角度估计方法估计空域中用户的角度位置，所述跟踪波束形成模块根据空域中干扰的角度位置以及空域中用户的角度位置形成跟踪波束。

2.根据权利要求1所述的低轨星载智能天线接收系统，其特征在于，数字接收机用于对射频信号进行放大滤波、下变频、中频滤波、模数变换和数字下变频滤波处理，得到N通道基带信号。

3.根据权利要求1所述的低轨星载智能天线接收系统，其特征在于，所述多目标角度估计方法采用时空DOA矩阵方法。

4.一种基于权利要求1所述低轨星载智能天线接收系统的跟踪波束和捕获波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，阵列天线接收电磁波信号；

步骤2，N路数字接收机将电磁波信号转换成N通道基带信号，同时发送给捕获波束形成模块、阵元基带信号积累模块、干扰角度估计模块和跟踪波束形成模块；

步骤3，捕获波束形成模块根据零陷抗干扰数字多波束形成方法形成捕获波束；

干扰角度估计模块通过多目标角度估计方法估计空域中干扰的角度位置；

阵元基带信号积累模块通过解扩和积累以提升N通道基带信号的信噪比，并将提升信噪比后的信号发送给用户和干扰角度估计模块；

用户和干扰角度估计模块通过多目标角度估计方法估计空域中用户的角度位置；

跟踪波束形成模块根据空域中干扰的角度位置以及空域中用户的角度位置，通过零陷抗干扰数字多波束形成方法形成跟踪波束。

5.根据权利要求4所述的跟踪波束和捕获波束形成方法，其特征在于，数字接收机对射频信号进行放大滤波、下变频、中频滤波、模数变换和数字下变频滤波处理，得到N通道基带信号。

6.根据权利要求4所述的跟踪波束和捕获波束形成方法，其特征在于，所述多目标角度估计方法采用时空DOA矩阵方法。

7.根据权利要求4所述的跟踪波束和捕获波束形成方法，其特征在于，零陷抗干扰数字多波束形成方法的具体过程为：

S1：分析阵列天线的阵列结构，确定矩形栅格阵列的伸缩变换矩阵A和变换后阵元间距d，或者三角栅格阵列的伸缩变换矩阵A、旋转矩阵B和变换后阵元间距d'；

S2：设置阵元的初始权重系数向量w，实际不存在的虚拟阵元权重系数设置为0；

S3：根据式(1)对w作J×K点的二维傅里叶逆变换得到(u’,v')坐标下的阵因子AF(u’,v')，JM，KN，再根据S1确定的参数转到(u,v)坐标下；

式中，M，N分别为阵列天线长度方向和宽度方向的阵元个数，w_mn为迭代计算时的权重系数，(u,v)坐标中θ为天线的俯仰角，为天线的方位角，[u',v']＝1/λ[d_xu,d_yv]^T，λ为电磁波波长，d_x为阵列天线长度方向相邻阵元的间距，d_y为阵列天线宽度方向相邻阵元的间距；

S4：根据赋形方向图的需要，确定可见区内方向图的赋形区、旁瓣区和过渡区；根据赋形区和过渡区修正阵因子赋形区特性，旁瓣区均设置为0；

S5：根据式(2)对修正后的阵因子做J×K点的二维傅里叶变换，取其中包含在阵列口径内的M×N点作为新的阵元权重系数向量w，将原来没有阵元的位置对应的权重系数设为0；

S6：当存在干扰时，根据式(3)将权重系数投影到干扰正交空间，用于控制阵列阵因子在干扰方向产生零陷，迭代过程中干扰正交空间根据干扰位置的变化动态调整变化；如果不存在干扰则直接进入S7；

P_J⊥:Z＝(I-C(C^HC)^-1C^H) (3)

P_J⊥为干扰子空间正交投影算子，I为单位矩阵，C为干扰导向性矢量构成的矩阵，维数为MN×L，L为干扰个数，Z为阵元权重系数向量w构成的矩阵；

S7：输出本次迭代的权重系数向量w，并跳转到S3继续下个周期的迭代，达到设定的迭代次数时执行S8；

S8：将得到的权重系数向量w送入捕获波束形成模块和跟踪波束形成模块，使用数字波束形成方法生成捕获波束和跟踪波束。