[发明专利]一种高精度阵列信号生成方法

说明书

本发明涉及阵列信号处理技术领域，特别是一种高精度阵列信号生成方法，包括下述步骤：(S1)对入射信号进行傅里叶变换，得到入射信号的频谱；(S2)以参考接收点为坐标原点，建立东北天坐标系，并根据入射信号的入射方向和天线阵各个阵元的坐标计算入射信号到达各个阵元的时延差；(S3)对入射信号的频谱进行相位旋转操作，生成天线阵各阵元接收信号的频谱；(S4)对天线阵各阵元接收信号的频谱进行傅里叶反变换，得到各个阵元接收信号的时域形式，即最终的阵列信号。本发明能够精确生成对包括无线通信、卫星导航在内的阵列接收设备进行有线测试时所需的阵列信号，用于准确评估阵列接收设备的抗干扰性能。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理技术领域，特别是阵列信号的生成方法，更 具体的是涉及一种用于对雷达、无线通信以及卫星导航阵列接收设备进行 有线测试的高精度阵列信号生成方法。

背景技术

目前，天线阵已广泛应用于雷达、无线通信以及卫星导航等领域，常 规的接收设备采用单天线接收信号，当接收设备受到有意或恶意的电磁干 扰时，接收设备只能从时域或频域对干扰进行抑制。然而，时域和频域抗 干扰方法只能抑制窄带干扰，当电磁干扰的带宽超过目标信号带宽的10％ 时，干扰抑制效果并不理想。当接收设备采用天线阵接收信号时，只要电 磁干扰与目标信号的入射方向不同，接收设备都可从空域上对干扰进行有效抑制，且对干扰的带宽不敏感。另外，接收设备还可利用天线阵进行波 束形成处理来提高目标信号的信噪比，从而获得更好的接收性能。基于这 些优点，目前高端的无线通信以及卫星导航接收设备尤其是军用设备大多 采用天线阵来接收信号。

阵列接收设备的性能测试手段包括无线测试和有线测试，其中有线测 试在阵列接收设备样机研制中的原理验证和调试阶段发挥着重要作用。对 阵列接收机进行有线测试首先需要模拟生成天线阵各个阵元所接收的信号 (即阵列信号)。由于入射信号到达各个阵元的时间不同，各个阵元所接收 的信号存在时延差。

设入射信号s(t)的表达式为：

式中，d(t)表示基带信号，f₀表示入射信号的载波频率，j为虚数单位， e为自然对数的底数，π为圆周率，t表示时间。入射信号根据实际测试需 求确定，可以是目标信号也可以是各种电磁干扰。

假设天线阵的阵元数为N，则天线阵各个阵元接收到的信号可表示为：

式中，r_k(t)为第k个阵元接收到的信号，τ_k为入射信号到达第k个阵 元相对到达参考接收点的时延差，k＝1,2,…,N，(·)^T表示转置。r(t)即为有 线测试中需要模拟生成的阵列信号。当天线阵的尺寸较小时(例如直径为 200mm的圆阵)，上述时延差一般在纳秒量级，因此阵列信号生成的难点 在于如何对入射信号进行精确的时延控制。

传统的阵列信号生成方法大部分基于窄带假设，即认为入射信号到达 各个阵元的时延差远小于入射信号带宽的倒数，因此忽略掉了基带信号 d(t)的时延差，此时阵列信号可近似为：

式中，为一个N维矢量，在阵 列信号处理中称为导向矢量。从上式可以看到，采用窄带假设时，阵列信 号生成的实现较为简单，不需要对入射信号进行时延控制，只需要计算出 导向矢量，然后将导向矢量与入射信号s(t)相乘即可。

当入射信号的带宽较宽时，窄带假设的近似处理将会引入较大的误差。 聂俊伟等在窄带假设对GNSS天线阵抗干扰性能评估的影响分析中的研究 结果表明(参考文献：聂俊伟、葛锐、李敏等,“窄带假设对GNSS天线 阵抗干扰性能评估的影响分析”,国防科技大学学报,2011年10月,vol.33, no.5,pp.128-133.)，在评估阵列接收设备抗宽带干扰的性能时，如果按照 传统的阵列信号生成方法来生成阵列信号，评估结果将偏乐观，不能准确 反映设备的真实性能。