[发明专利]一种基于分布式接收系统的短波超短波信号增强方法

说明书

本发明涉及无线通信中的阵列信号处理技术领域，公开一种基于分布式接收系统的短波超短波信号增强方法，包括：由多套GPS/北斗导航设备分别提供参考时钟和秒脉冲至各节点的多通道接收机，各多通道接收机依据参考时钟完成短波超短波信号下变频和采频操作，并将接收信号和秒脉冲以无线方式传输至中心计算节点；中心计算节点根据秒脉冲对接收信号进行时域对齐，依据信号带宽和各导航设备秒脉冲精度对各多通道接收机接收信号进行分段傅立叶变换，得到各段频域数据；中心计算节点按照迭代式波束形成算法，对各段各频点数据进行波束形成处理，再进行傅立叶反变换后输出。本发明可有效改善目标信号的接收效果，提升信号信噪比并抑制同频干扰。

技术领域

本发明涉及无线通信中的阵列信号处理技术领域，尤其涉及一种基于分布式接收系统的短波超短波信号增强方法。

背景技术

为保证接收质量，短波超短波信号接收往往需要使用大尺寸高增益天线(频率更高的微波信号天线较小)。大尺寸高增益的天线等传感器工艺复杂，造价高昂，也更容易损坏，而受限于所在平台的载荷等条件，天线尺寸和功耗都不易过大。随着电信技术的飞速进步，轻便简单的天线等传感器生产成本正不断降低，物联网时代的发展趋势即是用小尺寸低功耗的传感器组成网络，协同接收目标辐射信号，并对各传感器数据进行融合处理。多天线联合完全可以达到或超过单个高增益天线的信号接收效果，同时解决了尺寸和功耗的问题。除此之外，通过对部署于多个不同位置的天线接收数据协同处理，可以根据空间方位信息识别不同来向的信号，有选择性地增强期望来向的信号并抑制其它来向的干扰。学界将对上述多天线接收处理通常称为阵列波束形成技术。

基于波束形成的信号增强技术已经获得了大量研究，配套的多通道接收机等硬件也非常成熟。但需要指出的是，现有相关技术是集中式的，即要求各天线及其配套接收机相邻放置，以方便进行接收机各通道的时间和频率同步(包括时钟频率相位等保持一致)，同时各接收节点以有线方式传输数据至处理节点进行波束形成处理。这种集中式阵列接收系统如图1所示。需要指出的是，阵列接收系统性能主要取决于阵列天线数目和孔径(即接收天线之间的距离)，因而实际应用中上述集中式阵列存在若干问题，例如集中式的部署方式对平台要求仍较高，即需要平台有足够大的体积、载荷和平整表面，因而在机动平台部署存在障碍。同时各接收通道数据通过有线方式传输至数据处理节点，这些都限制了其应用场合(赵加玲，无线传感器网络中的分布式波束形成算法的研究[D]，2014，南京大学.)。

与之相对，基于分布式系统的波束形成技术部署传感器时，设置多个相隔较远的节点(包含多个接收天线和多通道接收机)以适应机动平台。具体如图2所示，接收节点之间以及与数据处理节点间相距较远且以无线方式传输数据。相比较很容易发现，分布式系统部署位置更加灵活，传输方式也不局限于有线，明显更适合于无人机、汽车等移动平台，前景广阔。无线分布式系统为改善目标信号的接收质量提供了新的途径，但也明显带来了更多挑战(Santiago Felici-Castell,Enrique A.Navarro,et.Practical Considerationsin the Implementation of Collaborative Beamforming on Wireless SensorNetworks[J],Sensors,2017,17,237.)。一方面集中式系统天线相邻，因而同步很容易实现(直接电路共时钟即可)，而分布式放置的节点相邻远，又无法以有线方式互联，所以同步困难，这必然引入较大的系统误差；另一方面，各节点信号需要以无线方式分别传输至处理节点，无线传输必然带来较大的随机延时，如何克服传输延时实现数据融合也有待解决。上述问题是分布式系统应用中亟待解决的现实问题。

发明内容

本发明针对现有的以无线方式互联的分布式接收系统固有的位置无法精确校正，且存在传输时延的问题，提出一种基于分布式接收系统的短波超短波信号增强方法，以增强信号接收质量，提高系统接收范围。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于分布式接收系统的短波超短波信号增强方法，包括：