[发明专利]用于多波束快速角引导和角捕获系统的多波束信号检测器

说明书

技术领域

本发明属于基带数字信号处理，特别涉及一种多波束信号检测器，可用于测控通信系统中多波束快速角引导和角捕获系统对0dB以下弱信号的检测与捕获。

背景技术

测控通信系统是深空探测工程中一个重要的系统。测控通信系统所承担的3个主要任务是：将科学、遥测和工程数据传回地面；实现地面对探测器的跟踪、测量和定位；遥控探测器以完成科学探测。其中由于深空通信距离变远，信号损失巨大，信号传输时延长导致信号衰弱极大，接收信号的信噪比极低，这就需要解决弱信号捕获与跟踪的问题。

解决测控通信系统中弱信号捕获与跟踪的问题，通过改善通信质量来提高信噪比。针对超远距离、超长时延和非对称通信的特点，国际上改善通信质量采用的主要方法有：利用Turbo码和低密度校验码LDPC先进的编译码技术、增加地面站大口径天线技术、提高载波频率到Ka波段、信源压缩技术、波导波束天线技术及低噪声接收技术、天线组阵技术、软件无线电技术、高功率器件技术等措施。其中天线组阵技术中的相控阵天线组阵是近几年来雷达体制的一个重要的新发展，它打破了常规雷达固定波束驻留时间、固定扫描方式、固定发射功率和固定数据的限制，具有灵活的多波束指向和驻留时间、可控的空间功率分配及时间资源分配等特点。

虽然相控阵天线组阵对提高信号接收质量有很大的作用，考虑到实际设计成本等原因的影响，实际中使用与相控阵天线功能相近的多波束天线组阵。多波束天线组阵与通常相控阵天线具有单独的输出端不同，多波束天线具有多个输出端，每个输出端对应一个波束，波束的峰值位于空间不同的角度。因此，多波束天线能够同时发射和/或接收多个独立波束。为了提高对更远距离弱信号的接收能力，支持高数据率科学测量与跟踪，多波束天线组阵是一种可行的方案。传统的多波束信号检测技术通过抑制杂波、抗干扰和降低系统噪声来提高检测性能，且只利用单帧数据进行检测，而为了满足一定的检测概率和虚警概率需要较高的信噪比，因此无法检测较低信噪比的信号。对于多波束弱信号的检测问题，即使进行了有效的杂波抑制，由于其信噪比较低，仍然无法得到可靠的检测。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于对多波束快速角引导和角捕获系统的多波束信号检测器及其检测方法，以实现对0dB以下低信噪比信号的可靠检测。

检测器，包括二块相同的信号处理板卡，分别完成方位和俯仰各15个波束的检测功能，每块板卡包括：

数据采集模块，由15片相同的模拟数字转换器ADC芯片构成，用于对方位或俯仰方向的15个波束的中频模拟信号进行中频数字采样；

信号积累模块，由1片现场可编程逻辑器件FPGA芯片构成，用于对方位或俯仰方向的15个波束的低信噪比信号进行积累；

信号捕获模块，与信号积累模块在同一片FPGA芯片中实现，用于对方位或俯仰方向的15个波束的低信噪比信号进行检测；

串行通信模块，由2片RS-232实现，用于将方位或俯仰方向检测结果送给伺服分系统完成快速角引导和角捕获。

所述的信号积累模块，包括：

1×15个基二的FFT IP核，用于对信号进行相干积累；

2×15个32位的乘法器和1×15个32位的加法器，用于对信号进行非相干积累。

所述的信号捕获模块，包括：

自适应噪声门限获取单元，用于实时的获取15个波束内噪声大小的门限值；

波束间判别单元，用于对15个波束间的信号大小进行判别；

控制单元，用于控制信号积累模块、先进先出数据缓存器FIFO单元、累加单元、自适应噪声门限获取单元、波束间判别单元以及串行通信模块的工作过程。

为实现上述目的，本发明的多波束信号检测方法，包括如下步骤：

(1)通过15个ADC芯片采样得到的15路中频数字实信号；

(2)在FPGA中，对15路中频数字实信号均采用如下步骤进行信号积累；

2a)对中频数字实信号进行快速傅立叶变化FFT，实现信号的相干积累，并输出FFT IP核输出端的状态指示信号；

2b)将信号相干积累后的实虚部，分别取模求平方再相加，实现信号的非相干积累；

(3)对15路信号积累值均采用如下步骤进行预捕获：

3a)将信号非相干积累后的值，写入先进先出数据缓存器FIFO1、FIFO2以及FIFO3；

3b)从FIFO1、FIFO2和FIFO3中读出数据，并对该数据中在最低位进行位与运算，其余高位进行位或运算；