[发明专利]稀疏阵列天线系统接收通信信号的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及阵列信号处理领域中稀疏阵列天线系统接收通信信号的方法及装置。本发明可用于通信系统中阵列天线接收通信信号，实现接收天线阵列排列任意、有效抵消阵列产生的时延。

背景技术

在通信系统中，天线波束具有强方向性、低旁瓣、易实现电扫和波束赋形，阵列天线已得到了广泛的应用，稀疏阵列比均匀阵列具有高分辨率、阵元之间干扰小、阵元数目少节省系统造价等优势，因此很多学者对稀疏阵列天线做了大量的理论研究与实验仿真测试。研究成果表明，稀疏阵列产生的时延对接收通信信号有很大影响，因此如何处理稀疏阵列产生的时延是改善阵列天线接收系统性能的关键。

电子科技大学提出的专利申请“一种针对均匀超稀疏阵列天线波束指向模糊的抑制方法”(申请号：201010132062.X，公开号：101813764A)中公开了一种针对均匀超稀疏阵列天线波束指向模糊的抑制方法，该方法是利用系统在主瓣指向相同时，采用不同工作频率信号对目标进行探测，其目标在主瓣指向上重合、而在栅瓣指向上呈分散状的特性；在系统发射和接收方面都以此采用三种不同频率且其波长均远小于阵元间隔的信号，并在探测的整个角度范围内设定主瓣指向的位置、分别进行扫描，再按常规方法将各个收发组件接收到的同一频率的回波信号送入加法器相加后、进入信号采集处理器经下变频、模/数转换和数字信号处理，最后再将处理后的速度、目标的有无及幅度等数据进行综合处理，以确定目标的有无、同时消除栅瓣引起的指向模糊；并在有目标时将目标在该探测位置的角度及距离、速度、幅度等消息一并输入数据处理器从而实现其目的。该方法以最大程度消除均匀超稀疏阵列天线波束栅瓣对测量接收信号波达方向的不利影响，可以有效地减少匀阵列天线数目，降低系统成本、扩大应用范围等目的。但是该方法还有不足之处是：第一，该法只是针对均匀超稀疏阵列天线，不适用于任意排列的稀疏阵列天线，有一定的局限性。第二，该方法需要利用三种不同频率且其波长均小于阵元间隔的信号进行探测，还需要利用其他信息对接收信号的波达方向进行辨别，这会一定程度上增加了通信系的复杂度。第三，该方法估计得到的角度精确不够，由估计角度设计得到的权向量无法有效地抵消阵列产生的时延。

发明的内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种稀疏阵列天线系统接收通信信号的方法及装置，以解决稀疏阵列所产生的时延及伪峰对接收信号的影响，提高了估计角度的精度。

实现本发明的基本思路是：对于任意排列的稀疏阵列接收系统，用多重信号分类公式对接收信号进行谱峰搜索得到信号的子空间功率谱，选取子空间功率谱中所有高谱峰值对应的角度分别作为角度迭代的初始角度，对这些初始角度分别进行角度迭代得到更精确的角度，再根据输出功率的大小选取角度作为波达方向，用所选取角度所对应的自适应权向量与接收信号相乘，最后将各阵元的信号叠加输出。

本发明实现多值伪随机序列的方法的具体步骤如下：

(1)设置阵元位置

操作人员在选定的区域范围内，任意设置稀疏阵列的阵元位置，操作人员记录阵元位置坐标。

(2)接收信号

接收阵列天线各阵元接收单信号源远场窄带信号。

(3)谱峰搜索

3a)采用多重信号分类公式对接收信号进行谱峰搜索，得到接收信号的子空间功率谱；

3b)记录接收信号的子空间功率谱中所有高谱峰值对应的角度。

(4)角度迭代

4a)依次提取步骤3b)记录的角度作为角度迭代的初始角度，采用自适应权值向量公式计算各初始角度所对应的自适应权值向量；

4b)采用输出功率公式计算输出功率；

4c)采用输出功率求一阶导数公式计算输出功率的一阶导数；

4d)将步骤4a)的初始角度代入输出功率的一阶导数的公式中，获得该初始角度所对应输出功率的一阶导数值，判断该一阶导数值的绝对值是否小于10^-2，若小于，则停止该初始角度的迭代，记录该初始角度、该初始角度所对应的自适应权值向量以及其输出功率，转入执行步骤4g)；否则，转入执行步骤4e)；

4e)根据角度迭代公式对初始角度进行更新，获得一个新角度；

4f)将步骤4e)获得的新角度作为角度迭代的初始角度转入步骤4a)；

4g)比较各输出功率的大小，选取其中最大的输出功率所对应的初始角度作为波达方向，将该初始角度所对应的自适应权值向量作为处理信号的权向量。

(5)对接收信号进行处理