[发明专利]导航卫星阵列天线接收系统的校准方法

说明书

本发明提出一种导航卫星阵列天线接收系统的校准方法，旨在提供一种抑制干扰，提高天线阵列导向矢量估计准确性的校准方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在通道校准时，将多路模数转换器输出的多通道数据送入通道校准处理模块进行通道校准信号处理，测量通道之间的不一致性，依次选择其中至少两个通道，其余通道保持正常运行，更新随时间变化的通道一致性响应，计算得到供阵列处理算法模块使用的通道响应，完成通道校准；在天线校准时，借助卫星信号作为测量信号，经阵列信号加权处理模块DBF合成多路天线校准信号送入导航卫星数字接收机，并输出至天线校准处理模块，计算真实工作环境下阵列在该卫星信号入射方向上的天线响应，完成天线校准。

技术领域

本发明涉及一种广泛应用在诸如雷达、声纳、无线通信等领域阵列天线接收系统的校准方法。具体地说，是关于导航卫星信号处理领域，应用于采用阵列天线接收和处理导航卫星信号的系统中，支持提高信干噪比和稳定相位中心阵列处理能力的校准方法。

背景技术

卫星导航系统是基于无线电测距的系统，天线是实现无线电信号接收和发送的关键部分，天线的方向性、极化特性、工作带宽特性和相位稳定度等指标直接决定了卫星导航系统的服务质量。卫星导航系统信号弱、易受干扰的问题也越来越突出。按各部分功能划分，卫星导航系统可大致分为空间段、控制段和应用段，空间段和控制段大多采用传统的面天线结构，应用段采用平板天线或螺旋天线。目前使用的卫星接收天线一般是一天线接收一卫星信号。传统的面天线方向图不易控制，工作带宽较窄；平板天线和螺旋天线增益系数低，方向图不能自适应调整，不能满足抗干扰型用户机需要。单个天线方向图不易控制，增益不高，极化特性以及带宽特性也往往不能满足卫星导航系统发展需要；阵列天线考虑将多个单天线按一定规律排列组成天线系统，通过调整各天线单元的馈电方式和排列规律，来实现特定的方向图、极化特性以及带宽特性需要，这将具有十分重要的应用前景和意义。相对于现有系统，未来卫星导航系统对天线提出了更高的要求。

阵列天线包括相控阵天线、多波束天线和自适应天线等。相控阵天线中，各辐射单元的馈电相位可控，通过调整各辐射单元的馈电相位来改变天线的方向图形状，实现天线接收信号方向和发射信号方向的控制。天线接收信号是经放大滤波后直接转换成数字信号；缺点是由于射频低通采样的频率至少是射频工作带宽的两倍，对AD转换器的性能(转换速率、工作带宽、动态范围等)提出了非常高的要求，同时对后端的信号处理器也要求特别高，目前还无法很好的实现。传统天线对接收信号的跟踪依赖机械方法旋转天线；为保证天线增益和波束特性，导航系统控制段大量的卫通天线口径大，天线旋转惯性大、控制部分机械故障较高；相控阵天线可以解决机械方法旋转天线面临的问题。多波束天线中，用波束形成网络向阵列单元激励所需的信号振幅和相位，产生多个锐波束，然后通过波束的叠加来产生特定形状的成形波束覆盖特定区域，多波束天线的效能依赖于阵列信号处理。阵列信号处理是信号处理领域的重要分支，它是将多个传感器设置在空间的不同位置组成传感器阵列，并利用这一阵列对空间信号场进行接收(多点并行采样)和处理，提取阵列所接收的。信号及其特征信息(参数)，同时抑制干扰和噪声或不感兴趣的信息。它与一般的信号处理方式不同，因为其阵列是按一定方式布置在空间不同位置上的传感器组，主要利用信号空域特性来增强信号及有效提取信号空域信息，因此阵列信号处理也称为空域信号处理。阵列信号处理最主要的两个研究方向是自适应空域滤波(自适应阵列处理)，空间谱估计(估计信号的空域参数或信源位置)，它以空间传播波携带信号(空域滤波)为研究对象。数字波束形成技术是通过数字方式补偿不同接收通道间信号的幅度和相位差，在数字多路合成之后实现空域滤波，然而,由于天线单元间位置误差、信号传输通道响应不一致以及天线方向图不理想，使得经典的抗干扰算法的实际抗干扰的性能下降。