[发明专利]一种适用于异地多天线组阵的信号合成方法

说明书

本发明公开了一种适用于异地多天线组阵的信号合成方法，主要解决月球、火星以及更远距离下深空微弱接收信号的高效信号合成问题。该方法首先利用天线延迟预报模型得到站间延迟差/频差/相位差模型，对天线信号进行粗补偿和条纹搜索，估计得到残余延迟差/残余频差，用于修正站间延迟差/频差模型，当频差估计精度达到一定程度时，转入信号合成阶段；信号合成阶段，利用FX相关合成器对天线间延迟差、频差、相位差和幅度加权值进行高精度的估计和补偿，实现对长基线异地多天线组阵信号的高效合成，从而提高测控精度和降低数传误码率。本发明适用于异地多天线组阵信号合成，具有较低的计算复杂度和较高的合成性能。

技术领域

本发明涉及到深空测控通信中的异地多天线的组阵信号合成技术、分布式网络雷达收发相参合成技术、VLBI干涉测量数据处理技术等，特别适用于在异地长基线条件下，不同口径天线接收微弱深空信号进行信号增强等相关应用领域。

背景技术

在深空测控通信系统中，由于深空航天器目标与地球测站相距遥远，从几千万到上亿公里，致使现有测控通信设备的接收信号强度非常微弱。接收天线组阵是实现提高接收信号SNR的有效手段。国内外目前研究了区域等口径多天线组阵的信号合成方法，如DSN在小规模天线组阵中开发了全频谱合成算法(SIMPLE、SUMPLE等)、复符号合成算法、基带合成算法、基于频域的合成方法等，这些方法仅用于区域天线信号的相位对齐。但对于异地天线组阵来说，各天线接收信号间存在较大的延迟差和频差，使得上述方法在该场景下合成效果较差甚至无法收敛。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种适用于异地多天线组阵的信号合成方法，该方法首先利用天线延迟预报模型得到站间延迟差/频差/相位差模型，对天线信号进行粗补偿；对经下变频和积分清洗的基带信号进行FFT运算后进行条纹搜索，估计得到残余延迟差/残余频差，用于修正站间延迟差/频差模型，当频差估计精度达到一定程度时，转入信号合成阶段；信号合成阶段，各天线信号与总合成信号进行自谱和互谱计算，利用互谱相位计算得到残余延迟差/相位差，利用自谱和互谱幅度计算得到各天线信号的幅度加权值，用于下一积分时间内的迭代更新，从而实现最佳合成信号输出。本发明适用于异地多天线组阵信号合成，具有较低的计算复杂度和较高的合成性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种适用于异地多天线组阵的信号合成方法，包括以下步骤：

①站间延迟差/频差/相位差模型单元接收外部输入的天线1～天线N延迟预报模型，选择天线1～天线N中的任一天线设定为参考天线，将天线1～天线N延迟预报模型分别与参考天线延迟预报模型进行做差得到天线1～天线N各自对应的站间延迟差/频差/相位差多项式模型；根据条纹搜索单元输出的残余延迟差和残余频差初始值、自谱和互谱计算单元输出的残余延迟差和残余相位差初始值对天线1～天线N各自对应的站间延迟差/频差/相位差多项式模型一一对应进行修正，得到N个修正后的站间延迟差/频差/相位差多项式模型；将修正后的天线1～天线N各自对应的站间延迟差多项式模型一一对应送至天线1～天线N各自对应的粗延迟补偿单元和精延迟补偿单元，将修正后的天线1～天线N各自对应的站间延迟差/频差/相位差多项式模型一一对应送至天线1～天线N各自对应的频差和相位差补偿单元；其中，N为大于1的自然数；

②粗延迟补偿单元根据修正后的站间延迟差多项式模型及其对应天线信号的时标信息进行计算，得到该段信号所对应积分时间中间时刻航天器相对于天线的站间延迟差预报信息，并将该站间延迟差预报信息分离成整数比特延迟补偿值和小数比特延迟补偿值，在时域对天线信号完成对应积分时间内的整数比特延迟补偿，并将补偿后的信号送至频差和相位差补偿单元；