[发明专利]一种具有并行结构的宽带信号组阵系统

说明书

本发明涉及一种具有并行结构的宽带信号组阵系统，包括并转换模块，用于将各天线采集的串行信号转换成并行信号；数字下变频模块，用于对并行信号进行下变频；并行滤波模块，用于将经过下变频的并行信号进行带通滤波；频差时差调整模块，用于对经过带通滤波的并行信号进行频率和时差调整，完成频率和时延对齐；SUMPLE算法模块，用于通过SUMPLE算法，将经过频率和时延调整的并行信号进行加权求和，得到合成信号；数字上变频模块，用于对合成信号进行上变频，使之与接收信号中心频率位置相同。其对每一路天线接收到的采样信号进行串并转换，并将传统组阵合成算法结构中的每一模块进行并行化设计，有效降低了系统串行处理的时钟频率。

技术领域

本发明涉及一种具有并行结构的宽带信号组阵系统，属于通讯信号处理技术领域。

背景技术

在深空探测中，探测器需要将无线信号从遥远的太空发送回地球，从而在探测器和测控站之间建立通信链路。随着探测任务的开展，对数据传输速率的需求越来越高，而由于信号的自由空间传输损耗与距离的平方成反比，随着探测距离的增大，地面上接收到的信号通常非常微弱，甚至完全淹没在复杂的无线电噪声中。可靠地恢复微弱的深空信号成为深空探测任务必须要解决的问题。

传统的提高接收信号信噪比的技术包括：采用先进的编码技术引入编码增益；增大发射功率；降低接收机的热噪声；增大接收天线的口径等。然而受到工程可实现能力的约束，这些方法目前已经濒临工程极限。在这种情况下，天线组阵技术应运而生，天线组阵技术是在一定地域范围内，将不同天线接收到的同一信号源的信号加权合成。天线组阵的效果等价于一个更大口径的天线，可有效提高接收信号的信噪比，已成为恢复微弱的深空信号的新解决方案。如图1所示，天线组阵的工作方式为：天线组阵中各天线采集经过混频的中频信号，将采集的信号依次进行带通滤波、下变频和频差与时差校准，最后采用SUMPLE算法生成合成信号Ck，其中，SUMPLE算法的流程如图2所示，将经过频差与时差校准的各路信号与参考信号进行相关，从而计算出各路信号的加权值，将各路信号与加权值相乘后在相加从而生成合成信号Ck。

除了可以提高信噪比之外，天线组阵技术还可以更好的防止系统故障，避免整个系统失效。在使用单个天线时，该天线发生故障整个系统可能就会失效。采用天线组阵技术，当某一天线出现故障后，剩余的天线仍然能够对接收信号进行合成，整个系统只是损失了出现故障的天线对信噪比的贡献，而不会出现整个系统失效的后果。另一方面，天线组阵技术可以利用现有的不同天线，不必对天线本身的结构进行改进，从而降低了整个系统的建设成本。

为了使合成信号的信噪比最大，天线组阵技术需要各个小天线接收到的信号之间的时延、频差、相位差以及幅度差应当尽可以小，但实际操作中很难准确计算各个小天线接收到的信号之间的时延、频差、相位差以及幅度的补偿。目前天线组阵的信号合成主要采用SUMPLE、SIMPLE等算法，但这些算法通常只针对窄带信号。此外，由于不同地理位置、不同型号的接收天线群时延大小不同，各个小天线接收到的信号的相频特性曲线在不同频率处的相位差也不同。如果采用传统的天线组阵算法，在所有频率处用一个相同的相位加权因子进行相位补偿，会导致合成后信号的信噪损失。这些传统的天线组阵合成算法采用的是串行结构，受到硬件时钟频率的限制，采样和数据处理的效率都比较低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种具有并行结构的宽带信号组阵系统，其对每一路天线接收到的采样信号进行串并转换，并将传统组阵合成算法结构中的每一模块进行并行化设计，有效降低了系统串行处理的时钟频率。