[发明专利]一种适用于异地多天线组阵的信号合成方法

摘要

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。

主权项

1.一种适用于异地多天线组阵的信号合成方法，其特征在于包括以下步骤：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，得到该天线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；③频差和相位差补偿单元根据修正的站间延迟差/频差/相位差多项式模型及3个模型对应的时标信息进行计算，得到对应积分时间内中间时刻航天器相对于天线的延迟差预报值和频差预报值，将该延迟差预报值分离成整数比特延迟补偿值和小数比特延迟补偿值；该延迟差预报值和已知的射频频率值构造相位差补偿矢量修正相位差多项式模型；利用频差预报值和相位差补偿信息构造条纹旋转信号，在时域对粗延迟补偿单元输出的信号进行条纹旋转补偿频差和相位差，并将补偿后的信号送正交下变频和积分清洗单元；④正交下变频和积分清洗单元根据外部输入的中频载波标称值构造下变频信号，利用构造的下变频信号对频差和相位差补偿单元输出的信号进行正交下变频，得到复数基带信号，对复数基带信号的I、Q支路分别进行积分清洗降低数据速率后，将积分清洗后的I、Q基带信号送入FFT单元；⑤FFT单元对积分清洗后的I、Q基带信号进行复数FFT运算，并将FFT单元计算结果送入精延迟补偿单元；⑥精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，得到该天线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；根据小数比特延迟值和FFT频率构造小数比特延迟对应的相位补偿权值矢量，对FFT单元输出的结果进行条纹旋转实现小数比特延迟的精补偿，将精补偿后的结果分别送入条纹搜索单元、幅度加权单元和自谱及互谱计算单元；⑦条纹搜索单元对天线1～天线N各自对应的精延迟补偿单元输出的结果进行各天线相对于参考天线的残余延迟差和残余频差估计，并将估计得到的残余延迟差和残余频差一一对应送至天线1～天线N各自对应的站间延迟差/频差/相位差模型单元；⑧幅度加权单元根据自谱及互谱计算单元输出的幅度加权初始值对精延迟补偿单元输出的结果进行幅度加权，并将幅度加权后结果送至合成单元；⑨合成单元将天线1～天线N各自对应的幅度加权单元输出的信号直接相加，得到总合成信号，一方面将总合成信号进行IFFT运算得到时域总合成信号对外输出，另一方面把总合成信号反馈至天线1～天线N各自对应的自谱和互谱计算单元；⑩自谱和互谱计算单元根据精延迟补偿单元输出的信号和合成单元输出的总合成信号进行自谱和互谱计算，其中参与互谱计算的信号分别是各天线信号以及总合成信号减去自身天线信号得到的参考信号；将互谱结果的互谱相位信息通过最小二乘线性拟合进行计算，得到残余延迟差和残余相位差，将残余延迟差和残余相位差送站间延迟差/频差/相位差模型单元，用于残余延迟差和残余相位差迭代更新；利用互谱结果的幅度谱迭代求解得到各天线的信号幅度，结合自谱幅度信息计算得到相应的噪声功率，从而完成各天线信号的幅度加权值估计，将该幅度加权估计值送入幅度加权单元，用于幅度加权值迭代更新；完成异地多天线组阵的信号合成。