卫星通信天线的闭环调零保形方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于卫星通信天线的闭环调零保形方法，主要解决现有技术调零时间长和通信范围损失大的问题。其实现过程为：1.对天线接收的信号分两路处理：一路进行波束形成变为合路信号，另一路进行下变频变为中频信号；2.选择一个支路通道的中频信号与下变频后的合路信号进行相关，输出支路自相关、支路与合路互相关、合路自相关这三路数据；3.利用这三路数据依次计算支路的自适应步长和支路的权值；4.依次完成所有支路通道遍历，用得到的所有支路的权值与天线接收信号进行波束形成；5.利用波束形成的输出合路自相关数据判断是否需要重复上述调零保形的过程。本发明调零时间短，通信范围损失小，可用于实际卫星通信领域。
【专利说明】卫星通信天线的闭环调零保形方法【技术领域】
[0001]本发明属于通信【技术领域】，具体的说是一种用于卫星通信天线的闭环调零保形方法，可用于卫星通信中干扰调零以及通信区域保形。
【背景技术】
[0002]通信指挥中，卫星通信系统具有重要的作用，它在一定的区域范围能实现灵活的、优化的波束覆盖，保证这一地理区域内所有固定或移动的终端的链路性能处于最佳状态。然而由于通信卫星的位置相对地面固定，因此，它易于受到地面、飞机或低轨卫星干扰影响，尤其是容易受到来自地面的有意的人为电磁干扰。另外，随着通信卫星自身的电磁环境越来越复杂，通信卫星的信号传输容易受到临时的或可逆性的破坏，从而导致通信的质量急剧恶化。因此，对通信卫星进行自适应调零来抑制干扰和波束保形来优化通信覆盖区域是保障卫星正常通信的一项必不可少的关键技术，相应的，用于卫星通信调零的自适应调零天线随之产生。
[0003]自适应调零天线，实际上由一组空间配置的天线阵列和一个多通道自适应处理器组成。它利用阵列天线方向图的变化，针对变化的环境自适应地调整波束零点的位置，使之对准干扰信号来向，并能通过降低天线波束的旁瓣电平来实现干扰信号的对消，同时保证主波束的输出始终处于最佳状态。
[0004]现有的自适应调零天线，可以大致分为闭环体制和开环体制两大类。其中:
[0005]开环体制，是分两步进行干扰抑制:即先估计出干扰源的来向，再进行干扰调零。干扰源波达方向角的估计方法很多，对单个干扰，可以采用单脉冲测角、干涉仪等方法；对多个干扰，可以采用多重信号分类法MUSIC，旋转不变技术的参数估计法ESPRIT和最大似然法ML等超分辨方法。针对估计出的干扰角度使用各种调零技术，如自适应天线旁瓣相消技术、波束置零技术、线性约束最小方差LCMV波束形成技术等，理论上可以抑制强干扰，并且在干扰角度估计精确的情况下在干扰位置的调零凹口较窄，但是由于实际中存在各种误差，干扰角度估计存在一定的偏差，会严重影响调零效果，而且系统实现对硬件设备的要求高，硬件复杂度极大。
[0006]闭环体制，是采用功率倒置、最小均方LMS、递推最小二乘RLS等自适应迭代算法进行干扰调零，不需要干扰源来向等先验知识，实现简单，对硬件设备的要求低。但是使用闭环体制进行干扰调零时，由于不需要干扰源来向等先验知识，因此在干扰位置形成的调零凹口较宽，会大大减少通信区域的覆盖范围，影响通信质量。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服已有技术的不足，即闭环体制中多波束调零性能和通信区域覆盖率的矛盾，提出一种用于卫星通信天线的闭环调零保形方法，以达到对干扰信号快速调零并对主波束方向图保形，在保证干扰调零深度的基础上协调调零的收敛速度和通信区域的覆盖率，提高通信质量。[0008]本发明的技术方案是:综合考虑系统的可行性和复杂性，运用闭环体制实现卫星通信的干扰调零和通信区域保形。其实现步骤如下:
[0009](I)将天线接收到的N个支路通道的射频信号Xe (t)分两路处理:一路与波束形成器预先存储的权值Ws相乘得到波束输出信号YJt);另一路通过模拟下变频，使N个支路通道的射频信号XJt)变为N个支路通道的模拟中频信号X (t)；
[0010](2)利用波束选择器选择第i个支路通道的模拟中频信号Xi (t)，对选择出的支路模拟中频信号Xi(t)与下变频后的波束输出信号y(t)进行相关，输出三路数据:支路自相关数据Rxx (i, η)、支路与合路互相关数据Y i (η)、合路自相关数据Ryy (i，n)，i = 1，2，...，N，N为总的支路通道数，η = 1，2，...，M，M为整个调零保形过程进行的总次数；
[0011](3)将支路自相关数据Rxx(i，η)与预先设置的调零门限u进行比较:若Rxx(i，η)< u，表明第i个支路通道不需调零，返回步骤(2)，若Rxx (i，η) > u，则执行步骤⑷；
[0012](4)计算支路的自适应步长:对波束输出信号YJt)依次进行下变频和模数转换，获得数字合路数据y (η);将数字合路数据y(n)与支路的自相关数据Rxx(i，η)相结合，得到支路的自适应步长μ An)；
[0013](5)利用下式计算出支路的权值Wi (η+1)；
【权利要求】
1.一种用于卫星通信天线的闭环调零保形方法，包括如下步骤: (1)将天线接收到的N个支路通道的射频信号)?α)分两路处理:一路与波束形成器预先存储的权值Ws相乘得到波束输出信号YJt);另一路通过模拟下变频，使N个支路通道的射频信号)?α)变为N个支路通道的模拟中频信号X(t)； (2)利用波束选择器选择第i个支路通道的模拟中频信号Xi(t)，对选择出的支路模拟中频信号Xi(t)与下变频后的波束输出信号y(t)进行相关，输出三路数据:支路自相关数据Rxx (i, η)、支路与合路互相关数据Y i (η)、合路自相关数据Ryy (i，n)，i = 1，2，...，N，N为总的支路通道数，η = 1，2，...，M，M为整个调零保形过程进行的总次数； (3)将支路自相关数据Rxx(i，η)与预先设置的调零门限u进行比较:若
2.根据权利要求1所述的用于卫星通信天线的闭环调零保形方法，其特征在于所述步骤(4)中支路的自适应步长Ui(Ii),按如下公式计算:
3.根据权利要求1所述的用于卫星通信天线的闭环调零保形方法，其特征在于所述步骤(5)中的调零保形参数β i (η)，通过如下公式计算:
4.根据权利要求1所述的用于卫星通信天线的闭环调零保形方法，其中步骤(2)所述的对选择出的支路模拟中频信号Xi (t)与下变频后的波束输出信号y(t)进行相关，输出三路数据，按如下公式进行:
5.根据权利要求1所述的用于卫星通信天线的闭环调零保形方法，其中步骤(4)所述的将数字合路数据y(n)与支路的自相关数据Rxx(i，n)相结合，得到支路的自适应步长μ i (η)，是将数字合路数据y (η)和支路自相关数据Rxx (i，η)代入支路自适应步长μ i (η)的计算公式，从而得到支路的自适应步长Ui (η)。
6.根据权利要求1所述的用于卫星通信天线的闭环调零保形方法，其中步骤(7)所述的将下变频信号yp(t)进行自相关，按如下公式计算:
【文档编号】H04B7/04GK103973347SQ201410227765
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】陶海红, 罗云, 张金泽, 张博一, 王兰美, 王云爽, 岳刚毅, 曾操, 廖桂生, 朱圣棋 申请人:西安电子科技大学