一種寬帶接收陣列天線通道幅相誤差時(shí)域校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種寬帶接收陣列天線通道幅相誤差時(shí)域校正方法。本方法在每個(gè)被校正通道的輸出和數(shù)字波束合成模塊之間連接一個(gè)橫向?yàn)V波器，工作時(shí)該橫向?yàn)V波器用于對通道接收信號進(jìn)行濾波校正。同時(shí)，采用一個(gè)自適應(yīng)均衡器與橫向?yàn)V波器并聯(lián)，均衡器用于確定橫向?yàn)V波器系數(shù)。均衡器采用寬帶BPSK信號作為校正參考信號，通過LMS自適應(yīng)濾波算法獲得收斂權(quán)矢量，該收斂權(quán)矢量作為均衡器輸出，傳遞給橫向?yàn)V波器。本發(fā)明克服了寬帶接收陣列天線時(shí)域校正方法中，采用線性調(diào)頻信號作為均衡器參考信號時(shí)權(quán)矢量不收斂問題，并且實(shí)現(xiàn)簡單。本發(fā)明可以應(yīng)用于寬帶接收陣列天線的通道幅相誤差精確校正。
【專利說明】一種寬帶接收陣列天線通道幅相誤差時(shí)域校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及寬帶接收陣列天線領(lǐng)域，具體涉及一種寬帶接收陣列天線通道幅相誤差時(shí)域校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]寬帶接收陣列天線系統(tǒng)每個(gè)陣元都對應(yīng)一個(gè)獨(dú)立完整的通道，該通道包含了天線陣元和射頻前端，射頻前端通常包括低噪聲放大器、混頻器、濾波器、中頻放大器和模/數(shù)變換器等模擬器件，而波束合成則在數(shù)字域完成。上述理想寬帶接收陣列天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于陣列天線接收信號是寬帶信號，每個(gè)通道的傳輸特性必然存在著幅度和相位上的差異，而且不同的頻點(diǎn)，幅度和相位誤差的大小是不同的。為了克服通道幅相誤差，可以采用頻域和時(shí)域兩種校正方法。
[0003]頻域校正是通過傅里葉變換，在頻域把寬頻帶信號轉(zhuǎn)換為多個(gè)窄帶信號，對每個(gè)窄帶信號進(jìn)行校正，再合成一個(gè)寬帶信號，最后通過傅里葉反變換獲得校正后信號。該過程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。
[0004]時(shí)域校正方法是在每個(gè)通道輸出和數(shù)字波束合成模塊之間，連接一個(gè)橫向?yàn)V波器，該橫向?yàn)V波器對通道接收信號進(jìn)行濾波校正，濾波器輸出信號作為數(shù)字波束合成器的輸入信號。但確定橫向?yàn)V波器的系數(shù)，是校正實(shí)現(xiàn)的前提。為了獲得上述橫向?yàn)V波器系數(shù)，每個(gè)通道需要采用一個(gè)均衡器，該均衡器與橫向?yàn)V波器并聯(lián)，在均衡中采用自適應(yīng)濾波算法，獲得橫向?yàn)V波器的系數(shù)。
[0005]已有時(shí)域校正方法中，采用線性調(diào)頻信號作為均衡器的參考信號，但是，由于線性調(diào)頻信號是非平穩(wěn)的信號，均衡器的權(quán)矢量無法收斂，所以，不能獲得穩(wěn)定的橫向?yàn)V波器系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:采用線性調(diào)頻信號作為參考信號的寬帶接收陣列天線通道幅相誤差時(shí)域校正中，均衡器權(quán)值不收斂，無法獲得穩(wěn)定橫向?yàn)V波器系數(shù)。
[0007]解決上述問題的技術(shù)方案是一種寬帶接收陣列天線通道幅相誤差時(shí)域校正方法，具體步驟如下:
[0008]第一步:微波暗室內(nèi)，在遠(yuǎn)場發(fā)射一個(gè)寬帶二進(jìn)制相移鍵控(Binary Phase ShiftKeying,BPSK)信號作為校正信號，該信號頻譜覆蓋被校正接收陣列天線的工作頻帶，同時(shí)，發(fā)射的BPSK信號垂直入射到被校正接收陣列天線陣面；
[0009]第二步:從被校正接收陣列天線的M+1個(gè)通道中，選擇一個(gè)通道作為參考通道，其輸出數(shù)字信號(k)作為參考信號d (k)，用于對其余M個(gè)通道的校正，M為正整數(shù)，k表示米樣序號；
[0010]第三步:每個(gè)被校正通道后連接一個(gè)L階橫向?yàn)V波器和一個(gè)L階均衡器，二者是并聯(lián)關(guān)系，L為正整數(shù)；第m個(gè)均衡器的輸出是一個(gè)L維列矢量Wm wt=[vWnJT，該列矢量Wmout作為第m個(gè)橫向?yàn)V波器的系數(shù)，其中，m=l, 2，…，M，符號“ []τ”表示求轉(zhuǎn)置；陣列天線正常工作時(shí)，橫向?yàn)V波器完成對接收信號的校正功能；
[0011]第四步:Μ個(gè)被校正通道的均衡器各自獨(dú)立工作，都采用時(shí)域最小均方(LeastMean Square, LMS)自適應(yīng)濾波方法，經(jīng)過k次迭代，第m個(gè)均衡器獲得收斂后的權(quán)矢量Wm(k)，并把該權(quán)矢量作為輸出，傳遞給第m個(gè)橫向?yàn)V波器，作為橫向?yàn)V波器系數(shù)，即Wm
OUt=wDl ⑵。
[0012]在第四步中，第m個(gè)均衡器采用LMS自適應(yīng)濾波方法計(jì)算輸出權(quán)矢量Wm _，其實(shí)現(xiàn)步驟為:
[0013]第一步:第m個(gè)均衡器的輸入信號包括兩部分,一是參考信號d(k), 二是輸入信號矢量Xm(k)，該信號矢量由第m個(gè)通道的輸出數(shù)字信號Xm(k)的連續(xù)L個(gè)采樣值構(gòu)成，即
Xm (k) = [Xm (k)...Xm (k-L+1) ]T, k〈0 時(shí)，xm (k) =0 ；
[0014]第二步,設(shè)k=0,選定迭代步長μ ,并設(shè)置初始化權(quán)矢量Wm(O) = [(>..()]τ ；
[0015]第三步:計(jì)算輸出誤差匕,⑷=#々)-⑷，其中，符號“[]H”表示求共軛轉(zhuǎn)置；
[0016]第四步:計(jì)算更新權(quán)矢量(k + I) = wm (A ) + μβη, (k)xm (A)，其中，符號表不取
共軛；
[0017]第五步:判斷權(quán)矢量是否收斂，如果沒收斂，則k=k+l，跳轉(zhuǎn)到第三步；否則，此時(shí)的權(quán)矢量Wm (k)作為均衡器輸出權(quán)矢量Wm tjut=Wm (k)，并停止迭代計(jì)算。
[0018]本發(fā)明的有益效果是，通過采用BPSK信號作為參考信號，在均衡器中LMS自適應(yīng)濾波算法可以收斂，從而獲得穩(wěn)定的橫向?yàn)V波器系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對寬帶接收陣列天線通道幅相誤差的校正，并且比頻域校正方法更簡單。本發(fā)明可以應(yīng)用于寬帶接收陣列天線的通道幅相誤差校正。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1寬帶接收陣列天線結(jié)構(gòu)框圖
[0020]圖2被校正通道橫向?yàn)V波器結(jié)構(gòu)圖[0021 ] 圖3被校正通道均衡器框圖
[0022]圖4寬帶接收陣列天線通道幅相誤差時(shí)域校正方法示意圖
[0023]圖5被校正通道均衡器LMS自適應(yīng)算法流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0024]一個(gè)由M+1個(gè)通道構(gòu)成的理想寬帶接收陣列天線如圖1所示。理想寬帶接收陣列天線的通道由陣元和射頻前端構(gòu)成，通道輸出為數(shù)字信號Xm(k)，波束合成功能在數(shù)字域完成，波束合成輸出y(k)就是整個(gè)陣列天線的輸出。
[0025]為了校正寬帶接收陣列天線的通道幅相誤差，在通道輸出與數(shù)字波束合成模塊之間加入階數(shù)為L的橫向?yàn)V波 器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中T為延時(shí)間隔。在陣列天線正常工作時(shí)，濾波器對接收信號進(jìn)行校正，使每個(gè)通道具有與參考通道相同的傳輸特性，經(jīng)濾波后的接收信號再進(jìn)行后級的數(shù)字波束合成。為了獲得橫向?yàn)V波器的系數(shù)，需要一個(gè)與橫向?yàn)V波器并聯(lián)的均衡器。均衡器是一個(gè)有限沖激響應(yīng)(Finite Impulse Response, FIR)濾波器，階數(shù)也是L，結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中T為延時(shí)間隔。通過在微波暗室內(nèi)發(fā)射遠(yuǎn)場校正信號，均衡器采用時(shí)域LMS自適應(yīng)濾波算法，獲得收斂權(quán)矢量。該權(quán)矢量作為均衡器輸出，傳遞給相同通道對應(yīng)的橫向?yàn)V波器，作為橫向?yàn)V波器的系數(shù)。從而完成寬帶接收陣列天線通道幅相誤差的校正方法，該方法示意圖如圖4所示。
[0026]上述寬帶接收陣列天線通道幅相誤差時(shí)域校正方法的具體實(shí)施步驟為:
[0027]第一步:微波暗室內(nèi)，在遠(yuǎn)場利用信號源和一個(gè)發(fā)射天線，發(fā)射一個(gè)寬帶BPSK信號作為校正信號。該信號頻譜覆蓋被校正接收陣列天線的工作頻帶，同時(shí)，發(fā)射的BPSK信號垂直入射到被校正接收陣列天線陣面。
[0028]第二步:從被校正接收陣列天線的M+1個(gè)通道中，選擇一個(gè)通道作為參考通道，其輸出數(shù)字信號(k)作為參考信號d (k)，用于對其余M個(gè)通道的校正，M為正整數(shù)，k表示采樣序號。由于通道內(nèi)包含了模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所以，通道輸出是數(shù)字信號。
[0029]第三步:每個(gè)被校正通道后連接一個(gè)L階橫向?yàn)V波器和一個(gè)L階均衡器，二者是并聯(lián)關(guān)系。第m個(gè)均衡器的輸出是一個(gè)L維列矢量Wnurat= [wm「..wmJT,該矢量Wnurat作為第m個(gè)橫向?yàn)V波器的系數(shù)，其中，m=l，2，...，M，符號“[]τ”表示求轉(zhuǎn)置。運(yùn)用自適應(yīng)濾波算法，均衡器權(quán)矢量收斂后，才產(chǎn)生輸出。陣列天線正常工作時(shí)，橫向?yàn)V波器系數(shù)是固定不變的，用于完成對接收信號的校正功能。
[0030]第四步:Μ個(gè)被校正通道的均衡器各自獨(dú)立工作，都采用時(shí)域LMS自適應(yīng)濾波方法，經(jīng)過k次迭代，第m個(gè)均衡 器獲得收斂后的權(quán)矢量Wm(k)，并把該權(quán)矢量作為輸出，傳遞給第m個(gè)橫向?yàn)V波器，作為橫向?yàn)V波器系數(shù)，即wm—wt=Wm(k)。
[0031 ] 在第四步中，第m個(gè)均衡器采用LMS自適應(yīng)濾波方法計(jì)算輸出權(quán)矢量Wm _，算法流程圖如圖5所示，實(shí)現(xiàn)步驟為:
[0032]第一步:第m個(gè)均衡器的輸入信號包括兩部分,一是參考信號d(k), 二是輸入信號矢量Xm(k)，該信號矢量由第m個(gè)通道的輸出數(shù)字信號Xm(k)的連續(xù)L個(gè)采樣值構(gòu)成，即
Xm (k) = [Xm (k)...Xm (k-L+1) ]T, k〈0 時(shí)，xm (k) =0 ；
[0033]第二步,設(shè)k=0,選定迭代步長μ ,并設(shè)置初始化權(quán)矢量wm(0) = [(l...0]τ ;
[0034]第三步:計(jì)算輸出誤差‘⑷=A幻-，其中，符號“[]Η”表示求共軛轉(zhuǎn)置；
[0035]第四步:計(jì)算更新權(quán)矢量》v,? (A +D = >v,? (k) + μ€:, {k)xm⑷，其中，符號“ ”表示取
共軛；
[0036]第五步:判斷權(quán)矢量是否收斂，如果沒收斂，則k=k+l，跳轉(zhuǎn)到第三步；否則，此時(shí)的權(quán)矢量Wm (k)作為均衡器輸出權(quán)矢量Wm tjut=Wm (k)，并停止迭代計(jì)算。
[0037]本發(fā)明是一種寬帶接收陣列天線通道幅相誤差校正的時(shí)域方法，通過采用BPSK信號作為參考信號，利用時(shí)域均衡LMS自適應(yīng)濾波算法，獲得橫向?yàn)V波器的系數(shù)。方法克服了采用線性調(diào)頻信號作為參考信號導(dǎo)致的均衡器權(quán)值不收斂問題，并且比頻域校正方法更簡單。本發(fā)明可以應(yīng)用于寬帶接收陣列天線的通道幅相誤差校正。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶接收陣列天線通道幅相誤差時(shí)域校正方法，具體步驟如下: 第一步:微波暗室內(nèi)，在遠(yuǎn)場發(fā)射一個(gè)寬帶BPSK信號作為校正信號，該信號頻譜覆蓋被校正接收陣列天線的工作頻帶，同時(shí)，發(fā)射的BPSK信號垂直入射到被校正接收陣列天線陣面； 第二步:從被校正接收陣列天線的M+1個(gè)通道中，選擇一個(gè)通道作為參考通道，其輸出數(shù)字信號(k)作為參考信號d (k)，用于對其余M個(gè)通道的校正，M為正整數(shù)，k表示采樣序號； 第三步:每個(gè)被校正通道后連接一個(gè)L階橫向?yàn)V波器和一個(gè)L階均衡器，二者是并聯(lián)關(guān)系，L為正整數(shù)；第m個(gè)均衡器的輸出是一個(gè)L維列矢量Wm wt = [wml-wmL]T,該列矢量Wm wt作為第m個(gè)橫向?yàn)V波器的系數(shù)，其中，m= 1，2，...，M，符號“[]τ”表示求轉(zhuǎn)置；陣列天線正常工作時(shí)，橫向?yàn)V波器完成對接收信號的校正功能； 第四步:Μ個(gè)被校正通道的均衡器各自獨(dú)立工作，都采用時(shí)域LMS自適應(yīng)濾波方法，經(jīng)過k次迭代，第m個(gè)均衡器獲得收斂后的權(quán)矢量Wm (k)，并把該權(quán)矢量作為輸出，傳遞給第m個(gè)橫向?yàn)V波器，作為橫向?yàn)V波器系數(shù)，即Wm wt = wm (k)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶接收陣列天線通道幅相誤差時(shí)域校正方法，其特征在于:第四步中，第m個(gè)均衡器采用LMS自適應(yīng)濾波方法計(jì)算輸出權(quán)矢量Wm tjut，其實(shí)現(xiàn)步驟為: 第一步--第m個(gè)均衡器的輸入信號包括兩部分,一是參考信號d(k), 二是輸入信號矢量xm (k)，該信號矢量由第m個(gè)通道的輸出數(shù)字信號Xm (k)的連續(xù)L個(gè)采樣值構(gòu)成，即Xm (k)=[xm (k)…xm(k-L+l)]T, k < O 時(shí)，xm(k) = O ； 第二步，設(shè)k = O，選定迭代步長μ，并設(shè)置初始化權(quán)矢量Wm(O) = [(>..0]τ; 第三步:計(jì)算輸出誤差e,?(幻=⑷，其中,符號“[]Η”表示求共軛轉(zhuǎn)置； 第四步:計(jì)算更新權(quán)矢.丨丨》+ I) = ^Jk) + /ie:(k)xJI<)，其中，符號表示取共 軛； 第五步:判斷權(quán)矢量是否收斂，如果沒收斂，則k = k+l，跳轉(zhuǎn)到第三步；否則，此時(shí)的權(quán)矢量Wm(k)作為均衡器輸出權(quán)矢量Wm tjut = Wm(k)，并停止迭代計(jì)算。
【文檔編號】H04L25/03GK103888209SQ201410149483
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】曾浩, 劉陸軍, 孫晴, 楊清昆, 幸倩, 劉玲 申請人:重慶大學(xué)