本發(fā)明涉及陣列天線，特別是涉及一種提高陣列天線信號時延補償精度的方法與系統(tǒng)。

背景技術：

1、由于深空探測的目標距離較遠，因此深空目標傳輸?shù)降孛嬗^測站的信號非常微弱，為保障地面天線能夠接收到深空探測的數(shù)據(jù)，接收天線一般采用兩種技術解決方案。一是建造大孔徑天線。另一種技術解決方案是：建設多座小口徑的天線，并通過天線組陣的方法，將這些小口徑天線接收的信號合成為一個等效大口徑天線的接收信號。由于小口徑天線組陣具有建設成本低、設備維護簡單以及使用靈活等特點，因此在深空探測技術中越來越受到重視，成為近年來深空探測技術的一個熱點領域。

2、在天線陣列系統(tǒng)中，一個關鍵問題是如何將陣列中各個天線接收到的信號合成為一個信號。由于天線陣列系統(tǒng)中各個天線接收信號的時延差異較大，因此在合成信號時需要對陣列中各個天線的時延進行補償。采用傳統(tǒng)的時延補償方法，補償時延的控制精度為一個系統(tǒng)時鐘周期，因此傳統(tǒng)上，為提高時延補償精度，只能采用提供系統(tǒng)時鐘頻率而減小系統(tǒng)時鐘周期的方法。而系統(tǒng)時鐘頻率受限于所采用的器件芯片，往往無法滿足系統(tǒng)設計的時延補償?shù)木刃枰?/p>

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提供一種提高陣列天線信號時延補償精度的方法與系統(tǒng)，通過該方法可將天線陣列系統(tǒng)的各個天線接收的信號的時延差縮減到系統(tǒng)時鐘周期的1/10以內(nèi)，并以此為基礎可再通過各個天線接收信號的相位調(diào)節(jié)完成天線陣列的接收信號的合成。本發(fā)明提出的這種提高時延補償精度的方法簡單可靠，便于實現(xiàn)，且不需要外部增設任何設備，可滿足對天線陣列信號合成的系統(tǒng)需求，便于在工程實踐中設計出滿足指標要求的天線陣列系統(tǒng)。

2、本發(fā)明公開了一種提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其包括：

3、對陣列天線接收到的信號依次進行陣列天線的時延補償和信號合成，其中，時延補償分為信號的整周時延補償和信號的內(nèi)插時延補償，整周時延補償將信號的時延補償精度控制到一個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)，信號的內(nèi)插時延補償將信號的時延補償精度降低到預設值，預設值小于系統(tǒng)時鐘周期；通過相位補償殘余時延的方式對內(nèi)插時延補償后的信號進行合成。

4、進一步地，首先對陣列天線接收到的信號進行的整周時延補償，信號的時延補償精度由系統(tǒng)時鐘的整周時間確定；然后再對整周時延補償后的信號進行內(nèi)插時延補償。

5、進一步地，在對陣列天線接收到的信號進行整周時延補償處理中，以系統(tǒng)時鐘周期t為單位補償t的整數(shù)倍時間延遲，得到整周時延補償處理后的信號。

6、進一步地，通過以下公式，分別得到陣列天線中每個天線接收到的信號經(jīng)過整周時延補償處理后的信號；

7、

8、其中，sk_1(t)為陣列天線中的天線k接收信號經(jīng)過整周時延補償處理后的信號；t為時間；tk為天線k接收信號的時延；tmax為t1,t2,…,tn中的最大值，n為陣列天線中天線的總數(shù)量；δtk為天線k的理論待補償時延；t為系統(tǒng)時鐘周期；δt′k天線k接收信號經(jīng)過整周時延補償處理后的信號的殘留時延誤差，即天線k接收的信號的理論補償時延與整周處理時延之差，即整周時延補償誤差，δt′k小于系統(tǒng)時鐘整周時間t。

9、進一步地，通過以下公式，對經(jīng)過整周時延補償處理后的信號進行內(nèi)插時延補償，得到內(nèi)插時延補償處理后的信號：

10、

11、其中，sk(t)為陣列天線中的天線k的信號完成內(nèi)插時延補償處理后的信號；sk_1(t)為天線k的信號完成整周時延補償處理后的信號；t為系統(tǒng)時鐘周期；a為內(nèi)插補償系數(shù)。

12、進一步地，內(nèi)插補償系數(shù)的計算公式為：

13、

14、其中，δt′k<t為天線k的信號在完成整周時延補償處理后的整周時延補償誤差。

15、進一步地，將公式(3)和(5)代入公式(4)可得：

16、

17、其中，δt″k為天線經(jīng)過內(nèi)插時延補償處理后的時延補償誤差。

18、進一步地，δt″k的計算公式為：

19、

20、經(jīng)過內(nèi)插時延補償處理后的時延補償誤差減小到小于系統(tǒng)時鐘周期t的1/10。

21、進一步地，所述通過相位補償殘余時延的方式對內(nèi)插時延補償后的信號進行合成，包括：

22、通過以下公式得到合成信號s合成(t)：

23、

24、其中，θk為天線k的相位控制值，n為陣列天線中天線的總數(shù)量，θk的取值為：

25、θk＝(δt″k·f)余數(shù)·360

26、其中，δt″k為天線k接收的信號在完成時延補償后的殘留時延誤差；f為接收信號載波頻率，sk(t)為內(nèi)插時延補償處理后的信號。

27、本發(fā)明還公開了一種提高陣列天線信號時延補償精度的系統(tǒng)，實現(xiàn)上述任一項所述的提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其包括依次連接的時延補償單元和信號合成單元；時延補償單元包括依次連接的信號整周時延補償單元和信號內(nèi)插時延補償單元；信號整周時延補償單元用于將天線陣列中每個天線接收到的信號進行整周時延補償，得到整周時延補償處理后的信號；信號內(nèi)插時延補償單元用于對整周時延補償處理后的信號進行內(nèi)插時延補償，得到內(nèi)插時延補償處理后的信號；信號合成單元用于合成內(nèi)插時延補償處理后的信號。

28、由于采用了上述技術方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

29、1.本發(fā)明解決了陣列天線的陣列信號合成時提高時延補償精度的問題。本發(fā)明通過采用分級時延補償?shù)姆椒?，將陣列天線信號的時延補償精度降低到系統(tǒng)時鐘周期的1/10，并采樣相位補償殘余時延的方式最終完成對陣列天線的信號合成功能。通過該方法，可保證陣列天線系統(tǒng)的陣列信號合成滿足系統(tǒng)設計需求，解決了陣列天線系統(tǒng)設計中的一個關鍵問題。

30、2.本發(fā)明實現(xiàn)簡單、資源占用較少，降低系統(tǒng)設計成本。利用本發(fā)明不需要復雜電路，實現(xiàn)方法比較簡單。本發(fā)明僅利用系統(tǒng)原有的設備，而不需要增加額外的設備，并且通過軟件算法實現(xiàn)提高陣列信號的時延補償精度的功能，便于自動化運行，降低了系統(tǒng)設計成本。

31、3.采用傳統(tǒng)的時延補償方法時，其補償時延的精度有系統(tǒng)時鐘周期控制，即時延補償?shù)目刂凭葹橐粋€系統(tǒng)時鐘周期，因此傳統(tǒng)上，為提高時延補償精度，只能采用提高系統(tǒng)時鐘頻率而減小系統(tǒng)時鐘周期的方法。而系統(tǒng)時鐘頻率受限于所采用的器件芯片，往往無法滿足系統(tǒng)設計的時延補償?shù)木刃枨?。本發(fā)明利用對接收信號進行數(shù)字化采樣后的數(shù)字信號，對完成整周時延補償后的信號，采用內(nèi)插的方式將信號時延補償精度提高到采樣時鐘周期的1/10以內(nèi)，最后此為基礎來完成對天線陣列的信號合成。

技術特征：

1.一種提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其特征在于，首先對陣列天線接收到的信號進行的整周時延補償，信號的時延補償精度由系統(tǒng)時鐘的整周時間確定；然后再對整周時延補償后的信號進行內(nèi)插時延補償。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其特征在于，在對陣列天線接收到的信號進行整周時延補償處理中，以系統(tǒng)時鐘周期t為單位補償t的整數(shù)倍時間延遲，得到整周時延補償處理后的信號。

4.根據(jù)權利要求3所述的提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其特征在于，通過以下公式，分別得到陣列天線中每個天線接收到的信號經(jīng)過整周時延補償處理后的信號；

5.根據(jù)權利要求4所述的提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其特征在于，通過以下公式，對經(jīng)過整周時延補償處理后的信號進行內(nèi)插時延補償，得到內(nèi)插時延補償處理后的信號：

6.根據(jù)權利要求5所述的提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其特征在于，內(nèi)插補償系數(shù)的計算公式為：

7.根據(jù)權利要求6所述的提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其特征在于，將公式(3)和(5)代入公式(4)可得：

8.根據(jù)權利要求7所述的提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其特征在于，δt″k的計算公式為：

9.根據(jù)權利要求1所述的提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其特征在于，所述通過相位補償殘余時延的方式對內(nèi)插時延補償后的信號進行合成，包括：

10.一種提高陣列天線信號時延補償精度的系統(tǒng)，實現(xiàn)權利要求1-9任一項所述的提高陣列天線信號時延補償精度的方法，其特征在于，包括依次連接的時延補償單元和信號合成單元；時延補償單元包括依次連接的信號整周時延補償單元和信號內(nèi)插時延補償單元；信號整周時延補償單元用于將天線陣列中每個天線接收到的信號進行整周時延補償，得到整周時延補償處理后的信號；信號內(nèi)插時延補償單元用于對整周時延補償處理后的信號進行內(nèi)插時延補償，得到內(nèi)插時延補償處理后的信號；信號合成單元用于合成內(nèi)插時延補償處理后的信號。

技術總結
本發(fā)明公開了一種提高陣列天線信號時延補償精度的方法與系統(tǒng)，該方法包括：對陣列天線接收到的信號依次進行陣列天線的時延補償和信號合成，其中，時延補償分為信號的整周時延補償和信號的內(nèi)插時延補償，整周時延補償將信號的時延補償精度控制到一個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)，信號的內(nèi)插時延補償將信號的時延補償精度降低到預設值，預設值小于系統(tǒng)時鐘周期；通過相位補償殘余時延的方式對內(nèi)插時延補償后的信號進行合成。本發(fā)明提高時延補償精度的方法簡單可靠，便于實現(xiàn)，且不需要外部增設任何設備，即可滿足對天線陣列信號合成的系統(tǒng)需求。

技術研發(fā)人員：王文政,杜丹,盛保印,官勁,胡陽
受保護的技術使用者：中國電子科技集團公司第十研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6