CN107329109B - 一种阵列信号的接收方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阵列信号的接收方法和装置。该方法包括：对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，所述N≥2；将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号，并将所述一路信号传送至单通道调谐器。实现将N路天线阵列信号转化为一路信号，使得单通道接收机即可接收N路信号，简化了阵列信号接收***，节约了***资源，降低了***功耗，提升了阵列信号的测向精度。

Description

一种阵列信号的接收方法和装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种接收阵列信号的方法和装置。
背景技术
阵列信号的接收处理技术是通信侦察和测向的核心技术。目前，阵列信号的接收处理技术主要是将阵列天线接收到的信号按一定时差、相位差传输至多路接收机，信号经接收机放大、混频、滤波后再经过模数转换、解调等过程。对于多路信号的接收，目前采用多通道接收技术分别对每一个通道的信号进行放大、混频、滤波等技术处理。多通道接收机占用空间大，需要大量的硬件，并且能耗高。虽然增加阵列信号的通道数可以提高测向精度，但是阵列信号的通道数也随之增加，由4路变为8路、16路甚至32路，信号通道越多，接收***就越复杂，而且阵列信号经过多通道接收机时引起的附加相移难以定量校正和补偿，导致最终测向精度降低。
发明内容
本发明提供了一种阵列信号的接收方法和装置，以解决现有的多路阵列信号接收机占用资源多、功耗大、***复杂、测向精度较低问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种阵列信号的接收方法，该方法包括：
对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，所述N≥2；
将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号，并将所述一路信号传送至单通道调谐器。
优选地，在在对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制之前，所述方法还包括：
对所述N路天线阵列信号进行低噪声功率放大处理。
优选地，在将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号之后，在将所述一路信号传送至单通道调谐器之前，所述方法还包括：
将所述合成的一路信号进行放大处理，将所述放大处理后的信号传送至所述单通道调谐器。
优选地，所述方法还包括：
使用所述N组相干时钟信号对所述单通道调谐器输出的一路信号进行同步解调处理，生成相应的N路阵列信号。
根据本发明的另一个方面，提供了一种阵列信号的接收装置，该装置包括：
同步正交调制单元，用于对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，所述N≥2；
合成单元，用于将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号，并将所述一路信号传送至单通道调谐器。
优选地，所述装置还包括低噪声放大单元，
所述低噪声放大单元，用于对所述N路天线阵列信号进行低噪声功率放大处理。
优选地，所述装置还包括放大单元，
所述放大单元，用于将所述合成的一路信号进行放大处理，将所述放大处理后的信号传送至所述单通道调谐器。
优选地，所述装置还包括解调处理单元，
所述解调处理单元，用于使用所述N组相干时钟信号对所述单通道调谐器输出的一路信号进行同步解调处理，生成相应的N路阵列信号。
根据本发明的再一个方面，提供了一种阵列信号的接收装置，其特征在于，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时能够实现上述的方法步骤。
本发明的有益效果是：本发明的技术方案，对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，所述N≥2；将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号，并将所述一路信号传送至单通道调谐器，实现将N路天线阵列信号转化为一路信号，使得单通道接收机即可接收N路信号，简化了阵列信号接收***，节约了***资源，降低了***功耗，提升了阵列信号的测向精度。尤其待测的天线阵列信号的数量越多，优势越明显，非常适用于测向、侦察等。
附图说明
图1是本发明一个实施例的一种阵列信号接收装置的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的一种阵列信号接收装置的具体结构示意图；
图3是本发明一个实施例的一种阵列信号接收方法的流程图；
图4是本发明一个实施例的另一种阵列信号接收装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的设计构思是：为了将N路天线阵列信号转化为一路信号，使得单通道接收机即可接收N路信号，简化阵列信号接收***，节约***资源，降低***功耗，提升阵列信号的测向精度。对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号。
实施例一
图1是本发明一个实施例的一种阵列信号接收装置的结构示意图，如图1所示，一种阵列信号的接收装置，该装置200包括：
同步正交调制单元210，用于对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，所述N≥2；
合成单元220，用于将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号，并将所述一路信号传送至单通道调谐器230。
通过图1所示的装置，可知，本发明的技术方案，对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，所述N≥2；将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号，并将所述一路信号传送至单通道调谐器，实现将N路天线阵列信号转化为一路信号，使得单通道接收机即可接收N路信号，简化了阵列信号接收***，节约了***资源，降低了***功耗，提升了阵列信号的测向精度。尤其待测的天线阵列信号的数量越多，优势越明显，非常适用于测向、侦察等。
在本发明的一个实施例中，所述装置200还包括低噪声放大单元240，
所述低噪声放大单元240，用于对所述N路天线阵列信号进行低噪声功率放大处理。
在本发明的一个实施例中，所述装置200还包括放大单元250，
所述放大单元250，用于将所述合成的一路信号进行放大处理，将所述放大处理后的信号传送至所述单通道调谐器。
在本发明的一个实施例中，所述装置200还包括解调处理单元280，
所述解调处理单元280，用于使用所述N组相干时钟信号对所述单通道调谐器输出的一路信号进行同步解调处理，生成相应的N路阵列信号。
为了使得本发明的方案更加清晰，下面举一个具体的例子进行解释。图2是本发明一个实施例的一种阵列信号接收装置的具体结构示意图，如图2所示，所述装置包括N路天线阵列301、N个低噪声放大器302、N个调制器303、N路合路器304、放大组件305、单通道调谐器306、模数转换模块309、N路信号分离模块308、N路信号处理模块307、嵌入信号生成模块111和相干时钟生成模块110。需要说明的是，模数转换模块309、N路信号分离模块308、N路信号处理模块307相当于图1中的解调处理单元280。
阵列信号的接收简化技术如图2所示，N路阵列天线101信号经过N路低噪声放大器102放大后，传送至N个调制器103进行调制，在调制过程中，通过嵌入信号生成模块111生成N组正交码作用在N个调制器103，同时通过相干时钟生成模块110对N路阵列信号进行同步处理，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，并将N路同频率同相位正交阵列信号传送至N路合路器304进行合并，然后通过放大组件105将合成信号进行放大处理，然后经过单通道调谐器106进行滤波、放大、变频处理后再经过模数转换模块109将模拟信号转换为数字信号，最后通过N路信号分离模块308、N路信号处理模块307对所述数字信号进行分离和处理，完成天线阵列信号的解调。实现将N路天线阵列信号转化为一路信号，使得单通道接收机即可接收N路信号，简化了阵列信号接收***，节约了***资源，降低了***功耗，提升了阵列信号的测向精度。
天线阵列301：天线按照一定的规则布阵，有N路天线阵记为N路天线阵列；天线阵列101包含直排阵列、端射阵列、对数周期偶极天线阵列。天线阵列101的极化方式可为水平极化、垂直极化和±45°极化。
低噪声放大器302要求一致性好，输入与输出相位变化稳定。调制器303包括无源混频器和高速开关，混频器要求晶体管导通时间在纳秒级别，高速开关要求切换速度在纳秒级别。低噪声放大器302：一种将信号功率放大的元件，因其噪声系数很低，故为低噪声放大器，第N个低噪声放大器记为低噪声放大器N。低噪声放大器的主要技术指标有增益、噪声系数、输出三阶截点值；
调制器303是一种将信号进行调制的硬件，本案例中主要指0-π混频器和高速开关；
合路器304是一种将多路输入信号合并成一路信号输出的元件，主要指标为***损耗和端口之间的隔离度，N路输入信号的合路器记为N路合路器；
放大组件305是一种将输入信号放大的组件，组件的主要技术指标为增益、增益平坦度、输出三阶截点值，组件主要由放大器、滤波器等元件组成；
单通道调谐器306包括混频、放大、滤波等功能结构。单通道调谐器306是一种射频接收组件，只有单个信号输入口，经过滤波、放大、混频等元器件后变频至合适的中频信号再输出。调谐器的主要技术指标有：噪声系数、输入三阶截点值、增益、中频抗拒比、镜频抗拒比、本振反向辐射；
模数转换模块309用于将模拟信号转换为数字信号的硬件；
信号分离模块308是一种数字信号处理模块，用于将调制合并后的信号进行分离，核心技术为多路信号分离算法；
信号处理模块307主要用于射频信号的分析与处理；
所述相干时钟生成模块110产生的时钟信号作用于各路阵列信号，其时钟频率不低于阵列信号路数N与阵列信号频率f的乘积。相干时钟生成模块110用于生成时钟信号，该信号同时作用于调制模块和信号分离模块，要求同频率同相位。
嵌入信号生成模块111用于生成已知的数字信号，如生成N组正交码，并同时对阵列信号进行调制。
天线阵列信号，以4G手机信号2320MHz～2370MHz为例，单路信号带宽为50MHz，阵列数N＝4。低噪声放大器102选用噪声系数不超过2.5dB，工作频率涵盖2.3GHz～2.4GHz，增益不低于14dB的器件。
在本发明的一个实施例中，调制器303选用无源双平衡混频器，使用时射频信号接混频器本振端口，混频器的中频端口接调制信号，如嵌入信号生成模块311所生成的正交码组信号，混频器射频端口即为输出调制信号。
合路器304选用4合1.0°相位差、低插损、高端口隔离度合路器，如Mini-circuit公司生产的WP4U+。所述放大组件105主要用于补偿调制后的射频信号的增益，可选用工作频率覆盖2.3GHz～2.4GHz，噪声系数小于2.5dB，增益大于14dB，输出三阶截点值大于30dBm的低噪声放大器，如TriQuint semiconductor公司生产的TQP3M9028放大器。
所述单通道调谐器306为本实施例的重要部分，其主要指标为噪声系数小于12dB，增益大于20dB，输入三阶截点值大于5dBm，输出中频为500MHz，带宽为50MHz。
所述模数转换模块309须为高速采样AD，采样速率须满足抗混叠要求。
所述信号分离模块308为数字信号处理模块，主要由FPGA、DSP、ARM等器件组成，通过相干时钟生成模块110的时钟信号与调制信号同步，该时钟信号频率应不低于1.5GHz进行匹配，以保证不同通道的信号互不干扰，且能被准确分离出来，这需要高性能的硬件去支撑。
所述信号处理模块307主要由FPGA、ARM等器件组成，可根据应用需要对信号进行解调、分析。
所述嵌入信号生成模块311用于生成正交码组，如Walsh码组，便于后续信号的分离。
以上只是本发明的一个实施案例，在本发明的基础上增加或减少通道数量，删减框图部分结构，如删去天线阵列301、放大组件305、合成器304，如将信号分离模块308和信号处理模块307合并为信号分离处理模块或者解调处理模块。改变阵列信号工作频率，改变信号带宽，改变信号中频频率等均在本发明保护范围内。
实施例二
图3是本发明一个实施例的一种阵列信号接收方法的流程图，如图3所示，
在步骤S110中，对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，所述N≥2；
在步骤S120中，将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号，并将所述一路信号传送至单通道调谐器。
通过图3所示的方法，可知，本发明的技术方案，对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，所述N≥2；将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号，并将所述一路信号传送至单通道调谐器，实现将N路天线阵列信号转化为一路信号，使得单通道接收机即可接收N路信号，简化了阵列信号接收***，节约了***资源，降低了***功耗，提升了阵列信号的测向精度。尤其待测的天线阵列信号的数量越多，优势越明显，非常适用于测向、侦察等。
在本发明的一个实施例中，在对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制之前，所述方法还包括：
对所述N路天线阵列信号进行低噪声功率放大处理。
在本发明的一个实施例中，在将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号之后，在将所述一路信号传送至单通道调谐器之前，所述方法还包括：
将所述合成的一路信号进行放大处理，将所述放大处理后的信号传送至所述单通道调谐器。
在本发明的一个实施例中，如图3所示的方法还包括：
使用所述N组相干时钟信号对所述单通道调谐器输出的一路信号进行同步解调处理，生成相应的N路阵列信号。
需要说明的是，本实施例中请求保护的接收阵列信号的方法的各实施例的实现步骤与图1所示的装置的工作过程对应相同，相同的部分不再赘述。
实施例三
图4是本发明一个实施例的另一种阵列信号接收装置的结构示意图，如图4所示，所述装置包括存储器410和处理器420，所述存储器410存储有能够被所述处理器420执行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器420执行时能够实现如图3所示的方法步骤。需要说明的是，存储器410和处理器420通过内部总线430进行通信。
在不同的实施例中，存储器410可以是内存或者非易失性存储器。其中非易失性存储器可以是：存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、DVD等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。内存可以是：RAM(RadomAccess Memory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存。进一步，非易失性存储器和内存作为机器可读存储介质。
需要说明的是，本实施例中请求保护的一种阵列信号接收装置400的工作过程与图3所示的方法的各实施例的实现步骤对应相同，相同的部分不再赘述。
综上所述，本发明的技术方案，通过对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，所述N≥2；将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号，并将所述一路信号传送至单通道调谐器，实现将N路天线阵列信号转化为一路信号，使得单通道接收机即可接收N路信号，简化了阵列信号接收***，节约了***资源，降低了***功耗，提升了阵列信号的测向精度。尤其待测的天线阵列信号的数量越多，优势越明显，非常适用于测向、侦察等。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种阵列信号的接收方法，其特征在于，该方法包括：
对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，所述N≥2，所述N组相干时钟信号的时钟频率不低于阵列信号路数N与阵列信号频率f的乘积；
将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号，并将所述一路信号传送至单通道调谐器。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制之前，所述方法还包括：
对所述N路天线阵列信号进行低噪声功率放大处理。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号之后，在将所述一路信号传送至单通道调谐器之前，所述方法还包括：
将所述合成的一路信号进行放大处理，将所述放大处理后的信号传送至所述单通道调谐器。
4.如权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述N组相干时钟信号对所述单通道调谐器输出的一路信号进行同步解调处理，生成相应的N路阵列信号。
5.一种阵列信号的接收装置，其特征在于，该装置包括：
同步正交调制单元，用于对接收的N路天线阵列信号，使用N组正交码和N组相干时钟信号同步进行正交调制，生成同频率同相位的N路正交阵列信号，所述N≥2，所述N组相干时钟信号的时钟频率不低于阵列信号路数N与阵列信号频率f的乘积；
合成单元，用于将所述同频率同相位的N路正交阵列信号合成一路信号，并将所述一路信号传送至单通道调谐器。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括低噪声放大单元，
所述低噪声放大单元，用于对所述N路天线阵列信号进行低噪声功率放大处理。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括放大单元，
所述放大单元，用于将所述合成的一路信号进行放大处理，将所述放大处理后的信号传送至所述单通道调谐器。
8.如权利要求5-7任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括解调处理单元，
所述解调处理单元，用于使用所述N组相干时钟信号对所述单通道调谐器输出的一路信号进行同步解调处理，生成相应的N路阵列信号。
9.一种阵列信号的接收装置，其特征在于，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时能够实现权利要求1-4任意一项所述的方法步骤。
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