CN114167454A - 一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***及方法，利用FPGA产生校准信号，通过D/A变换电路转换为模拟信号，然后通过上变频器上变频为射频信号，并注入各路下变频器通道的射频输入端，在基带将每路信号与参考路做差，通过自适应滤波算法调整每路信号的幅度和相位值，使各通道与参考路差值最小，从而求得每路信号的幅度和相位校正值。本发明利用了卫星导航抗干扰天线的现有硬件资源，软硬件改动小，实施效果好，解决传统的抗干扰天线射频设计难度大以及通道幅相一致性差导致抗干扰能力下降等问题，缩短了硬件调试时间，提高了工作效率，降低了***成本。

Description

一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***及方法
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，具体为一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***及方法。
背景技术
由于卫星导航信号强度弱，且工作频段固定、公开，极易受到干扰而导致***性能下降甚至失效，对可靠性要求较高的场合多采用抗干扰天线来提高卫星导航接收机的抗干扰能力。常用的抗干扰天线通常采用阵列处理的方法来消除干扰，而各通道幅相一致性的好坏对后端抗干扰处理效果的影响至关重要，通道幅相一致性差，会导致算法的抗干扰能力显著下降。为了应对通道幅相一致性差对抗干扰能力的影响，通常对射频模块提出了较高的幅相一致性要求，这就加大了射频模块的研制难度。即使射频模块通过复杂的设计，严格控制了各通道的幅相一致性，现有的技术和工艺依然会导致各通道的幅相一致性存在一些差异，其残留的幅相误差还会造成***抗干扰能力的下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***及方法，解决传统的抗干扰天线射频设计难度大以及通道幅相一致性差导致抗干扰能力下降等问题，缩短了硬件调试时间，提高了工作效率，降低了***成本，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***，包括天线阵、射频模块和信号处理模块，所述天线阵、射频模块和信号处理模块依次连接；所述射频模块包括多个下变频器和一个上变频器，上变频器通过功分器与多个下变频器连接；所述信号处理模块包括A/D采样电路、数字信号处理电路和D/A变换电路，数字信号处理电路以FPGA为核心处理器。
优选的，所述天线阵包括与多个下变频器一一对应的天线单元，且相邻的两个天线单元之间的间距小于1/2波长。
优选的，所述功分器与多个下变频器之间均对应设有射频开关。
优选的，所述A/D采样电路设有多个，并与多个下变频器一一对应。
一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准方法，包括以下步骤：
S1：天线阵的多个天线单元接收空间卫星信号及干扰信号，各个天线单元的信号传递给对应的下变频器；
S2：下变频器处理对应的天线单元的信号，将接收到的信号进行滤波、放大和混频处理，将信号变换到适合对应的A/D采样电路的基带信号，A/D采样电路将基带信号变为数字信号后送给数字信号处理电路；
S3：数字信号处理电路中FPGA对数字信号进行处理产生信号源，然后经D/A变换电路输出一路模拟信号，该路模拟信号通过上变频器上变频为射频信号，该射频信号为参考信号，FPGA控制对应的射频开关打开，然后功分器将该参考信号分出多路输入给多个下变频器；
S4：数字信号处理电路中FPGA在基带将接收到的每路信号与参考信号做差，通过自适应滤波算法调整每路信号的幅度和相位值，使差值最小，从而求得每路信号的幅度和相位校正值，将校正值存储在FPGA内部RAM中用于后续抗干扰计算，然后切断校正数据输出，控制对应的射频开关关闭；
S5：利用校正值对各通道幅相一致性进行补偿后送入数字信号处理电路中进行抗干扰处理，抗干扰处理后的数据进行混频，产生一路中频信号经D/A变换电路输出模拟中频信号，然后送入上变频器处理并输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***，在现有抗干扰天线的软硬件资源上进行少许变动，利用FPGA生成信号源，通过D/A变换电路转换为模拟信号，然后上变频为射频信号，并注入各路下变频通道的射频输入端，在基带将每路信号与参考路做差，通过自适应滤波算法调整每路信号的幅度和相位值，使差值最小，从而求得每路信号的幅度和相位校正值，利用校正值对各通道幅相一致性进行补偿后送入数字信号处理电路中进行抗干扰处理；利用卫星导航抗干扰天线的现有硬件资源，软硬件改动小，实施效果好，提高了***的抗干扰能力；大幅度降低了射频模块的研制难度，缩短了硬件调试时间，提高了工作效率，降低了***成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1天线阵、1.1天线单元、2射频模块、2.1下变频器、2.2上变频器、2.3功分器、2.4射频开关、3信号处理模块、3.1A/D采样电路、3.2数字信号处理电路、3.3D/A变换电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行说明，在描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系，仅是与本发明的附图对应，为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***，包括天线阵1、射频模块2和信号处理模块3，天线阵1、射频模块2和信号处理模块3依次连接；射频模块2包括多个下变频器2.1和一个上变频器2.2，上变频器2.2通过功分器2.3与多个下变频器2.1连接；信号处理模块3包括A/D采样电路3.1、数字信号处理电路3.2和D/A变换电路3.3，数字信号处理电路3.2以FPGA为核心处理器；功分器2.3与多个下变频器2.1之间均对应设有射频开关2.4；A/D采样电路3.1设有多个，并与多个下变频器2.1一一对应；与传统的抗干扰天线相比，仅在射频模块2的上变频器2.2输出增加一个多路的功分器2.3，功分器2.3与各下变频通道的输入间增加一个射频开关2.4，将上变频通道的输出与各下变频通道的输入间连接；
天线阵1包括与多个下变频器2.1一一对应的天线单元1.1，且相邻的两个天线单元1.1之间的间距小于1/2波长；天线单元1.1间距大于等于1/2波长时，存在信号波达方向估计的二值模糊问题，进行抗干扰处理时会产生多余的零陷，有可能影响正常的信号接收，因此采用小于1/2波长设计；
以M阵元的抗干扰天线为例，天线阵1由M个天线单元1.1组成，用于接收空间卫星信号及干扰信号，射频模块2包括M路下变频通道和一路上变频通道，M路下变频通道将从天线接收到的信号分别进行滤波、放大和混频处理，将信号变换到适合A/D采样电路3.1采样的基带信号，一路上变频通道用于将抗干扰处理后的基带信号上变频回射频，供后端接收机使用，信号处理模块3主要作用是执行抗干扰算法，消除干扰，抗干扰处理算法多用FPGA实现。
一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准方法，包括以下步骤：
S1：天线阵1的多个天线单元1.1接收空间卫星信号及干扰信号，各个天线单元1.1的信号传递给对应的下变频器2.1；
S2：下变频器2.1处理对应的天线单元1.1的信号，将接收到的信号进行滤波、放大和混频处理，将信号变换到适合对应的A/D采样电路3.1的基带信号，A/D采样电路3.1将基带信号变为数字信号后送给数字信号处理电路3.2；
S3：数字信号处理电路3.2中FPGA对数字信号进行处理产生信号源，然后经D/A变换电路3.3输出一路模拟信号，该路模拟信号通过上变频器2.2上变频为射频信号，该射频信号为参考信号，FPGA控制对应的射频开关2.4打开，然后功分器2.3将该参考信号分出多路输入给多个下变频器2.1；
S4：数字信号处理电路3.2中FPGA在基带将接收到的每路信号与参考信号做差，通过自适应滤波算法调整每路信号的幅度和相位值，使差值最小，从而求得每路信号的幅度和相位校正值，将校正值存储在FPGA内部RAM中用于后续抗干扰计算，然后切断校正数据输出，控制对应的射频开关2.4关闭；
S5：利用校正值对各通道幅相一致性进行补偿后送入数字信号处理电路3.2中进行抗干扰处理，抗干扰处理后的数据进行混频，产生一路中频信号经D/A变换电路3.3输出模拟中频信号，然后送入上变频器2.2处理并输出。
本发明在该数字信号处理电路3.2中FPGA内部增加少量程序，产生一组类似卫星信号的Gold码，将其变为扩频信号后存在FPGA的RAM中，当需要进行通道校准时，FPGA控制RAM输出数据至D/A变换电路3.3并控制射频开关2.4切换至上变频通道，D/A变换电路3.3将信号转换为模拟信号，通过上变频通道送至各路下变频的输入，然后FPGA在基带将每路信号与参考路做差，通过自适应滤波算法调整每路信号的幅度和相位值，使差值最小，从而求得每路信号的幅度和相位校正值，将校正值存储在内部RAM中，然后切断校正数据输出，控制射频开关切换至各天线接收，利用校正值对各通道幅相一致性进行补偿后送入抗干扰处理模块进行抗干扰处理，抗干扰处理后的数据进行混频，产生一路中频信号经D/A变换电路3.3转换为模拟中频信号并送入上变频器进行上变频器2.2处理并输出，提高通道幅相一致性以及抗干扰能力，解决传统的抗干扰天线射频设计难度大以及通道幅相一致性差导致抗干扰能力下降等问题，缩短了硬件调试时间，提高了工作效率。
此外，本发明进行通道校准时，通常在刚开机时进行，也可以工作一段时间后，对射频通道由于温度等因素影响造成的幅相变化进行再次校正，一次校正花费的时间为毫秒级，由于Gold码具有良好的自相关和互相关特性，因此得到的校正数据精确度高，比传统的通过射频来控制通道一致性的方法可高出一个数量级，该校正通道对硬件的更改部分，也可用于对射频通道的完好性进行检测，增加抗干扰天线的自检深度。
本发明未详述部分为现有技术，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将上述实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求内容。

Claims (5)

1.一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***，其特征在于：包括天线阵(1)、射频模块(2)和信号处理模块(3)，所述天线阵(1)、射频模块(2)和信号处理模块(3)依次连接；所述射频模块(2)包括多个下变频器(2.1)和一个上变频器(2.2)，上变频器(2.2)通过功分器(2.3)与多个下变频器(2.1)连接；所述信号处理模块(3)包括A/D采样电路(3.1)、数字信号处理电路(3.2)和D/A变换电路(3.3)，数字信号处理电路(3.2)以FPGA为核心处理器。
2.根据权利要求1所述的一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***，其特征在于：所述天线阵(1)包括与多个下变频器(2.1)一一对应的天线单元(1.1)，且相邻的两个天线单元(1.1)之间的间距小于1/2波长。
3.根据权利要求1所述的一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***，其特征在于：所述功分器(2.3)与多个下变频器(2.1)之间均对应设有射频开关(2.4)。
4.根据权利要求1所述的一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准***，其特征在于：所述A/D采样电路(3.1)设有多个，并与多个下变频器(2.1)一一对应。
5.根据权利要求1所述的一种卫星导航抗干扰天线通道幅相一致性校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：天线阵(1)的多个天线单元(1.1)接收空间卫星信号及干扰信号，各个天线单元(1.1)的信号传递给对应的下变频器(2.1)；
S2：下变频器(2.1)处理对应的天线单元(1.1)的信号，将接收到的信号进行滤波、放大和混频处理，将信号变换到适合对应的A/D采样电路(3.1)的基带信号，A/D采样电路(3.1)将基带信号变为数字信号后送给数字信号处理电路(3.2)；
S3：数字信号处理电路(3.2)中FPGA对数字信号进行处理产生信号源，然后经D/A变换电路(3.3)输出一路模拟信号，该路模拟信号通过上变频器(2.2)上变频为射频信号，该射频信号为参考信号，FPGA控制对应的射频开关(2.4)打开，然后功分器(2.3)将该参考信号分出多路输入给多个下变频器(2.1)；
S4：数字信号处理电路(3.2)中FPGA在基带将接收到的每路信号与参考信号做差，通过自适应滤波算法调整每路信号的幅度和相位值，使差值最小，从而求得每路信号的幅度和相位校正值，将校正值存储在FPGA内部RAM中用于后续抗干扰计算，然后切断校正数据输出，控制对应的射频开关(2.4)关闭；
S5：利用校正值对各通道幅相一致性进行补偿后送入数字信号处理电路(3.2)中进行抗干扰处理，抗干扰处理后的数据进行混频，产生一路中频信号经D/A变换电路(3.3)输出模拟中频信号，然后送入上变频器(2.2)处理并输出。
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