一種均勻圓形陣列天線的信號接收及失真矯正方法
2023-06-02 01:09:31
一種均勻圓形陣列天線的信號接收及失真矯正方法
【專利摘要】本發明涉及一種均勻圓形陣列天線的信號接收及失真矯正方法，包括以下步驟：步驟1：接收鏈路天線陣的幅度/相位增益矩陣估計；步驟2：接收鏈路天線陣的互耦係數矩陣估計；步驟3：根據估計的接收鏈路天線陣的幅度/相位增益矩陣和互耦係數矩陣對接收鏈路進行矯正；步驟4：發射鏈路天線陣的增益矩陣估計；步驟5：利用估計的發射鏈路的增益矩陣和接收鏈路的互耦係數矩陣，對發射鏈路進行幅度/相位矯正和互耦矯正。與現有技術相比，本發明具有能夠對均勻圓陣的接收、發射鏈路進行系統級矯正，方案完備並且矯正效果好等優點。
【專利說明】—種均勻圓形陣列天線的信號接收及失真矯正方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信領域中智能天線的信號接收以及失真矯正技術，尤其是涉及一種均勻圓形陣列天線的信號接收及失真矯正方法。
【背景技術】
[0002]隨著無線移動通信技術的發展，移動通訊的需求也日益增長，無線網絡技術本身的限制使其不能繼續滿足高的通訊需求，用戶在部署無線區域網路時，經常會有無線信號受幹擾、信號穿透能力差，導致傳輸距離短的普遍問題。利用新技術提高有限頻率資源的使用效率，成為人們日益關注的課題。
[0003]波束成形是天線技術與數位訊號處理技術的結合，目的用於定向信號傳輸或接收使得系統在有限的頻譜內可以支持更多的用戶，從而成倍的提高頻譜使用效率。波束成形技術最早應用於相控陣雷達，通過多個天線單元形成窄波束進行掃描，後來應用到通信領域，主要應用於民用移動通信中的基站。其基本原理利用多天線技術對接收的各路信號進行加權合成，確定信號來波方向，對信號源進行精準定位，產生多路徑高增益定向點波束，提供優秀的深度非視距功能。
[0004]在系統採用陣列天線時，接收信號受到天線陣元本身的幅值/相位誤差的影響，同時天線陣列的單元之間的距離通常小於二分之一個波長，使得陣列天線的陣元之間具有較強的耦合，這種耦合會使信號的發射和接收產生畸變，從而對天線陣的波束成形和來波方向估計產生較大的影響，使得接收信號失真嚴重，很大程度上的影響了波束成形接收機的性能。因此，通過計算或實驗測量來獲得天線陣的互耦係數，依此進行軟體或硬體的互耦矯正具有非常重要的意義。而進行互耦矯正的關鍵依據是陣元間的互耦矯正係數矩陣。
[0005]目前國內外一些學者正致力於陣列誤差矯正方法的研究，所提出的矯正方法主要分為自矯正方法和有源矯正方法兩大類。有源矯正方法是通過在空間設置方位精確已知的輔助信源對陣列誤差參數進行離線估計；而自矯正方法則同時給出陣列誤差參數和信源方位的估計值。雖然自矯正方法無需藉助已知位置的輔助源，進而也無需克服輔助源信號中攜帶的不確定因素，但通常處理非常複雜，對算法的實時性要求較高。在眾多有源矯正方法中，See CMS 等在 IEE Proceedings-Radar, Sonar and Navigation 的文獻 method for arraycalibration in high-resolution sensor array processing 提出了一種針對陣兀互率禹、幅相誤差等陣列誤差的有源矯正算法，該算法通過矩陣特徵分解得到一組矯正源的方向矢量來估計陣列誤差，為了簡化問題的討論，該文獻還將互耦矩陣和幅相誤差矩陣的乘積作為一個整體進行估計，但算法沒有充分利用DOA估計對互耦係數估計的影響，迭代過程無法分離DOA誤差和互耦係數誤差的交織，計算過程仍有冗餘。
【發明內容】
[0006]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種均勻圓形陣列天線的信號接收及失真矯正方法，能夠對均勻圓陣的接收、發射鏈路進行系統級矯正，方案完備並且矯正效果好。
[0007]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0008]一種均勻圓形陣列天線的信號接收及失真矯正方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0009]步驟1:接收鏈路天線陣的幅度/相位增益矩陣估計；
[0010]步驟2:接收鏈路天線陣的互耦係數矩陣估計；
[0011]步驟3:根據估計的接收鏈路天線陣的幅度/相位增益矩陣和互耦係數矩陣對接收鏈路進行矯正；
[0012]步驟4:發射鏈路天線陣的增益矩陣估計；
[0013]步驟5:利用估計的發射鏈路的增益矩陣和接收鏈路的互耦係數矩陣，對發射鏈路進行幅度/相位矯正和互耦矯正。
[0014]利用近場耦合天線和遠場矯正源，依次對接收鏈路天線陣的幅度/相位增益矩陣和互耦係數矩陣。
[0015]所述的接收鏈路天線陣的互耦係數矩陣C估計具體為:
[0016]將互耦係數矩陣C估計簡化為對互耦矩陣表徵向量c的估計，
[0017]若n = 2k+1 (k = 1，2，...)，c = {I C1 C2...ck ck...C2 cj ；
`[0018]若n = 2k(k = 1，2，..)，c = {I C1 C2...C^1 ck C^1...C2 cj。
[0019]其中CiQ = 1，2，...，k)為到圓心角度差為(2 /n) i的兩個陣元間的耦合係數；η為圓形天線陣元數，k為對應的獨立元素個數。
[0020]所述的對接收鏈路進行矯正具體為:
[0021 ] 首先進行幅度/相位增益誤差校正，然後利用DOA估計結果估計互耦係數矩陣，矯正後的信號=C丄G:yms，其中Ynxs為圓陣實際接收信號，Cnxn為η元圓陣的互耦係數矩陣，Gnxn為增益誤差矩陣。
[0022]，所述的對發射鏈路進行幅度/相位矯正和互耦矯正具體為:
[0023]設天線陣擬發射信號X，在發射前進行幅相、互耦誤差矯正，實際發送信號為
Xi = Gt-lC-lX ,矯正後實際輻射到遠場的信號為hfG,JC1GiGTt-lZ-AT，其中A
為方向向量、C為圓陣的互耦係數矩陣、Gt為發射鏈路增益誤差矩陣。
[0024]與現有技術相比，本發明提供了一套完備的均勻圓形天線陣列發射鏈路、接收鏈路信號失真矯正方法，構成一個環路矯正系統，它既可以對天線陣的接收鏈路進行失真矯正，又將互耦係數的估計應用到發射鏈路中，對發射鏈路進行失真矯正，其利用的輔助源少、估計準確度高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明應用的陣列天線結構示意圖；
[0026]圖2為本發明的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例
[0028]本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
[0029]如圖1所示，以15陣元的均勻圓形陣列天線為例，所有陣元為半波天線，工作在5GHz頻率下，圓陣半徑R = 6 λ /2 π。接收、發射鏈路失真矯正方法包括以下步驟:
[0030]步驟1:將近場矯正信號源設於均勻圓形陣列天線的圓心處，矯正源發送信號Zixm
=Iz1,Z2,.…，zj，m為矯正序列長度,天線接收信號
【權利要求】
1.一種均勻圓形陣列天線的信號接收及失真矯正方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟1:接收鏈路天線陣的幅度/相位增益矩陣估計； 步驟2:接收鏈路天線陣的互耦係數矩陣估計； 步驟3:根據估計的接收鏈路天線陣的幅度/相位增益矩陣和互耦係數矩陣對接收鏈路進行矯正； 步驟4:發射鏈路天線陣的增益矩陣估計: 步驟5:利用估計的發射鏈路的增益矩陣和接收鏈路的互耦係數矩陣，對發射鏈路進行幅度/相位矯正和互耦矯正。
2.根據權利要求1所述的一種信號接收及失真矯正方法，其特徵在於，利用近場耦合天線和遠場矯正源，依次對接收鏈路天線陣的幅度/相位增益矩陣和互耦係數矩陣。
3.根據權利要求1所述的一種信號接收及失真矯正方法，其特徵在於，所述的接收鏈路天線陣的互耦係數矩陣C估計具體為: 將互耦係數矩陣C估計簡化為對互耦矩陣表徵向量C的估計，
4.根據權利要求1所述的一種信號接收及失真矯正方法，其特徵在於，所述的對接收鏈路進行矯正具體為: 首先進行幅度/相位增益誤差校正，然後利用DOA估計結果估計互耦係數矩陣，矯正後的信號
5.根據權利要求1所述的一種信號接收及失真矯正方法，其特徵在於，所述的對發射鏈路進行幅度/相位矯正和互稱矯正具體為: 設天線陣擬發射信號X，在發射前進行幅相、互耦誤差矯正，實際發送信號為X,=(V1CT1X,矯正後實際輻射到遠場的信號為，其中a為方向向量、c為圓陣的互耦係數矩陣、Gt為發射鏈路增益誤差矩陣。
【文檔編號】H04B7/06GK103780296SQ201410022363
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】王立群, 楊峰, 歐陽廷婷, 丁良輝, 錢良 申請人:上海交通大學