宽带波束切换系统、宽带波束切换方法技术方案

本发明专利技术公开了一种宽带波束切换系统，包含：扫描权值生成模块，用于输出对应空间中不同指向角度的扫描权值；波束空间扫描模块，与所述扫描权值生成模块连接，用于完成波束的空间扫描；干扰方向求取模块，与所述波束空间扫描模块连接，用于计算干扰信号的方向；权值选取逻辑模块，与所述干扰方向求取模块连接，用于输出权值选取控制信号；波束形成权值生成模块，与所述权值选取逻辑模块连接，用于输出生成权值；波束形成模块，与所述波束形成权值生成模块连接，用于形成波束。本发明专利技术还公开了一种宽带波束切换方法。本发明专利技术能够减小宽带波束形成系统的运算量，同时提高了系统的稳健性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及抗干扰通信中宽带干扰抑制和波束快速切换领域，具体涉及宽带波束 切换系统、宽带波束切换方法。
技术介绍
宽带数字波束形成算法能够解决阵列接收宽带信号时频率变化导致的主波束宽 度变化、波束指向偏移、零点移动等问题，具有很强的实用价值。然而，宽带数字波束形成算 法运算量较大，要想做到实时处理，就必须要求有较高的信号处理能力。在对待宽带数字波 束形成如何降低宽带数字波束形成算法的运算量还没有很好的办法。所以，用小的运算量 来实现对宽带信号的接收和对宽带干扰的抑制一直是非常头疼的问题。 现有技术中常用的方法是在变换域内，用离散傅里叶变换将宽带信号划分为很多 个子带，使每个子带都是窄带信号，然后在每个窄带信号上完成窄带的自适应波束形成，最 后进行子带综合，就可以得到宽带波束形成的结果。这种方法是窄带处理方法在宽带波束 形成中的推广，能够将窄带的各种处理方法应用于宽带。 还有一种就是采用H. Wang提出的相干信号子空间算法，其主要思想是把整个频 带内不重叠的频点通过聚焦的方法变换到参考频率点上。然后再用窄带的处理方法进行波 束形成。 如上所述，现有的技术都是从信号处理的方法上去实现宽带的波束形成，存在运 算量大、稳健性较差的问题。在要求快速切换和稳健的系统中，现有的实现方法很难满足要 求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，能够减小宽带波 束形成系统的运算量，同时提高了系统的稳健性。 为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种宽带波束切换系统，其特 点是，包含： 扫描权值生成模块，用于输出对应空间中不同指向角度的扫描权值； 波束空间扫描模块，与所述扫描权值生成模块连接，用于完成波束的空间扫描； 干扰方向求取模块，与所述波束空间扫描模块连接，用于计算干扰信号的方向； 权值选取逻辑模块，与所述干扰方向求取模块连接，用于输出权值选取控制信号； 波束形成权值生成模块，与所述权值选取逻辑模块连接，用于输出生成权值； 波束形成模块，与所述波束形成权值生成模块连接，用于形成波束。 较佳地，宽带波束切换系统进一步包含一波束扫描控制模块，与所述扫描权值生 成模块连接，用于产生波束扫描控制信号，控制所述扫描权值生成模块输出扫描权值。 较佳地，宽带波束切换系统进一步包含一采集模块，分别与所述波束空间扫描模 块、波束形成模块连接，用于接收阵列的快拍数据。 一种宽带波束切换方法，其特点是，包含以下步骤： 51、 干扰方向求取模块根据空间在不同指向上的平均总功率分布图及已知的期望信号 方向，计算出干扰信号的方向； 52、 波束形成权值生成模块根据干扰信号方向，选取波束形成的生成权值； 53、 波束形成模块根据生成权值，确定数字波束方向，形成宽带数字波束。 优选地，所述的步骤S1包含： S1. 1、扫描权值生成模块输出对应空间中不同指向的扫描权值； S1. 2、波束空间扫描模块根据扫描权值对空间中不同指向进行扫描，并计算阵列在空 间各指向上的平均总功率分布图。 优选地，所述的步骤S1中步骤S1. 1之前还包含步骤S1. 0 ; 所述步骤S1. 0为扫描权值生成模块接收波束扫描控制模块，输出的波束扫描控制信 号。 优选地，所述的步骤S1. 2包含： S1. 2. 1、波束空间扫描模块确定波束扫描步进； S1. 2. 2、波束空间扫描模块控制波束依照扫描步进依次指向空间不同角度； S1. 2. 3、波束空间扫描模块对于每一指向的波束，计算此时对应的阵列接收的信号平 均总功率值； 51. 2. 4、波束空间扫描模块扫描整个空间，得到不同指向上的平均总功率分布图。 优选地，所述的步骤S2具体为： 52. 1、权值选取逻辑模块接收干扰方向求取模块计算出的干扰信号方向； S2. 2、权值选取逻辑模块根据已知的期望信号方向及干扰信号方向，输出控制波束形 成权值生成模块选取权值的信号； 52. 3、波束形成权值生成模块根据权值选取逻辑模块的控制信号及最优准则，选取波 束形成的生成权值。 优选地，所述的最优准则为最小均方误差准则、最大信噪比准则、最大似然比准 贝1J、最小噪声方差准则、线性约束准则中的一种。 优选地，所述的步骤S3具体为： 53. 1、波束形成模块接收采集模块采集的阵列快拍数据； S3. 2、波束形成模块接收波束形成权值生成模块选取的生成权值 S3. 3、波束形成模块根据阵列快拍数据及生成权值，确定数字波束方向，形成宽带数字 波束。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点：利 用有向均匀圆阵方向图对频率不敏感的特性，通过阵列综合的方式，得到了具有宽零陷的 权值，零陷宽度达到30°左右，降低了对宽带干扰方向的估计精度，使方向图具有低的旁瓣 电平，同时在特定方向上形成零点，用于抑制干扰；通过空间扫描的方式获得宽带干扰的来 波方向，不需要复杂的计算；采用离线权值综合算法，根据已知的期望信号方向及求得的干 扰信号方向直接调用离线计算好的对应的权值进行加权，把权值的运算问题几乎转移到了 离线计算上，能够减小宽带波束形成系统的运算量，同时提高了系统的稳健性。 【附图说明】 图1为波束形成系统的工作原理不意图； 图2为均匀线阵方向图的频率响应图； 图3本专利技术宽带波束切换系统的结构框图； 图4为均匀有向圆阵方向图的频率响应图； 图5为均匀有向圆阵阵列结构示意图； 图6为阵列综合的到的使用宽带信号的方向图； 图7为干扰方向扫描波束方向图； 图8为波束扫描的得到的空间功率分布； 图9为本专利技术宽带波束切换方法的流程图。 【具体实施方式】 以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本专利技术做进一步阐述。 如图1所示，波束形成系统大致可以分为四个功能部分：天线阵、射频前端、数据 采集模块、数字波束形成器。天线阵接收远场辐射的信号，经射频前端处理后，变成中频信 号输出，数据采集模块在同一时刻完成Μ个通道（16个阵元就有16个通道）的中频信号 采集，即形成一个快拍数据，送给自适应数字波束形成器处理，计算出各阵元的复加权值。 得到复加权系数后再同时对各阵元的数据进行复加权，形成对准目标方向的波束。数字波 束形成系统，它可以让波束指向目标方向，同时形成深零点对准干扰方向，抑制这种强干 扰。 通过某种最优准则，如最小均方误差（M S Ε)准则、最大信噪比准则、最大似然比 (M L)准贝U、最小噪声方差（NV)准则以及线性约束准则（LCMV)等。通过最优准则得到权值 W，假设为各阵元上信号的快拍数据，阵列的输出，是对快拍数据的加权求和。令 权向量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带波束切换系统，其特征在于，包含：扫描权值生成模块（1），用于输出对应空间中不同指向角度的扫描权值；波束空间扫描模块（2），与所述扫描权值生成模块（1）连接，用于完成波束的空间扫描；干扰方向求取模块（3），与所述波束空间扫描模块（2）连接，用于计算干扰信号的方向；权值选取逻辑模块（4），与所述干扰方向求取模块（3）连接，用于输出权值选取控制信号；波束形成权值生成模块（5），与所述权值选取逻辑模块（4）连接，用于输出生成权值；波束形成模块（6），与所述波束形成权值生成模块（5）连接，用于形成波束。

【技术特征摘要】
1. 一种宽带波束切换系统，其特征在于，包含： 扫描权值生成模块（1 )，用于输出对应空间中不同指向角度的扫描权值； 波束空间扫描模块（2)，与所述扫描权值生成模块（1)连接，用于完成波束的空间扫 描； 干扰方向求取模块（3)，与所述波束空间扫描模块（2)连接，用于计算干扰信号的方 向； 权值选取逻辑模块（4)，与所述干扰方向求取模块（3)连接，用于输出权值选取控制信 号； 波束形成权值生成模块（5 )，与所述权值选取逻辑模块（4 )连接，用于输出生成权值； 波束形成模块（6 )，与所述波束形成权值生成模块（5 )连接，用于形成波束。2. 如权利要求1所述的宽带波束切换系统，其特征在于，进一步包含一波束扫描控制 模块（7)，与所述扫描权值生成模块（1)连接，用于产生波束扫描控制信号，控制所述扫描 权值生成模块（1)输出扫描权值。3. 如权利要求1或2所述的宽带波束切换系统，其特征在于，进一步包含一采集模块 (8)，分别与所述波束空间扫描模块（2)、波束形成模块（6)连接，用于接收阵列的快拍数 据。4. 一种如权利要求3所述的宽带波束切换系统的方法，其特征在于，包含以下步骤： 51、 干扰方向求取模块（3)根据空间在不同指向上的平均总功率分布图及已知的期望 信号方向，计算出干扰信号的方向； 52、 波束形成权值生成模块（5)根据干扰信号方向，选取波束形成的生成权值； 53、 波束形成模块（6)根据生成权值，确定数字波束方向，形成宽带数字波束。5. 如权利要求4所述的宽带波束切换方法，其特征在于，所述的步骤S1包含： S1. 1、扫描权值生成模块（1)输出对应空间中不同指向的扫描权值； S1. 2、波束空间扫描模块（2 )根据扫描权值对空间中不同指向进行扫描，并计算阵列在 空间各指向上的平均总功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：李名祺，刘晓健，曲家庆，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31