一种增益最大化的卫星通信抗干扰方法技术

本申请涉及一种增益最大化的卫星通信抗干扰方法

【技术实现步骤摘要】
一种增益最大化的卫星通信抗干扰方法


[0001]本申请涉及卫星通信
，特别是涉及一种增益最大化的卫星通信抗干扰方法
。

技术介绍

[0002]传统的阵列天线加权矢量优化方法，主要根据具体的设计要求和性能指标，确定优化问题的目标函数；再通过限制天线加权系数的范围
、
副瓣抑制要求，确定约束条件；选择合适的优化算法，求解加权矢量；根据选定的优化算法，进行迭代优化过程
。
在每一次迭代中，根据当前加权矢量的取值，计算目标函数的值，并更新加权矢量；通过设定收敛准则，判断优化过程是否达到收敛状态
。
然而传统方法中的优化算法可能会陷入局部最优解，而无法找到全局最优解
。
这可能导致无法充分利用天线阵列的潜力，达到最佳性能
。
并且往往计算出的结果存在不收敛的情况，在工程应用中无法实现
。
同时很难在控制低副瓣的情况下，无法实现天线无源增益高的要求，抗干扰能力不强，不利于弱信号的检测
。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对上述技术问题，提供能够提高卫星通信中天线无源增益最大化情况下的抗干扰能力的一种增益最大化的卫星通信抗干扰方法
。
[0004]一种增益最大化的卫星通信抗干扰方法，所述方法包括：步骤
S100
：由系统要求输入主瓣期望方向
、
线性阵元数
、
阵元间距
、
载波波长
、
波束宽度因子
、
水平扫描的角度范围
、
俯仰扫描的角度范围
、
快速傅里叶变换点数
、
波束主瓣宽度
、
波束主瓣步进
、
波束副瓣步进
、
最大副瓣电平门限
、
常规的副瓣抑制能力
、
副瓣抑制增强能力步进以及差值门限；步骤
S200
：根据主瓣期望方向
、
线性阵元数
、
波束宽度因子
、
阵元间距以及载波波长计算得到扫描波束宽度；步骤
S300
：对需要覆盖的空域进行扫描，以扫描波束宽度为间隔，对空域进行划分，获取各个方向的接收环境回波信号，对各个波束指向上采集到的接收环境回波信号采样并做快速傅里叶变换处理，得到处理后的信号；根据帕塞瓦尔定理对处理后的信号进行计算，得到波束各个指向的接收环境回波信号能量；步骤
S400
：将波束各个指向的接收环境回波信号能量的平均值作为平均噪声；步骤
S500
：将波束各个指向的接收环境回波信号能量中的最大值作为最大干扰能量，利用最大干扰能量和平均噪声计算得到干噪比；步骤
S600
：根据干噪比按照预先规定的准则确定副瓣抑制增强能力；步骤
S700
：根据主瓣期望方向
、
线性阵元数以及水平扫描的角度范围
、
俯仰扫描的角度范围
、
波束主瓣宽度
、
波束主瓣步进以及波束副瓣步进确定波束副瓣离散界限间隔
、
波束主瓣离散角度集
、
波束副瓣离散角度集以及理想主瓣无源增益；步骤
S800
：根据期望方向的主瓣无源增益
、
副瓣抑制增强能力以及权值幅度设置
主瓣无源增益优化的约束条件；以及将期望方向的主瓣无源增益设置为主瓣无源增益优化的目标函数；根据约束条件和目标函数建立主瓣无源增益优化的凸优化模型，利用二阶锥规划方法对凸优化模型进行求解，得到期望方向的主瓣无源增益；步骤
S900
：将理想主瓣无源增益与期望方向的主瓣无源增益相减，若差值不小于差值门限则将副瓣抑制增强能力减去副瓣抑制增强能力步进来更新凸优化模型的约束条件再进行求解，直到期望方向的主瓣无源增益与理想主瓣无源增益的差值小于预先设置的差值门限时获得低副瓣波束的一维线阵最优权重矢量；步骤
S1000
：将通过步骤
S100
输入的一维线阵水平方向的线性阵元数以及一维线阵俯仰方向的线性阵元数，分别通过步骤
S100~
步骤
S900
求解对应的一维线阵水平方向的最优权重矢量和一维线阵俯仰方向的最优权重矢量，再对一维线阵水平方向的最优权重矢量和一维线阵俯仰方向的最优权重矢量进行克罗内克积计算，得到二维矩形平面阵的最优权重矢量；根据最优权重矢量进行抗干扰处理
。
[0005]上述一种增益最大化的卫星通信抗干扰方法，本申请根据期望方向的主瓣无源增益
、
副瓣抑制增强能力以及权值幅度设置主瓣无源增益优化的约束条件；以及将期望方向的主瓣无源增益设置为主瓣无源增益优化的目标函数；根据约束条件和目标函数建立主瓣无源增益优化的凸优化模型，将理想主瓣无源增益和期望方向的主瓣无源增益进行相减，根据相减结果对凸优化模型进行优化迭代，直至期望方向的主瓣无源增益满足预先设置的阈值条件，通过迭代运算求取最优权重矢量使得干扰副瓣低，同时结果是收敛的，可在卫星通讯中实际应用且增强了卫星通讯中的抗干扰能力；以天线无源增益为目标函数，通过二阶锥规划的方法，找到增益的全局最优解且尽可能的在保证低副瓣的同时使得天线无源增益增强；同时本申请对弱信号检测至关重要，微弱信号受干扰的影响较大，本申请可以在保证低副瓣的要求下，同时对弱信号检测的增益效果好，更容易检测到微弱信号，为卫星通信系统的正常运行和性能提升提供了重要支持，并且能够使得天线无源增益最大化，提高了信号接收质量
、
系统容量和通信可靠性，为卫星通信系统的正常运行和性能提升提供了重要支持以及对弱信号检测至关重要
。
附图说明
[0006]图1为一个实施例中一种增益最大化的卫星通信抗干扰方法的流程示意图；图2为一个实施例中输入线性阵元数
,
主瓣期望方向（水平方向）为时的天线方向图；图3为一个实施例中输入线性阵元数
,
主瓣期望方向（俯仰方向）为时的天线方向图；图4为一个实施例中优化前期望信号方向水平方位为，俯仰方位为的波束方向图；图5为一个实施例中优化后期望信号方向水平方位为，俯仰方位为的三维波束方向图
。
具体实施方式
[0007]为了使本申请的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明
。
应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请
。
[0008]在一个实施例中，如图1所示，提供了一种增益最大化的卫星通信抗干扰方法，包括以下步骤：步骤
S100
：由系统要求输入主瓣期望方向
、
线性阵元数
、
阵元间距
、
载波波长
、<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种增益最大化的卫星通信抗干扰方法，其特征在于，所述卫星通信抗干扰方法包括：步骤
S100
：由系统要求输入主瓣期望方向
、
线性阵元数
、
阵元间距
、
载波波长
、
波束宽度因子
、
水平扫描的角度范围
、
俯仰扫描的角度范围
、
快速傅里叶变换点数
、
波束主瓣宽度
、
波束主瓣步进
、
波束副瓣步进
、
最大副瓣电平门限
、
常规的副瓣抑制能力
、
副瓣抑制增强能力步进以及差值门限；步骤
S200
：根据所述主瓣期望方向
、
线性阵元数
、
波束宽度因子
、
阵元间距以及载波波长计算得到扫描波束宽度；步骤
S300
：对需要覆盖的空域进行扫描，以所述扫描波束宽度为间隔，对空域进行划分，获取各个方向的接收环境回波信号，对各个波束指向上采集到的接收环境回波信号采样并做快速傅里叶变换处理，得到处理后的信号；根据帕塞瓦尔定理对处理后的信号进行计算，得到波束各个指向的接收环境回波信号能量；步骤
S400
：将所述波束各个指向的接收环境回波信号能量的平均值作为平均噪声；步骤
S500
：将所述波束各个指向的接收环境回波信号能量中的最大值作为最大干扰能量，利用所述最大干扰能量和所述平均噪声计算得到干噪比；步骤
S600
：根据所述干噪比按照预先规定的准则确定副瓣抑制增强能力；步骤
S700
：根据所述主瓣期望方向
、
线性阵元数以及水平扫描的角度范围
、
俯仰扫描的角度范围
、
波束主瓣宽度
、
波束主瓣步进以及波束副瓣步进确定波束副瓣离散界限间隔
、
波束主瓣离散角度集
、
波束副瓣离散角度集以及理想主瓣无源增益；步骤
S800
：根据期望方向的主瓣无源增益
、
副瓣抑制增强能力以及权值幅度设置主瓣无源增益优化的约束条件；以及将期望方向的主瓣无源增益设置为主瓣无源增益优化的目标函数；根据所述约束条件和所述目标函数建立主瓣无源增益优化的凸优化模型，利用二阶锥规划方法对所述凸优化模型进行求解，得到期望方向的主瓣无源增益；步骤
S900
：将理想主瓣无源增益与期望方向的主瓣无源增益相减，若差值不小于差值门限则将副瓣抑制增强能力减去副瓣抑制增强能力步进来更新凸优化模型的约束条件再进行求解，直到期望方向的主瓣无源增益与所述理想主瓣无源增益的差值小于预先设置的差值门限时获得低副瓣波束的一维线阵最优权重矢量；步骤
S1000
：将通过步骤
S100
输入的一维线阵水平方向的线性阵元数以及一维线阵俯仰方向的线性阵元数，分别通过步骤
S100~
步骤
S900
求解对应的一维线阵水平方向的最优权重矢量和一维线阵俯仰方向的最优权重矢量，再对一维线阵水平方向的最优权重矢量和一维线阵俯仰方向的最优权重矢量进行克罗内克积计算，得到二维矩形平面阵的最优权重矢量；根据所述最优权重矢量进行抗干扰处理
。2.
根据权利要求1所述的卫星通信抗干扰方法，其特征在于，根据所述主瓣期望方向
、
线性阵元数
、
波束宽度因子
、
阵元间距以及载波波长计算得到扫描波束宽度，包括：根据所述主瓣期望方向
、
线性阵元数
、
波束宽度因子
、
阵元间距以及载波波长计算得到扫描波束宽度为；
其中，为波束宽度因子，常取，为线性阵元数，为阵元间距，为载波波长，为主瓣期望方向
。3.
根据权利要求1所述的卫星通信抗干扰方法，其特征在于，对需要覆盖的空域进行扫描，以所述扫描波束宽度为间隔，对空域进行划分，获取各个方向的接收环境回波信号，对各个波束指向上采集到的接收环境回波信号采样并做快速傅里叶变换处理，得到处理后的信号；根据帕塞瓦尔定理对处理后的信号进行计算，得到波束各个指向的接收环境回波信号能量，包括：对需要覆盖的空域进行扫描，其中水平扫描的角度范围为，其中是水平扫描的角度范围的最小值，是水平扫描的角度范围的最大值，俯仰扫描的角度范围为，是俯仰扫描的角度范围的最小值，是俯仰扫描的角度范围的最大值；其中
、、
以及都是在步骤
S100
输入水平扫描的角度范围
、
俯仰扫描的角度范围的同时输入得到的，并以所述扫描波束宽度为间隔，在水平以及俯仰两个方位上对空域进行划分，划分之后第个水平方位角度集合为，
,
其中为第1个水平方位对应的角度，为第2个水平方位对应的角度，为第个水平方位对应的角度，为水平波束指向总数，划分之后第个俯仰方位角度集合为，
,
其中为第1个俯仰方位对应的角度，为第2个俯仰方位对应的角度，为第个俯仰方位对应的角度，为俯仰波束指向总数
,
为向下取整函数；对空域进行划分之后，用表示空域扫描时波束指向第个水平方位，第个俯仰方位时采集到的接收环境回波信号；对各个波束指向上...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，黄雪琴，邢灵尔，张卫奇，章双全，马衍青，郑铁宁，
申请(专利权)人：辰极智航北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：