【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及导航定位，具体涉及一种基于天线切换的相关波束形成装置及方法。
技术介绍
1、全球卫星导航系统可以为大多数户外应用提供高精度定位、导航和授时服务，但越来越多的应用需要在全球卫星导航系统不可用的环境中获得高精度定位信息，在这些环境中，全球卫星导航系统的替代方案是许多射频方法，如蓝牙、射频识别、超宽带及无线局域网等，在这些射频定位应用中，多径效应是其最大的未建模误差源，多径是接收天线上直接路径信号与非直接路径信号相结合的结果，组合信号包括直接路径和间接路径，并会严重影响由此组合信号得出的最终测量结果。由于波束形成天线会抑制除期望方向以外所有信号的接收，从而减少定位信号多径损坏的影响，因此广泛应用于定位行业。
2、传统波束形成天线一般为模拟波束形成技术，为紧凑波束采用多个射频前端，每个射频前端负责形成天线波束中的一个子波束。这些子波束经过合理的组合，可以形成一个紧凑的整体波束。传统波束形成天线通常采用机械或电子扫描技术，通过改变每个射频前端的相位和幅度来实现波束的形成和指向。这种天线结构在雷达、通信系统等领域得到广泛应用。然而，传统波束形成天线存在尺寸较大、功耗较高等问题。
3、为解决传统波束形成天线的尺寸较大、功耗较高等问题，近年来逐渐出现了一些解决方案。其中之一是采用集成电路技术，将多个射频前端集成到一个芯片中，以减小天线的尺寸并降低功耗。另外，一些新型材料的应用也可以帮助减小天线的尺寸和重量，进而减小功耗。
4、在现有技术中，也可采用数字波束形成技术以及相控阵列天线来单独控制引导波
5、相比于模拟波束形成技术，数字波束形成技术在数字域实现对天线幅度和相位加权的控制，实质上是一种在时频实现的波束形成方法，利用数字信号处理技术来实现波束的形成和指向，能够实现多低副瓣地接收波束，具有灵活性强、波束形成精度高的优点；此外，利用数字波束形成技术，尽可能地将有用信息保持到数字处理端，具有抗干扰能力强的优点。
6、相控阵列天线利用大量个别控制的小型天线单元排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的移相器，通过控制各个天线单元发射信号的相位，就能合成不同相位波束，相控阵各天线单元发射的电磁波以干涉原理合成一个接近笔直的雷达主瓣，波束控制灵活性显著提高，可以与微波集成电路技术以及新型移相器相结合，降低成本，减小体积与重量。
7、数字波束形成技术存在的问题主要在于其技术实现复杂、成本较高以及环境适应能力较弱。数字波束形成技术需要使用复杂的信号处理算法和硬件设施，尤其当系统所需的采样速率提高时，所需的运算能力大幅提高，电子器件的物理尺寸和所需的成本也存在问题。此外，在面对复杂多径传输环境和动态信号时，其性能可能会受到一定的影响，使定位的精度下降。
8、相控阵列天线主要有三种形式：固定波束形成、顺序波束形成和同时波束形成。固定波束形成天线阵列在元件之间具有固定的相位关系，只能将其波束定向到单一方向，不能单独用于跟踪定位系统中的移动信号源，必须与一些机械手段结合使用，将波束引向发射源。顺序波束形成相控阵列天线使用附加在各元件上的离散相位和增益电路在多个方向上顺序形成波束。每个元件必须有自己的一套电子设备，如移相器，可变增益放大器和相关的控制信号，导致其成本增加，且该方法一次只能定向单个波束，不适用于定位系统。同时波束形成相控阵列天线采用复杂电路的大型元件阵列，以同时沿多个方向形成波束。这些阵列需要使用各元件的射频前端和模数转换器，以及基带中非常复杂的数字逻辑阵列，以将所有元件信号组合在一起。这种阵列的尺寸、功耗和成本使其不适用于定位系统。
9、为了使得形成的波束更为紧密，目前传统波束形成技术普遍采用多个射频前端，主要带来两方面的问题：一是天线和接收机硬件日益复杂和昂贵，其尺寸和功耗也限制了传统波束形成技术的应用；二是由于每个射频前端具有不同的滤波器延迟，所以对于多个射频前端，其精确的基于相位的定位是存在问题的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于天线切换的相关波束形成装置及方法，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供一种基于天线切换的相关波束形成装置，包括：
4、具有多个空间分布的天线阵列；
5、与所述天线阵列连接的开关，用于选择性地在第一状态和第二状态之前切换天线元件；其中，只有切换到第一状态的天线元件被配置为接收进入的信号；
6、与所述开关连接的射频前端；
7、与所述射频前端连接进行波束形成的相关器；在相关器中产生基准信号、混合接收信号与修改的基准信号产生混合信号，并在预定的积分周期上将混合信号求和产生累积信号，其中，通过波束增益和相位控制修改基准信号，最终形成的累积信号表明天线阵列形成波束的方向和增益。
8、进一步的，包括射频部分和数字部分，其中，接收机的波束增益和相位控制完全包含于所述数字部分，只有定时信息发送到所述射频部分来控制所述开关。
9、进一步的，所述天线阵列包括具有多个空间分布的天线元件，开关以预定的模式在第一状态和第二状态之间选择性切换天线元件，其中，在第一状态中天线元件被配置为接收定位信号，并且在第二状态中天线元件被配置为不接收定位信号。
10、进一步的，定位接收器中至少包括一条接收通道，且接收通道中至少具有一个与天线阵列和接收机处理器操作相关的相关器，各相关器中具有用于产生内部基准信号的载波数字控制振荡器。
11、进一步的，所述内部基准信号在天线元件被切换到第一状态的同时被接收机处理器修改相位和/或增益，由此产生修改的基准信号，将接收的定位信号与该修改的基准信号混合以产生混合信号，随后在预定的积分周期上被累积，产生累计信号。
12、进一步的，得到的累计信号表明了天线阵列在相关器中形成的波束的方向和幅度，在预定的积分周期结束时，相关器锁环按照未被相位和/或增益操作扰动的正常的相关器操作而操作。
13、进一步的，在相关器中，产生两个内部基准信号；第一基准信号是通过载波nco产生的载波基准信号；第二基准信号是通过码nco产生的码基准信号；
14、接收定位信号在输入射频传输线上被接收，通过在第一混合器和第二混合器中将接收定位信号与载波基准信号的剥离成分进行混合产生同相和正交采样信号，载波基准信号在载波nco中生成，其剥离成分在离散正弦映射函数和余弦映射函数中生成。
15、进一步的，通过载波锁环控制载波nco，使得基准信号和接收定位信号之间的相位误差保持为零或尽可能接近零，当相位误差为零时，信号被认为是“相位锁定”，并且同相采样信号处于最大值，正交采样信号几乎为零，该操作被称为“锁相环”；同相采样信号和正交采样信号随后与码基准信号混合，码基准信号在码nco中生成。
16、进一步的，在第三混合器和第四混合器中混合内部生成的码基准信号与进入的同相采样信号和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，包括射频部分和数字部分，其中，接收机的波束增益和相位控制完全包含于所述数字部分，只有定时信息发送到所述射频部分来控制所述开关。
3.根据权利要求2所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，所述天线阵列包括具有多个空间分布的天线元件，开关以预定的模式在第一状态和第二状态之间选择性切换天线元件，其中，在第一状态中天线元件被配置为接收定位信号，并且在第二状态中天线元件被配置为不接收定位信号。
4.根据权利要求3所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，定位接收器中至少包括一条接收通道，且接收通道中至少具有一个与天线阵列和接收机处理器操作相关的相关器，各相关器中具有用于产生内部基准信号的载波数字控制振荡器。
5.根据权利要求4所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，所述内部基准信号在天线元件被切换到第一状态的同时被接收机处理器修改相位和/或增益，由此产生修改的基准信号，将接收的定位信号与该
6.根据权利要求5所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，得到的累计信号表明了天线阵列在相关器中形成的波束的方向和幅度，在预定的积分周期结束时，相关器锁环按照未被相位和/或增益操作扰动的正常的相关器操作而操作。
7.根据权利要求4所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，在相关器中，产生两个内部基准信号；第一基准信号是通过载波NCO产生的载波基准信号；第二基准信号是通过码NCO产生的码基准信号；
8.根据权利要求7所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，通过载波锁环控制载波NCO，使得基准信号和接收定位信号之间的相位误差保持为零或尽可能接近零，当相位误差为零时，信号被认为是“相位锁定”，并且同相采样信号处于最大值，正交采样信号几乎为零，该操作被称为“锁相环”；同相采样信号和正交采样信号随后与码基准信号混合，码基准信号在码NCO中生成。
9.根据权利要求8所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，在第三混合器和第四混合器中混合内部生成的码基准信号与进入的同相采样信号和正交采样信号，通过码锁环控制码NCO，使得内部产生的码基准信号与接收定位信号之间的时间误差保持为零或尽可能接近零，当时间误差为零时，信号被认为是“码锁定”，该操作被称为“延迟锁环”，当接收定位信号与码基准信号的相位对准时，获得最大相关性；
10.一种使用如权利要求1-9任一项所述的基于天线切换的相关波束形成装置的波束形成，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，包括射频部分和数字部分，其中，接收机的波束增益和相位控制完全包含于所述数字部分，只有定时信息发送到所述射频部分来控制所述开关。
3.根据权利要求2所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，所述天线阵列包括具有多个空间分布的天线元件，开关以预定的模式在第一状态和第二状态之间选择性切换天线元件，其中，在第一状态中天线元件被配置为接收定位信号，并且在第二状态中天线元件被配置为不接收定位信号。
4.根据权利要求3所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，定位接收器中至少包括一条接收通道，且接收通道中至少具有一个与天线阵列和接收机处理器操作相关的相关器，各相关器中具有用于产生内部基准信号的载波数字控制振荡器。
5.根据权利要求4所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，所述内部基准信号在天线元件被切换到第一状态的同时被接收机处理器修改相位和/或增益，由此产生修改的基准信号，将接收的定位信号与该修改的基准信号混合以产生混合信号，随后在预定的积分周期上被累积，产生累计信号。
6.根据权利要求5所述的基于天线切换的相关波束形成装置，其特征在于，得到的累计信号表明了天线阵列在相关器中形成...
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