“北斗”信号重构的导向矢量实时校正
发布时间：2021-04-14 20:31
针对导航应用中阵列天线导向矢量误差导致波束合成器性能恶化甚至失效的问题,提出了一种"北斗"信号重构的导向矢量实时校正算法。该算法利用重构的本地"北斗"参考信号与阵列天线接收信号进行相关解扩处理,然后利用信号子空间与信号正交补空间正交的特性,构造代价函数对各卫星方向的阵列导向矢量进行校正。仿真结果表明,经过校正的导向矢量相位误差从-100°～100°降低到-10°～10°范围内,幅度误差从-10～10 dB降低到-4～2 dB范围内;另外,导向矢量校正后,卫星信号波达方向估计误差在0.2°以内,估计精度大大提高。
【文章来源】：电讯技术. 2020,60(11)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
导向矢量校正系统结构图
为了验证算法的性能，本文构建了基于Matlab的仿真验证平台，平台的整体框架如图2所示。仿真平台包括“北斗”B1频点阵列信号生成模块、数字下变频模块、DBF模块、“北斗”软件接收机、本地参考信号重构模块、导向矢量校正模块以及DOA估计等模块。仿真平台给定“北斗”星座图、导航数据、卫星位置速度、用户位置速度，生成给定信号结构的数据，加入阵列接收、噪声、量化，并写入文件。开始进行导向矢量校正时，首先读取数据文件，数据经过数字下变频、DBF处理后送入“北斗”软件接收机进行信号捕获和跟踪，得到的载波频率和码相位用于重构本地参考信号，导向矢量校正模块最后完成导向矢量校正并保存数据用于校正结果验证。仿真平台取阵列天线阵元数N=7的均匀圆阵，以中心阵元为参考阵元，阵元半径取“北斗”B1I信号中心频点对应的半波长即r=0.096 m。“北斗”中频数字信号的频率为4.092 MHz，采样频率为130.944 MHz，生成的“北斗”信号长度为1 ms，噪声功率谱密度为-203.98 dBW/Hz，噪声带宽4.092 MHz;重构的“北斗”本地参考信号skr(t)与接收信号X(t)相关积分时间取500个采样周期，快拍数M取200。仿真过程中设置真实导向矢量为在导向矢量理论值基础上增加幅相差异，不同卫星入射方向幅相差异不同，幅相差异值如图3所示。
仿真平台取阵列天线阵元数N=7的均匀圆阵，以中心阵元为参考阵元，阵元半径取“北斗”B1I信号中心频点对应的半波长即r=0.096 m。“北斗”中频数字信号的频率为4.092 MHz，采样频率为130.944 MHz，生成的“北斗”信号长度为1 ms，噪声功率谱密度为-203.98 dBW/Hz，噪声带宽4.092 MHz;重构的“北斗”本地参考信号skr(t)与接收信号X(t)相关积分时间取500个采样周期，快拍数M取200。仿真过程中设置真实导向矢量为在导向矢量理论值基础上增加幅相差异，不同卫星入射方向幅相差异不同，幅相差异值如图3所示。“北斗”卫星分别选择PRN1和PRN3卫星，卫星信号的信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)、入射角(俯仰角ψ和方位角α)等信息见表1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]干扰条件下的“北斗”信号解扩重构DOA估计[J]. 安毅. 电讯技术. 2019(05)
[2]一种小尺寸极化阵列及其高精度定位波束形成[J]. 李阳. 电讯技术. 2018(06)
[3]导航卫星阵列天线的快速现场系统校准算法[J]. 李阳,左芝勇,彭涛,康荣雷. 电讯技术. 2018(05)
[4]一种导向矢量双层估计的稳健波束形成算法[J]. 李文兴,毛晓军,翟助群. 哈尔滨工程大学学报. 2018(03)
[5]GNSS自适应抗干扰天线阵相位中心校正[J]. 王达伟,李加琪,周新鹏,吴嗣亮. 北京理工大学学报. 2017(03)
[6]基于导向矢量实时校准的稳健波束形成算法[J]. 乔成林,全厚德,崔佩璋,郑保明. 探测与控制学报. 2014(05)
[7]基于曲面拟合的宽带阵列模型误差有源校正[J]. 张兴良,王可人,阮怀林. 火力与指挥控制. 2014(09)
[8]基于C/A码互相关特性的GPS信号DOA估计技术[J]. 史文森,朱海,蔡鹏. 弹箭与制导学报. 2013(06)
[9]通道幅相不一致的实时校正方法[J]. 司伟建,初萍,孙圣和. 系统工程与电子技术. 2011(10)
博士论文
[1]卫星导航阵列信号处理关键技术研究[D]. 吴舜晓.国防科学技术大学 2015
[2]卫星导航接收机数字波束形成关键技术研究[D]. 李敏.国防科学技术大学 2011
本文编号：3137970
【文章来源】：电讯技术. 2020,60(11)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
导向矢量校正系统结构图
为了验证算法的性能，本文构建了基于Matlab的仿真验证平台，平台的整体框架如图2所示。仿真平台包括“北斗”B1频点阵列信号生成模块、数字下变频模块、DBF模块、“北斗”软件接收机、本地参考信号重构模块、导向矢量校正模块以及DOA估计等模块。仿真平台给定“北斗”星座图、导航数据、卫星位置速度、用户位置速度，生成给定信号结构的数据，加入阵列接收、噪声、量化，并写入文件。开始进行导向矢量校正时，首先读取数据文件，数据经过数字下变频、DBF处理后送入“北斗”软件接收机进行信号捕获和跟踪，得到的载波频率和码相位用于重构本地参考信号，导向矢量校正模块最后完成导向矢量校正并保存数据用于校正结果验证。仿真平台取阵列天线阵元数N=7的均匀圆阵，以中心阵元为参考阵元，阵元半径取“北斗”B1I信号中心频点对应的半波长即r=0.096 m。“北斗”中频数字信号的频率为4.092 MHz，采样频率为130.944 MHz，生成的“北斗”信号长度为1 ms，噪声功率谱密度为-203.98 dBW/Hz，噪声带宽4.092 MHz;重构的“北斗”本地参考信号skr(t)与接收信号X(t)相关积分时间取500个采样周期，快拍数M取200。仿真过程中设置真实导向矢量为在导向矢量理论值基础上增加幅相差异，不同卫星入射方向幅相差异不同，幅相差异值如图3所示。
仿真平台取阵列天线阵元数N=7的均匀圆阵，以中心阵元为参考阵元，阵元半径取“北斗”B1I信号中心频点对应的半波长即r=0.096 m。“北斗”中频数字信号的频率为4.092 MHz，采样频率为130.944 MHz，生成的“北斗”信号长度为1 ms，噪声功率谱密度为-203.98 dBW/Hz，噪声带宽4.092 MHz;重构的“北斗”本地参考信号skr(t)与接收信号X(t)相关积分时间取500个采样周期，快拍数M取200。仿真过程中设置真实导向矢量为在导向矢量理论值基础上增加幅相差异，不同卫星入射方向幅相差异不同，幅相差异值如图3所示。“北斗”卫星分别选择PRN1和PRN3卫星，卫星信号的信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)、入射角(俯仰角ψ和方位角α)等信息见表1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]干扰条件下的“北斗”信号解扩重构DOA估计[J]. 安毅. 电讯技术. 2019(05)
[2]一种小尺寸极化阵列及其高精度定位波束形成[J]. 李阳. 电讯技术. 2018(06)
[3]导航卫星阵列天线的快速现场系统校准算法[J]. 李阳,左芝勇,彭涛,康荣雷. 电讯技术. 2018(05)
[4]一种导向矢量双层估计的稳健波束形成算法[J]. 李文兴,毛晓军,翟助群. 哈尔滨工程大学学报. 2018(03)
[5]GNSS自适应抗干扰天线阵相位中心校正[J]. 王达伟,李加琪,周新鹏,吴嗣亮. 北京理工大学学报. 2017(03)
[6]基于导向矢量实时校准的稳健波束形成算法[J]. 乔成林,全厚德,崔佩璋,郑保明. 探测与控制学报. 2014(05)
[7]基于曲面拟合的宽带阵列模型误差有源校正[J]. 张兴良,王可人,阮怀林. 火力与指挥控制. 2014(09)
[8]基于C/A码互相关特性的GPS信号DOA估计技术[J]. 史文森,朱海,蔡鹏. 弹箭与制导学报. 2013(06)
[9]通道幅相不一致的实时校正方法[J]. 司伟建,初萍,孙圣和. 系统工程与电子技术. 2011(10)
博士论文
[1]卫星导航阵列信号处理关键技术研究[D]. 吴舜晓.国防科学技术大学 2015
[2]卫星导航接收机数字波束形成关键技术研究[D]. 李敏.国防科学技术大学 2011
本文编号：3137970
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