導航衛星反射信號中頻增強方法技術

本發明專利技術提供一種導航衛星反射信號中頻增強方法，包括：陣列天線各個陣元獨立接收導航衛星反射信號，輸出中頻數字信號，并與本地產生的導航衛星的C/A碼進行相關解擴；根據導航衛星反射信號來波方向計算不同陣元相對參考陣元的相位差，通過對各個陣元輸出的所述中頻數字信號進行相位加權，補償各個陣元的傳播延時；將各個陣元相位加權后的中頻數字信號在來波方向上進行同相疊加，計算合成信號功率；將合成信號功率與預設門限值對比。優點：利用來波信號的相位信息進一步提高了接收機對于導航衛星反射信號的信號處理增益，從而提高了接收機對于微弱信號的檢測能力；還具有并行處理，計算簡便，運算量小、結構簡單，易于實現，通用性好等優點。

IF Enhancement Method for Reflected Signal of Navigation Satellite

The invention provides an intermediate frequency enhancement method for navigation satellite reflection signal, which includes: each element of the array antenna receives the reflection signal of navigation satellite independently, outputs the intermediate frequency digital signal, and carries on the correlation despreading with the locally generated C/A code of navigation satellite; calculates the phase difference of different elements relative to the reference element according to the wave direction of the reflection signal of navigation satellite, and outputs each element. The phase weighted IF digital signal is used to compensate the propagation delay of each element; the phase weighted IF digital signal is superposed in the direction of incoming wave to calculate the power of the composite signal; and the power of the composite signal is compared with the preset threshold value. Advantages: The phase information of the incoming wave signal further improves the signal processing gain of the receiver for the reflected signal of navigation satellite, thus improving the detection ability of the receiver for weak signal. It also has the advantages of parallel processing, simple calculation, simple structure, easy realization and good versatility.

【技術實現步驟摘要】
導航衛星反射信號中頻增強方法
本專利技術屬于信號處理
，具體涉及一種導航衛星反射信號中頻增強方法。
技術介紹
GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球導航衛星系統)是從20世紀90年代中期開始發展起來的民用導航衛星系統，目前包括了美國的GPS、歐盟的Galileo、中國的Compass(北斗)和俄羅斯的GLONASS，衛星數目多達100顆以上。另外，日本、印度等國的區域衛星導航系統也在建設中。所有這些衛星導航系統的發展既增加了民用用戶使用的可靠度，同時也能滿足各個國家及地區的軍事需求。基于GNSS反射信號雙基雷達遙感是近年來國際上發展很快的一種全新概念的微波遙感方法。利用GNSS衛星信號經過海面、陸地地表(包括裸地、森林、沙漠等)反射面的反射信號，可以進行海面風場、地表濕度、鹽堿度、森林覆蓋度等參數的遙感測量、反演和探測，并與其他手段形成互補和驗證，提高海洋、地表環境要素的監測能力。當前對GNSS反射信號應用研究主要與海洋遙感相結合，并與地理信息系統(GIS)緊密聯系，為GIS提供了一種高效、自動化的數據采集手段。同時通過借助GIS強大的數據處理、分析、顯示功能，為GPS反射信號應用開辟了更廣闊的領域。主要研究熱點主要包括：海面地形測量、海面風矢量測量、海岸帶監測、海冰監測、海洋漩渦測量以及大氣測量。現有技術中，主要存在以下問題：全球導航衛星信號接收機接收的導航衛星反射信號過于微弱，以至于接收機無法正常工作。
技術實現思路
針對現有技術存在的缺陷，本專利技術提供一種導航衛星反射信號中頻增強方法，可有效解決上述問題。本專利技術采用的技術方案如下：本專利技術提供一種導航衛星反射信號中頻增強方法，包括以下步驟：步驟1，陣列天線各個陣元獨立接收導航衛星反射信號，其中，每個所述陣元具有獨立的射頻通道對所述導航衛星反射信號進行放大、濾波、混頻和模數轉換處理，輸出中頻數字信號，并與本地產生的導航衛星的C/A碼進行相關解擴；步驟2，根據導航衛星反射信號來波方向計算不同陣元相對參考陣元的相位差，通過對各個陣元輸出的所述中頻數字信號進行相位加權，補償各個陣元的傳播延時；步驟3，將各個陣元相位加權后的中頻數字信號在來波方向上進行同相疊加，使陣列天線在來波方向上形成一個主瓣波束，計算合成信號功率；步驟4，將合成信號功率與預設門限值對比，若超過門限值，則將所述合成信號功率作為結果輸出；否則返回步驟2，將對各個陣元輸出的中頻數字信號進行幅度加權，降低波束副瓣影響，使陣列天線在其他方向上產生較小的響應，輸出增強的中頻數字信號，之后重復步驟3和步驟4。本專利技術提供的導航衛星反射信號中頻增強方法具有以下優點：本專利技術利用來波信號的相位信息進一步提高了接收機對于導航衛星反射信號的信號處理增益，從而提高了接收機對于微弱信號的檢測能力；還具有并行處理，計算簡便，運算量小、結構簡單，易于實現，通用性好等優點。附圖說明圖1為本專利技術提供的導航衛星反射信號中頻增強方法的流程示意圖；圖2為本專利技術提供的導航衛星反射信號中頻增強方法的原理圖；圖3為接收陣列天線幾何結構圖；圖4為漢明窗低副瓣錐化權的權系數圖；圖5為空間匹配濾波器ULA陣低副瓣處理的方向圖；圖6為中頻數字信號增強方法在SV＝10，θ＝3°，N＝4.4607條件下的實驗結果示意圖；圖7為中頻數字信號增強方法在SV＝14，θ＝12°，N＝6.0135條件下的實驗結果示意圖；圖8為中頻數字信號增強方法在SV＝21，θ＝-20°，N＝3.8568條件下的實驗結果示意圖；圖9為中頻數字信號增強方法在SV＝22，θ＝14°，N＝2.9577條件下的實驗結果示意圖；圖10為中頻數字信號增強方法在SV＝25，θ＝-6°，N＝7.6470條件下的實驗結果示意圖。具體實施方式為了使本專利技術所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術的目的是解決全球導航衛星信號接收機接收的導航衛星反射信號過于微弱，以至于接收機無法正常工作的問題，本專利技術給出根據預估結果調整處理參數，使接收機對于導航衛星反射信號的處理增益進一步提高，提出一種基于陣列天線的導航衛星反射信號中頻增強方法。圖1給出了本專利技術的基于陣列天線的衛星導航信號中頻增強方法流程圖，圖2給出了本專利技術的基于陣列天線的衛星導航信號中頻增強方法原理框圖。圖1表示了基于陣列天線的衛星導航信號中頻增強方法流程，基于陣列天線的衛星導航信號中頻增強方法主要利用波束形成的原理，并結合FFT變換和匹配濾波原理完成。本專利技術具體實施步驟如下：步驟1，陣列天線各個陣元獨立接收導航衛星反射信號，其中，每個所述陣元具有獨立的射頻通道對所述導航衛星反射信號進行放大、濾波、混頻和模數轉換處理，輸出中頻數字信號，并與本地產生的導航衛星的C/A碼進行相關解擴；步驟2，根據導航衛星反射信號來波方向計算不同陣元相對參考陣元的相位差，通過對各個陣元輸出的所述中頻數字信號進行相位加權，補償各個陣元的傳播延時；參考圖2，假設接收天線為均勻線陣幾何結構，陣元數為M，陣元間距為d，陣元1為參考陣元，假設P個遠場窄帶信號分別從不同方向入射，波達方向為θ1,θ2,…,θP，此時需滿足P≤M，按照圖3的陣列結構，接收陣列的輸出為：X(t)＝AS(t)+N(t)式中：X(t)——M×1維的陣列輸出矢量，X(t)＝[x1(t),x2(t),…,xM(t)]T；x1(t),x2(t),…,xM(t)分別為第1個陣元、第2個陣元,…,第M個陣元的輸出；T為矩陣的轉置；A——M×P維的陣列方向向量，方向向量矩陣中，其中：θ為接收信號來波方向；c為光速；m＝1,2,3,···,M；τmp為第p個入射波相對第m個陣元的延時；j表示復數；S(t)——P×1維的來波信號矢量，S(t)＝[s1(t),s2(t),…,sP(t)]T；其中，s1(t),s2(t),…,sP(t)分別為第1個來波信號、第2個來波信號,…,第P個來波信號；N(t)—M×1維的噪聲矢量，對應每個陣元的噪聲，N(t)＝[n1(t),n2(t),…,nM(t)]T；其中，n1(t),n2(t),…,nM(t)分別為第1個陣元、第2個陣元,…,第M個陣元的噪聲；T為矩陣的轉置；即X(t)＝AS(t)+N(t)為：其中，信號導向矢量A(θ)中記錄了由于陣元間距引起的信號相位移動信息。此時，用A(θ)*乘以接收信號，即針對陣元間距引起的相位移動對信號導向矢量進行相位補償。步驟3，將各個陣元相位加權后的中頻數字信號在來波方向上進行同相疊加，使陣列天線在來波方向上形成一個主瓣波束，計算合成信號功率；天線方向性圖定義為給定陣列全矢量對不同來波方向角度信號的陣列響應。F(θ)＝WHa(θ)W＝[w1,w2,...,wN]T其中：F(θ)表示陣列相應函數；W表示權矢量；WH表示權矢量的共軛轉置；a(θ)表示來波角度函數；λ表示波長；j表示復數；N表示加權個數；這里假設各陣元均為各向同性陣元，且取左邊第一個陣元為參考陣元。一般對F(θ)取模的平方并歸一化，然后去對數，即方向圖增益為G(θ)(dB)＝10lgG(θ)其中：G(θ)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種導航衛星反射信號中頻增強方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，陣列天線各個陣元獨立接收導航衛星反射信號，其中，每個所述陣元具有獨立的射頻通道對所述導航衛星反射信號進行放大、濾波、混頻和模數轉換處理，輸出中頻數字信號，并與本地產生的導航衛星的C/A碼進行相關解擴；步驟2，根據導航衛星反射信號來波方向計算不同陣元相對參考陣元的相位差，通過對各個陣元輸出的所述中頻數字信號進行相位加權，補償各個陣元的傳播延時；步驟3，將各個陣元相位加權后的中頻數字信號在來波方向上進行同相疊加，使陣列天線在來波方向上形成一個主瓣波束，計算合成信號功率；步驟4，將合成信號功率與預設門限值對比，若超過門限值，則將所述合成信號功率作為結果輸出；否則返回步驟2，將對各個陣元輸出的中頻數字信號進行幅度加權，降低波束副瓣影響，使陣列天線在其他方向上產生較小的響應，輸出增強的中頻數字信號，之后重復步驟3和步驟4。

【技術特征摘要】
1.一種導航衛星反射信號中頻增強方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，陣列天線各個陣元獨立接收導航衛星反射信號，其中，每個所述陣元具有獨立的射頻通道對所述導航衛星反射信號進行放大、濾波、混頻和模數轉換處理，輸出中頻數字信號，并與本地產生的導航衛星的C/A碼進行相關解擴；步驟2，根據導航衛星反射信號來波方向計算不同陣元相對參考陣元的相位差，通過對各個陣元輸出的所述中頻數字信號進行相位加權，補償...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曲衛，李云濤，楊君，朱衛綱，何永華，
申請(專利權)人：曲衛，
類型：發明
國別省市：北京,11