一种北斗三号双模自适应抗干扰天线和接收机系统的制作方法

1.本发明属于天线技术领域，具体涉及一种北斗三号双模自适应抗干扰天线和接收机系统。


背景技术：

2.移动通信是当今社会生活中不可或缺的一个重要组成部分，也是近几年高速发展的公共技术领域，gps/北斗作为通信技术应用的一部分已经成为国际标准，目前gps/北斗已经广泛应用于导航、测量、通信和授时等几个方面，gps/北斗信号携带有固定的同步信号，在移动通信领域，gps/北斗授时主要提供数据传输时的基准同步信号。
3.目前现有的北斗三号双模自适应抗干扰天线和接收机系统还存在一些问题：抗干扰能力差，降低了信号传输时的安全准确性，同时为了对干扰进行抵抗，使得天线的功耗大幅增加，为此我们提出一种北斗三号双模自适应抗干扰天线和接收机系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种北斗三号双模自适应抗干扰天线和接收机系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种北斗三号双模自适应抗干扰天线，包括天线模块和抗干扰模块，所述天线模块用于输送射频信号，所述抗干扰模块用于对所述天线模块输出的射频信号进行抗干扰处理；
6.所述天线模块包括微带天线模块、双频等分功率分配器和微波带通滤波器；
7.所述微带天线模块包括微带天线，所述微带天线是带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线，所述微带天线用于利用微带或同轴线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片与接地板之间的缝隙向外辐射；
8.所述双频等分功率分配器用于将同一馈电点的两个频率等功率分配；
9.所述微波带通滤波器用于将通过同一馈电点实现双频圆极化，使多个频率分离出来进入不同的通道；
10.所述抗干扰模块包括干扰检测模块、射频前端模块、分支选择开关、抗干扰处理模块、切换模块、主通道和辅助通道。
11.优选的，所述主通道为其中一组信号的接收通道，所述辅助通道为除其中一组信号以外的信号接收通道，所述主通道和所述辅助通道内均设置有ad模数转换器和da数模转换器。
12.优选的，所述分支选择开关的输入端分别与所述主通道的ad模数转换器和干扰检测模块的一个输出端连接，所述分支选择开关的一个输出端连接所述抗干扰处理模块，所述分支选择开关的另一个输出端连接所述主通道和所述辅助通道的da数模转换器，所述抗干扰处理模块的输入端还分别与所述辅助通道的ad模数转换器输出端连接，所述抗干扰处理模块的输出端连接所述主通道和所述辅助通道的da数模转换器。
13.优选的，所述切换模块包括并联设置的与所述辅助通道数量相应的供电开关，所述供电开关的受控端分别与所述干扰检测模块的输出端连接。
14.优选的，所述抗干扰模块中干扰源到被测天线口面的衰减计算公式如下：
15.l2i＝ri l
1-g016.其中，l2i为干扰源到被测天线口面的衰减，ri为接收频谱分析仪发送的功率值，l1为天线到频谱分析仪之间的电缆损耗，g0为天线增益。
17.优选的，所述抗干扰模块中抗干扰能力通过如下公式计算：
18.ti＝pr l2i19.(j/s)
db
＝t
i-l2
i-(-130dbm)
20.其中，ti为干扰源发射功率，pr为预置被测天线口面的功率值，j表示干扰信号功率，s表示卫星信号功率。
21.优选的，所述抗干扰模块中的抗干扰处理方法包括以下步骤：
22.s1.中频信号采样：通过ad模数转换器、da数模转换器，从射频前端模块接收n路模拟中频信号，对所接收的模拟中频信号进行量化处理，输出n路数字中频信号；
23.s2.对ad模数转换器、da数模转换器输出的n路数字中频信号进行数字带通滤波和数字下变频处理，变为n路基带复信号；
24.s3.将n路基带复信号输入数字延迟线，并将各抽头数据进行组合，成为空时矢量信号x
st
＝[x
11
,x
12
,l,x
1m
,x
21
,x
22
,l,x
2m
,l,x
n1
,x
n2
,l x
nm
]，其中m为抽头数；
[0025]
s4.对每p个快拍的空时矢量信号数据进行块处理，计算一个自相关矩阵：
[0026][0027]
其中，p为快拍数，[.]h表示共轭转置矩阵；x
st
(k)为第k个快拍的空时矢量信号；
[0028]
s5.根据以下公式进行空时权值w
st
＝[w
st11
,w
st12
,l,w
stnm
]求解：
[0029][0030]
其中，r
st-1
为s4得到的r
st
的逆矩阵；a
st
为空时导向矢量，
[0031]
式中符号表示kronecker积，
[0032]
为空域导向矢量，
[0033][0034]
[xn,yn,zn]为天线阵t元n的空间坐标，[
·
]
t
为转置，i为点乘，θ和分别为空间信号的仰角和方位角；a
t
＝[1,0
…
0]为时域导向矢量，矢量长度为m；
[0035]
s6.将计算得到的空时权值w
st
＝[w
st11
,w
st12
,l,w
stnm
]作为cnlms迭代的初始权值w(1)，通过以下公式进行迭代：
[0036]
w(1)＝[w
st11
,w
st12
,
…wstnm
]
[0037]
p0＝i-a
st
(a
sth
*ast)-1ast
[0038]
s＝a
st
(a
sth
*a
st
)-1
[0039]
y(n)＝w(n)hx
st
(n),n＝1,2,
…
[0040]
w(n 1)＝p0(w(n)-μx
st
(n)y(n)
*
/(x
st
(n)hx
st
(n)))-s,n＝1,2,
…
[0041]
其中，w(1)为初始权值；y(n)为波束形成的输出信号；μ为迭代步长，μ《1；p0，s是由a
st
确定的常量；
[0042]
上述迭代持续进行，直到s4和s4通过块处理得到的空时权值更新，则本轮迭代结束，以新的空时权值作为初始权值w(1)开始下一轮迭代；
[0043]
s7.上述每一轮迭代过程最后输出的信号y(n)，即为经过抗干扰处理的有用信号；
[0044]
s8.对经过抗干扰处理的信号y(n)进行数字上变频，并通过数模转换模块，转换为模拟中频信号。
[0045]
本发明还提供了一种接收机系统，包括所述的一种北斗三号双模自适应抗干扰天线，还包括导航处理模块、信号接收模块和电源模块，所述电源模块与所述导航处理模块相连接，所述信号接收模块与所述导航处理模块相连接，并将接收到的卫星信号传送给所述导航处理模块进行处理，所述导航处理模块包括主处理单元、定位单元、抗干扰单元、接口单元和人机交互单元，所述主处理单元分别与定位单元、接口单元和人机交互单元相连接，所述定位单元采用北斗/gps双系统定位单元并通过抗干扰单元与所述信号接收模块相连接。
[0046]
优选的，所述导航处理模块包括自适应抗干扰滤波器、基带信号处理器和中央处理单元；所述自适应抗干扰滤波器对输出的数字中频信号进行干扰滤波处理生成滤波信号；所述基带信号处理器接收所述滤波信号；所述滤波信号由所述中央处理单元执行的软件程序协同所述基带信号处理器共同完成卫星通道分配和配置、各卫星通道执行捕获、跟踪和电文解调、信噪比估计信号处理算法。
[0047]
优选的，所述电源模块采用主备电源供电方式，所述电源模块由220v交流电源或24v直流电源供电，所述电源模块对输入电源进行处理输出稳定直流电源，为所述导航处理模块供电。
[0048]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0049]
(1)本发明通过设置天线模块用于输送射频信号，通过设置抗干扰模块用于对天线模块输出的射频信号进行抗干扰处理，从而提高了该天线的抗干扰能力，增加了信号传输的安全准确性。
[0050]
(2)本发明通过在抗干扰模块设置干扰检测模块、射频前端模块、分支选择开关、抗干扰处理模块、切换模块、主通道和辅助通道，可对干扰信号进行检测与判别，当干扰不存在或者干扰很小时，关闭其余接收通道的下变频处理，同时关闭抗干扰模块，直接切换到正常运行状态，从而使得功耗大幅降低。
[0051]
(3)本发明的接收机采用gps卫星定位和北斗系统定位，在联合定位模式下，自主采用gps导航定位，从而提高了定位精度，不仅可以进行北斗卫星定位，还可以进行gps定位以及双系统联合定位，从而提高了信号接收的准确性。
附图说明
[0052]
图1为本发明的结构框图之一；
[0053]
图2为本发明的天线模块放入结构框图；
[0054]
图3为本发明的结构框图之二。
具体实施方式
[0055]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0056]
请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种北斗三号双模自适应抗干扰天线，包括天线模块和抗干扰模块，所述天线模块用于输送射频信号，所述抗干扰模块用于对所述天线模块输出的射频信号进行抗干扰处理；
[0057]
所述天线模块包括微带天线模块、双频等分功率分配器和微波带通滤波器；
[0058]
所述微带天线模块包括微带天线，所述微带天线是带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线，所述微带天线用于利用微带或同轴线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片与接地板之间的缝隙向外辐射；
[0059]
所述双频等分功率分配器用于将同一馈电点的两个频率等功率分配；
[0060]
所述微波带通滤波器用于将通过同一馈电点实现双频圆极化，使多个频率分离出来进入不同的通道；
[0061]
所述抗干扰模块包括干扰检测模块、射频前端模块、分支选择开关、抗干扰处理模块、切换模块、主通道和辅助通道。
[0062]
本实施例中，优选的，所述主通道为其中一组信号的接收通道，所述辅助通道为除其中一组信号以外的信号接收通道，所述主通道和所述辅助通道内均设置有ad模数转换器和da数模转换器。
[0063]
本实施例中，优选的，所述分支选择开关的输入端分别与所述主通道的ad模数转换器和干扰检测模块的一个输出端连接，所述分支选择开关的一个输出端连接所述抗干扰处理模块，所述分支选择开关的另一个输出端连接所述主通道和所述辅助通道的da数模转换器，所述抗干扰处理模块的输入端还分别与所述辅助通道的ad模数转换器输出端连接，所述抗干扰处理模块的输出端连接所述主通道和所述辅助通道的da数模转换器。
[0064]
本实施例中，优选的，所述切换模块包括并联设置的与所述辅助通道数量相应的供电开关，所述供电开关的受控端分别与所述干扰检测模块的输出端连接。
[0065]
本实施例中，优选的，所述抗干扰模块中干扰源到被测天线口面的衰减计算公式如下：
[0066]
l2i＝ri l
1-g0[0067]
其中，l2i为干扰源到被测天线口面的衰减，ri为接收频谱分析仪发送的功率值，l1为天线到频谱分析仪之间的电缆损耗，g0为天线增益。
[0068]
本实施例中，优选的，所述抗干扰模块中抗干扰能力通过如下公式计算：
[0069]
ti＝pr l2i[0070]
(j/s)
db
＝t
i-l2
i-(-130dbm)
[0071]
其中，ti为干扰源发射功率，pr为预置被测天线口面的功率值，j表示干扰信号功
率，s表示卫星信号功率。
[0072]
本实施例中，优选的，所述抗干扰模块中的抗干扰处理方法包括以下步骤：
[0073]
s1.中频信号采样：通过ad模数转换器、da数模转换器，从射频前端模块接收n路模拟中频信号，对所接收的模拟中频信号进行量化处理，输出n路数字中频信号；
[0074]
s2.对ad模数转换器、da数模转换器输出的n路数字中频信号进行数字带通滤波和数字下变频处理，变为n路基带复信号；
[0075]
s3.将n路基带复信号输入数字延迟线，并将各抽头数据进行组合，成为空时矢量信号x
st
＝[x
11
,x
12
,l,x
1m
,x
21
,x
22
,l,x
2m
,l,x
n1
,x
n2
,l x
nm
]，其中m为抽头数；
[0076]
s4.对每p个快拍的空时矢量信号数据进行块处理，计算一个自相关矩阵：
[0077][0078]
其中，p为快拍数，[.]h表示共轭转置矩阵；x
st
(k)为第k个快拍的空时矢量信号；
[0079]
s5.根据以下公式进行空时权值w
st
＝[w
st11
,w
st12
,l,w
stnm
]求解：
[0080][0081]
其中，r
st-1
为s4得到的r
st
的逆矩阵；a
st
为空时导向矢量，
[0082]
式中符号表示kronecker积，
[0083]
为空域导向矢量，
[0084][0085]
[xn,yn,zn]为天线阵t元n的空间坐标，[
·
]
t
为转置，i为点乘，θ和分别为空间信号的仰角和方位角；a
t
＝[1,0
…
0]为时域导向矢量，矢量长度为m；
[0086]
s6.将计算得到的空时权值w
st
＝[w
st11
,w
st12
,l,w
stnm
]作为cnlms迭代的初始权值w(1)，通过以下公式进行迭代：
[0087]
w(1)＝[w
st11
,w
st12
,
…wstnm
]
[0088]
p0＝i-a
st
(a
sth
*ast)-1ast
[0089]
s＝a
st
(a
sth
*a
st
)-1
[0090]
y(n)＝w(n)hx
st
(n),n＝1,2,
…
[0091]
w(n 1)＝p0(w(n)-μx
st
(n)y(n)
*
/(x
st
(n)hx
st
(n)))-s,n＝1,2,
…
[0092]
其中，w(1)为初始权值；y(n)为波束形成的输出信号；μ为迭代步长，μ《1；p0，s是由a
st
确定的常量；
[0093]
上述迭代持续进行，直到s4和s4通过块处理得到的空时权值更新，则本轮迭代结束，以新的空时权值作为初始权值w(1)开始下一轮迭代；
[0094]
s7.上述每一轮迭代过程最后输出的信号y(n)，即为经过抗干扰处理的有用信号；
[0095]
s8.对经过抗干扰处理的信号y(n)进行数字上变频，并通过数模转换模块，转换为模拟中频信号。
[0096]
本发明还提供一种接收机系统，包括所述的一种北斗三号双模自适应抗干扰天线，还包括导航处理模块、信号接收模块和电源模块，所述电源模块与所述导航处理模块相连接，所述信号接收模块与所述导航处理模块相连接，并将接收到的卫星信号传送给所述导航处理模块进行处理，所述导航处理模块包括主处理单元、定位单元、抗干扰单元、接口单元和人机交互单元，所述主处理单元分别与定位单元、接口单元和人机交互单元相连接，所述定位单元采用北斗/gps双系统定位单元并通过抗干扰单元与所述信号接收模块相连接。
[0097]
本实施例中，优选的，所述导航处理模块包括自适应抗干扰滤波器、基带信号处理器和中央处理单元；所述自适应抗干扰滤波器对输出的数字中频信号进行干扰滤波处理生成滤波信号；所述基带信号处理器接收所述滤波信号；所述滤波信号由所述中央处理单元执行的软件程序协同所述基带信号处理器共同完成卫星通道分配和配置、各卫星通道执行捕获、跟踪和电文解调、信噪比估计信号处理算法。
[0098]
本实施例中，优选的，所述电源模块采用主备电源供电方式，所述电源模块由220v交流电源或24v直流电源供电，所述电源模块对输入电源进行处理输出稳定直流电源，为所述导航处理模块供电。
[0099]
本发明的原理及优点：本发明通过设置天线模块用于输送射频信号，通过设置抗干扰模块用于对天线模块输出的射频信号进行抗干扰处理，从而提高了该天线的抗干扰能力，增加了信号传输的安全准确性；通过在抗干扰模块设置干扰检测模块、射频前端模块、分支选择开关、抗干扰处理模块、切换模块、主通道和辅助通道，可对干扰信号进行检测与判别，当干扰不存在或者干扰很小时，关闭其余接收通道的下变频处理，同时关闭抗干扰模块，直接切换到正常运行状态，从而使得功耗大幅降低；本发明的接收机采用gps卫星定位和北斗系统定位，在联合定位模式下，自主采用gps导航定位，从而提高了定位精度，不仅可以进行北斗卫星定位，还可以进行gps定位以及双系统联合定位，从而提高了信号接收的准确性。
[0100]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。