GPS信道不一致性对数字波束形成算法性能影响的研究

　　1　引言

　　智能天线是对抗宽带大功率干扰的一种有效方法,其自适应抑制干扰的方法有很多,主要可分为闭环算法(反馈控制算法)和开环算法(直接求解算法)两大类。一般来说,闭环算法比开环算法要相对简单,实现方便,但收敛速度受到系统稳定性要求的限制;而直接求解方法不存在收敛问题,可提供更快的瞬态响应性能,但又受到处理精度和阵列斜方差矩阵求逆运算量的限制。

　　当然要想获得较好的零陷效果,不仅取决于算法的性能,系统的信道不一致性对自适应波束形成算法影响同样重要[1~3]。如果要想达到最佳的滤波效果,阵列天线的不同通道之间必须保持严格的一致性。但实际系统中各通道间很难实现完全一致,这就给后面的算法处理带来很大的困难,有时甚至会导致算法失效而使自适应阵列天线性能急剧下降,所以必须采取必要的校正措施[4~5]。收发通道校正测试部分是通过采集所有接收通道间和所有发射通道间的不一致性,完成对数字基带信号的校正处理,以克服通道不一致对数字波束形成带来的影响。

　　由于误差产生的机理不同,所以应采用多种方法有针对性地进行误差校正[6]。但到底应该怎样才能全面有效地抑制多种误差,目前仍没有一个整体的校正方案可供选择,因此这是一个亟需研究的课题。接收通道校正有远场校正和内部校正两种方式,远场校正是将校正信号从远场发射,经天线、接收机至采集卡,我们在计算机内对接收通道的幅相误差进行分析。内部校正是将校正信号从功分网络馈天线的耦合端,经天线耦合端、接收机至采集卡进计算机分析各通道幅相误差,此误差还要进行天线、功分网络等固有误差修正即得到等效的系统误差。接收通道的幅相误差最终将在数字波束形成中加以修正。

　　但是无论采用何种方法校正,在目前的技术条件下信道的幅相误差都不可能调整为零,因此研究信道不一致性对自适应波束形成算法的性能影响具有十分重要的意义,可以根据系统干扰抑制的指标要求选择适当的信道校正,以使性价比最优。

　　2　智能天线的基本原理

　　智能天线的阵元排列方式有直线型、圆环型、平面型等几种类型,其中等间距线天线阵最为常见,下面的讨论基于等间距线天线阵,如图1所示。

　　首先建立智能天线的信号模型。设等间距线天线阵的阵元个数为M,阵元间距d,以第1个阵元作为参考阵元,信号s(t)的入射方向与天线阵法线方向的夹角为θ。s(t)到达第i个阵元与到达参考阵元的时间差为

　　其中c为光速。

　　信号s(t)在参考阵元上的感应信号通常可用复数形式表示为