[发明专利]一种阵列天线应用于多模卫星接收设备的装置

权利要求书

1.一种阵列天线应用于多模卫星接收设备的装置，其特征在于：包括天线单元和基带抗干扰单元，所述天线单元包括不少于11个天线振子，其中不少于4个天线振子I呈环形设置用于接收一种GPS卫星系统信号，不少于4个天线振子II呈环形设置用于接收另一种北斗卫星系统信号，另外不少于3个天线振子III用于接收另外三个频点的卫星信号；

所述基带抗干扰单元用于抑制窄带和宽带压制式干扰，包括ADC系统、FPGA系统和DSP系统；

其中所述基带抗干扰单元抗干扰步骤如下：

⑴确定自适应算法为基于功率倒置的无约束空时自适应算法：无约束空时自适应算法应用在无先验知识的情况下，即有用信号和干扰信号的来波方向图未知，无约束空时自适应算法的最佳化准则是使滤波器输出功率最小，即

⑵计算各路延时信号的权值：

天线单元共有M个阵元，第一阵元通道作为主通道，第二至M通道作为辅助通道，每个辅助通道后有一个N阶FIR滤波器，令输入信号为x1(n),...,xM(n)，则阵元m后的FIR各抽头输入信号为xm1(n)＝xm(n)，xm2(n)＝xm(n-1)，……，xmN(n)＝xm(n-N+1)；用X表示输入信号矩阵为

X＝[x1,x21,x22,...,x2N,...,xM1,xM2,...,xMN]T

滤波器系数表示为{wmn}，m＝2,...,M，n＝1,2,...,N为空时二维权系数；用MN×1维向量w表示处理器权矢量，则

W＝[w21,...,w2N,...,wM1,...,wMN]T

最佳化准则可以归结为如下的无约束最佳化问题：

MinP o u t = E { | y ( n ) | 2 } = E { | x 1 ( n ) + w 21 x 2 ( n ) + ... + w 2 N x 2 ( n - N + 1 ) + ... + w M 1 x M ( n ) ... + w M N x M ( n - N + 1 ) | 2 } = E { | X 1 + W H X M | 2 } = R X 1 X 1 + 2 W H R X M X 1 + W H R X M X M W ]]>

式中X1＝x1(n)，数据长度为L，X1为1×L的矢量，

X M = x 2 ( n ) x 2 ( n - 1 ) ... x 2 ( n - N + 1 ) ... x M ( n ) ... x M ( n - N + 1 ) ( M - 1 ) N × L ]]>

Pout取最小值的最佳权Wopt可由令Pout对W的梯度为零求得：

▿ W P o u t = 2 R X M X 1 + 2 R X M X M W = 0 ]]>

可得到Wopt应满足的方程为

R X M X M W = - R X M X 1 ]]>

上式称为正规方程；当为满秩时，正规方程有唯一解

W o p t = - R X M X M - 1 R X M X 1 ]]>

这就是无约束空时自适应算法的最优解。

2.根据权利要求1所述的一种阵列天线应用于多模卫星接收设备的装置，其特征在于：将第二步的权值计算得出：根据此矩阵，进行简化降秩：

复输入信号矢量XM的相关矩阵具有下列性质：

⑴埃尔米Hermite特性，

R X M X M H = R X M X M ]]>

因为

R X M X M H = [ E { X M X M H } ] H = E { [ X M X M H ] H } = E { X M X M H } = R X M X M ]]>

⑵非负定性，即对任何非零矢量V均有

V H R X M X M V ≥ 0 ]]>

实际上，

⑶分块Toeplitz性质，即子阵的主对角线和平行于主对角线的各对角线上的元素相等。可以将表示为如下形式：

R X M X M = X 2 X 2 H X 2 X 3 H X 2 X 4 H ... X 2 X M H X 3 X 2 H X 3 X 3 H X 3 X 4 H ... X 3 X M H X 4 X 2 H X 4 X 3 H X 4 X 4 H ... X 4 X M H ... ... ... ... ... X M X 2 H X M X 3 H X M X 4 H ... X M X M H ( M - 1 ) N × ( M - 1 ) N ]]>

写成(M-1)×(M-1)子阵形式，每个子阵包含N×N个元素；主对角线上子阵都是Hermite型Toeplitz矩阵，即子阵内元素复共轭对称，并且主对角线和平行于主对角线的各对角线上的元素相等；下三角子阵都是一般的Toeplitz矩阵，即子阵内主对角线和平行于主对角线的各对角线上的元素相等；在实现时可以利用相关矩阵的上述性质简化处理过程。