自适应左旋右旋极化信号功率合成装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种功率合成装置，属于卫星导航领域。
【背景技术】
[0002]随着导航技术的发展，导航系统中出现通过通信卫星转发导航信号的特殊的导航系统。这种系统具有组成方式灵活，建设成本低的特点。除此之外，区别于直发式卫星导航系统，这种系统的导航信号完全由地面产生，因此非常易于进行导航信号调制方式、功能性能等先期试验，这种导航系统通常采用C波段传输导航信号，因此简称“C波段导航系统”。
[0003]“C波段导航系统”由于链路预算有限，使得实际上运行的“C波段导航系统”接收终端几乎处于刚刚能够工作的门限状态，因此难以满足实际需求。租用的通信卫星受到发射功率，星地距离等原因，造成“C波段导航系统”终端接收能量成为棘手的问题。另外，在“C波段导航系统”中，卫星发射调制信号一般为线极化，而接收方为了实现任意方位的正常接收，因此必须采用圆极化天线，因此存在极化失配，接收能量损失3dB。
[0004]在终端采用多个天线不失为一种增强接收卫星信号能量的有效方法。然而如何在后端将多个天线的有用信号合成到一起，成为亟待解决的问题。不同于传统意义的最大能量自动跟踪，“C波段导航系统”接收终端卫星信号因为处于噪音以下，因此自动跟踪的机制必须和信号跟踪相结合。国内鲜有极化合成的先例，有也是在射频进行信号的相位补偿，从而将左右旋合成到一起。但是在射频进行相位补偿对实现工艺具有较高的要求，对所合成天线之间的距离方位也都有所限制;又或者在射频直接进行高信噪比信号的能量最大自动跟踪，但这种情况属于高信噪比的接收情况，不适用于导航接收机。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种自适应左旋右旋极化信号功率合成装置，通过对左旋圆极化天线和右旋圆极化天线下变频后的信号进行联合跟踪，从而整体上降低跟踪门限，提高解扩后的信噪比，明显改善了 “C波段导航系统”的用户使用感受。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:左旋圆极化天线接收的信号依次经过带通滤波器、低噪放和下变频器，进入模拟数字转换器转换为数字信号，输出至载波剥离器，构成A支路;右旋圆极化天线接收的信号依次经过带通滤波器、低噪放和下变频器，进入模拟数字转换器转换为数字信号，输出至载波剥离器，构成B支路;依次连接所述A支路的载波剥离器、扩频码去除器和积分清零器与本地码生成器、本地载波生成器构成跟踪环路，将本地载波生成器和本地码生成器的输出同时作用在依次连接所述B支路的载波剥离器、扩频码去除器和积分清零器中;Kalman滤波模块对A支路的积分清零器和B支路的积分清零器输出复夹角进行实时跟踪，并且对未来时刻的夹角变化趋势进行预测，用预测结果对B支路的积分清零器输出进行共轭补偿，复相加器将共轭补偿后的B支路积分清零器的输出和A支路积分清零器的输出相加，输入鉴相器，实现左旋和右旋支路的联合跟踪;相位补偿器在开始联合跟踪时对卫星至左、右旋圆极化天线的相位差进行补偿。
[0007]本发明的有益效果是:可以实现对左旋和右旋两个天线接收信号的联合跟踪，从而降低整体跟踪门限，使得接收机跟踪环路工作更为稳健，同时通过左旋和右旋极化合成，能够克服载波相位测距固有的附加相移(指的是右旋原极化天线原地旋转无法感知右旋圆极化信号相位变化的问题)，从而在姿态控制方面提供更灵敏的高精度测量方案。
【附图说明】
[0008]图1是极化合成原理示意图；
[0009]图2是极化合成中积分清零器输出经过旋转补偿前后的复平面效果图；
[0010]图中，11-左旋圆极化天线，12-带通滤波器，13-低噪放，14-下变频器，15-模拟数字转换器，16-载波剥离器，17-扩频码去除器，18-积分清零器;21-右旋圆极化天线，22-带通滤波器，23-低噪放，24-下变频器，25-模拟数字转换器，26-载波剥离器，27-扩频码去除，28-积分清零器;31-Kalman滤波模块，32-相位补偿器，33-复相加器，34-鉴相器，35-本地码生成器，36-本地载波生成器，37-固定频率本地载波生成器。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0012]本发明能够对“圆极化天线”接收“线极化信号”情况下的极化失陪能量损失进行补偿，从而增加导航接收机的接收有用信号能量，使得采用线极化信号的导航接收机具有更好的工作特性。
[0013]如图1所示，左旋圆极化天线11接收的信号经过带通滤波器12、低噪放13和下变频器14，然后进入模拟数字转换器15被转换为数字信号。右旋圆极化天线21接收的信号也经过相同的处理过程，经过带通滤波器22、低噪放23和下变频器24，然后被模拟数字转换器25转换为数字信号。
[0014]图1中标号“1*”的模块为天线A支路使用，标号“2*”的模块为天线B支路使用，标号“3*”的模块为联合处理部分使用。
[0015]假设图1中A路信号正在进行经典的信号跟踪操作，跟踪环路的组成包括载波剥离器16、扩频码去除器17、积分清零器18、本地码生成器35以及本地载波生成器36。将A路的本地载波生成器36和本地码生成器35的输出同时作用在B路的本地载波生成器和本地码生成器中。则可以预见，由于A和B两路信号仅仅存在载波相位的不同，因此B路在积分清零器28的输出部分会得到含有角度Θ的复积分清零结果，如图2中的1部分所示。而A路的积分清零器18输出几乎会和复平面X轴重合，如图2中的2部分所示。但是事实上A路的积分清零结果是不会和X轴重合的，因为它时刻的包含着环路的相位调整量的方向以及大小。本发明采用Kalman算法对A路的积分清零器18和B路的积分清零器28输出复夹角进行实时跟踪，并且对未来时刻的夹角变化趋势进行预测，然后再用预测的结果对B路的积分清零器28输出进行共轭补偿，从而使得B路的积分清零器28输出基本上和复平面X轴重合。经过补偿后的B路积分清零器28输出和A路包含有同样的相位调整趋势信息，因而可以将两者相加以提高信噪比，提高鉴相器鉴相结果的信息含量，从而实现左旋和右旋支路的联合跟踪，达到降低跟踪门限的目的。
[0016]图2中1部分的积分清零结果复平面图和X轴的夹角是由左、右旋圆极化天线相对于卫星的直线距离之差决定的，它反映的是卫星至两个天线的相位差。在联合跟踪刚开始启动时刻，两个天线之间的相位差被计算出来并经过相位补偿器32得到补偿，之后Kalman滤波模块31对两个天线之间的相位差进行实时跟踪并预测。因此在联合跟踪正常运转后，即使两个天线相对于卫星的距离任意改变，它们之间的相位差都能够得到正确的补偿，从而实现左、右旋圆极化天线的联合跟踪。Kalman滤波模块31保持对两个天线之间的相位差实时跟踪是至关重要的，这样则不需要左旋和右旋圆极化天线做到相位中心一致，降低了功率合成算法对天线的要求。在实际工作中，被固定于汽车顶部的两个天线相对于卫星的距离总是会随着汽车颠簸或者转弯而发生变化，但是这种变化都是属于慢变的过程，Kalman滤波模块31保持对两个天线之间的相位差实时跟踪则保证了功率合成算法的实用性。
[0017]最后，对于普通的圆极化天线来讲，它只能感知接收机相对于卫星的远近距离变化，对于接收机原地打转的情况，则不能感知。本发明中的极化合成算法能够实时的感知左旋和右旋圆极化天线之间补偿角度，得益于跟踪门限的降低，因此不但能够灵敏的感知接收机相对于卫星远近距离的变化，更可以精确的感知接收机原地转动的姿态变化，对于姿态控制提供了额外的参考输入量，因此具有广阔的应用前景。
[0018]应用举例:
[0019]采用C波段导航系统的麦田收割机，由于地面接收卫星信号较弱，又由于经常受到树干遮挡卫星信号等原因，导致卫星信号中断，导航效果不佳。此时可以在收割机顶部安装两部天线，一部左旋圆极化天线，另一部右旋圆极化天线。由于采用了两部天线，并且本发明对两部天线相对于卫星之间的相位差进行实时跟踪，从而等效于卫星接收机获得了更强能量的导航信号，在经过树干遮挡区域时导航信号中断情况得到明显改善。另外，得益于本发明对于左、右旋圆极化天线之间相位差的实时跟踪，收割机转弯的情况会得到更为精密的导航控制信息。
【主权项】
1.一种自适应左旋右旋极化信号功率合成装置，其特征在于:左旋圆极化天线接收的信号依次经过带通滤波器、低噪放和下变频器，进入模拟数字转换器转换为数字信号，输出至载波剥离器，构成A支路;右旋圆极化天线接收的信号依次经过带通滤波器、低噪放和下变频器，进入模拟数字转换器转换为数字信号，输出至载波剥离器，构成B支路;依次连接所述A支路的载波剥离器、扩频码去除器和积分清零器与本地码生成器、本地载波生成器构成跟踪环路，将本地载波生成器和本地码生成器的输出同时作用在依次连接所述B支路的载波剥离器、扩频码去除器和积分清零器中；Kalman滤波模块对A支路的积分清零器和B支路的积分清零器输出复夹角进行实时跟踪，并且对未来时刻的夹角变化趋势进行预测，用预测结果对B支路的积分清零器输出进行共轭补偿，复相加器将共轭补偿后的B支路积分清零器的输出和A支路积分清零器的输出相加，输入鉴相器，实现左旋和右旋支路的联合跟踪；相位补偿器在开始联合跟踪时对卫星至左、右旋圆极化天线的相位差进行补偿。
【专利摘要】本发明提供了一种自适应左旋右旋极化信号功率合成装置，A、B支路的圆极化天线接收的信号依次经过带通滤波器、低噪放和下变频器，进入模拟数字转换器转换为数字信号，输出至载波剥离器，载波剥离器、扩频码去除器和积分清零器与本地码生成器、本地载波生成器构成跟踪环路，Kalman滤波模块跟踪A、B支路积分清零器输出复夹角，预测夹角变化趋势，用预测结果对B支路的输出进行共轭补偿，将补偿后的两支路积分清零器的输出相加，输入鉴相器，实现左旋和右旋支路的联合跟踪。本发明能够降低整体跟踪门限，使得接收机跟踪环路工作更为稳健，提供更灵敏的高精度测量方案。
【IPC分类】G01S19/13
【公开号】CN105467402
【申请号】CN201510990633
【发明人】贺卫东, 卢晓春, 葛建
【申请人】中国科学院国家授时中心
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月25日