信号合成方法及装置、存储介质、电子装置与流程
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种信号合成方法及装置、存储介质、电子装置。
背景技术：
波束形成算法是指多通道信号按照一定的方法合成为单路信号，用于抑制信号中的噪声，提高信噪比。波束形成算法是智能天线研究中的核心内容。波束形成算法根据基于的对象不同可以分为基于方向估计的自适应算法，基于训练信号或者构造载波信号的方法和基于信号结构的波束形成方法。
基于方向估计的自适应波束形成算法，运算复杂度高，对误差敏感，同时对天线本身的结构有特殊的要求，同时随着阵列数目的增加，其计算复杂度增长很快；基于构造载波信号的波束形成算法，需要发射训练信号需要先验载波和符号的恢复，降低的频谱的利用率。基于信号结构的波束形成算法，存在实时性较差，收敛速度较慢的问题。
针对相关技术中，波束形成算法存在运算复杂度高，误差敏感，降低了频率的利用率等问题，尚未提出有效的技术方案。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种信号合成方法及装置、存储介质、电子装置，以至少解决相关技术中，波束形成算法存在运算复杂度高，误差敏感，降低了频率的利用率等问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种信号合成方法，包括：对于具有n个通道的阵列天线，获取n个通道中工作状态正常的m个通道的m路信号，其中，n和m均为正整数，n大于或等于m；根据已经计算得到的第一数字合成信号计算得到构造载波信号；分别计算所述m路信号与构造载波信号的采样延迟和相位延迟；并根据确定的采样延迟和相位延迟对所述m路信号进行调整，得到调整后的m路调整信号；对所述m路调整信号进行合成，得到第一数字合成信号。
在本发明实施例中，对所述m路调整信号进行合成，得到数字合成信号之前，所述方法还包括：
通过以下公式分别确定m路信号与构造载波信号的卷积大小：
在本发明实施例中，通过以下公式计算所述m路信号与构造载波信号的相位延迟：
在本发明实施例中，通过以下公式确定所述第一数字合成信号：
在本发明实施例中，分别计算所述m路信号与构造载波信号的采样延迟和相位延迟之前，所述方法还包括：通过以下公式计算得到构造载波信号的实部信号的和虚部信号cr(k)和ci(k):
在本发明实施例中，通过以下公式确定所述
在本发明实施例中，通过计算构造载波信号与数字合成信号的相关性系数，实时计算并调整相位补偿δ(k)；
通过以下公式所述相关性系数：
在本发明实施例中，获取n个通道的n路信号中工作状态正常的m路信号，包括：分别获取所述n个通道的n路信号的以下信息：信号的实时均值，信号的实时能量谱和信号的实时相关性系数，其中，所述实时相关性系数通过以下公式确定：
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种信号合成装置，包括：获取模块，用于对于具有n个通道的阵列天线，获取n个通道中工作状态正常的m个通道的m路信号，其中，n和m均为正整数，n大于或等于m；确定模块，用于根据已经计算得到的第一数字合成信号计算得到构造载波信号；分别计算所述m路信号与构造载波信号的采样延迟和相位延迟；并根据确定的采样延迟和相位延迟对所述m路信号进行调整，得到调整后的m路调整信号；以及对所述m路调整信号进行合成，得到第一数字合成信号。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种存储介质，存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行以上任一项的信号合成方法。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行以上任一项信号合成方法所述的方法。
通过本发明，对于具有n个通道的阵列天线，获取n个通道中工作状态正常的m个通道的m路信号，其中，n和m均为正整数，n大于或等于m；根据已经计算得到的第一数字合成信号计算得到构造载波信号；分别计算所述m路信号与构造载波信号的采样延迟和相位延迟；并根据确定的采样延迟和相位延迟对所述m路信号进行调整，得到调整后的m路调整信号；对所述m路调整信号进行合成，得到第一数字合成信号，采用上述技术方案，波束形成算法存在运算复杂度高，误差敏感，降低了频率的利用率等问题，进而提供了一种复杂度不高，准确率高的信号合成的实现方案。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例的一种信号合成方法的计算机终端的硬件结构框图；
图2是根据本发明实施例的信号合成方法的流程图；
图3是本发明实施例的一种可选的信号补偿示意图；
图4是根据本发明实施例的信号合成装置的结构框图；
图5是本发明实施例的一种可选的4通道的原始信号输入示意图；
图6是本发明实施例的一种可选的原始信号的参数示意图；
图7是本发明实施例的一种可选的相位延迟的示意图；
图8是本发明实施例的一种可选的自适应相位补偿调整流程的示意图；
图9是本发明实施例的一种可选的自适应波束形成算法的装置的结构示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请实施例所提供的方法实施例可以在计算机终端或者类似的运算装置中执行。以运行在计算机终端上为例，图1是本发明实施例的一种信号合成方法的计算机终端的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端10可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述计算机终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述计算机终端的结构造成限定。例如，计算机终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示等同功能或比图1所示功能更多的不同的配置。
存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的信号合成方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(networkinterfacecontroller，简称为nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(radiofrequency，简称为rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
在本实施例中提供了一种运行于上述计算机终端的信号合成方法，图2是根据本发明实施例的信号合成方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
步骤s202，对于具有n个通道的阵列天线，获取n个通道中工作状态正常的m个通道的m路信号，其中，n和m均为正整数，n大于或等于m；
步骤s204，根据已经计算得到的第一数字合成信号计算得到构造载波信号；分别计算所述m路信号与构造载波信号的采样延迟和相位延迟；
步骤s206，并根据确定的采样延迟和相位延迟对所述m路信号进行调整，得到调整后的m路调整信号；
步骤s208，对所述m路调整信号进行合成，得到第一数字合成信号。
通过本发明，对于具有n个通道的阵列天线，获取n个通道中工作状态正常的m个通道的m路信号，其中，n和m均为正整数，n大于或等于m；根据已经计算得到的第一数字合成信号计算得到构造载波信号；分别计算所述m路信号与构造载波信号的采样延迟和相位延迟；并根据确定的采样延迟和相位延迟对所述m路信号进行调整，得到调整后的m路调整信号；对所述m路调整信号进行合成，得到第一数字合成信号，采用上述技术方案，波束形成算法存在运算复杂度高，误差敏感，降低了频率的利用率等问题，进而提供了一种复杂度不高，准确率高的信号合成的实现方案。
在本发明实施例中，对所述m路调整信号进行合成，得到数字合成信号之前，所述方法还包括：
通过以下公式分别确定m路信号与构造载波信号的卷积大小：
在上述计算卷积大小的过程中，从信号处理的角度来讲，当阵列天线尺度较大，而采样频率率较高，同时中频信号频率较高的情况下，不同阵元采集的到的信号除了具有相位上的延迟，而且具有数个周期的采样延迟，本专利充分考虑了这种情况，同时以阵元之间的最大间距为阵列天线尺度上的参考，计算得到不同阵元输入信号最大可能对同一个信号，采集的采样延迟，该处以构造得到的载波信号为参考，计算得到相对于构造载波信号的采样延迟，然后针对不同的阵元对采样延迟进行补偿，进而使得到的信号的之间仅仅存在相位上的延迟。
在本发明实施例中，通过以下公式计算所述m路信号与构造载波信号的相位延迟：
在本发明实施例中，通过以下公式确定所述第一数字合成信号：
在本发明实施例中，分别计算所述m路信号与构造载波信号的采样延迟和相位延迟之前，所述方法还包括：通过以下公式计算得到构造载波信号的实部信号的和虚部信号cr(k)和ci(k):
在本发明实施例中，通过以下公式确定所述
在本发明实施例中，通过计算构造载波信号与数字合成信号的相关性系数，实时计算并调整相位补偿δ(k)；
通过以下公式所述相关性系数：
在本发明实施例中，获取n个通道的n路信号中工作状态正常的m路信号，包括：分别获取所述n个通道的n路信号的以下信息：信号的实时均值，信号的实时能量谱和信号的实时相关性系数，其中，所述实时相关性系数通过以下公式确定：
以下结合一示例对上述的信号合成流程的技术方案进行解释说明，但不用于限定本发明实施例的技术方案。
本发明实施例的一种可选示例提供了一种基于构造载波信号的波束形成算法，该方法包括以下步骤：对各个通道信号做希尔伯特变换(希尔伯特变换后得到的结果可以理解为是通道信号的线性时不变系统)，得到各个通道信号的在复数域内的表达；计算各个通道信号的实时均值，实时能量谱和实时相关性系数，根据预先设置判定参数，对各路数字信号的工作状态进行判断，并给出当前各路通道的工作状态；计算对判定为正常的各路信号与构造载波信号的相位差，根据相位差对各路信号的相位进行修正，得到相位一致的数字信号，然后对得到的信号数字合成，得到最终的合成的数字信号。利用最终合成的数字信号，计算得到数字信号在各个采样点的相位，同时计算当前采样点和上一采样点的相位差；为减弱幅值变化和噪声对得到相位差的影响，计算多个采样点的相位差的平均值，从而得到平均瞬时相位差；进一步地，将上述平均瞬时相位加上一个相位补偿，得到修正后的平均相位差，从而可以直接计算得到构造载波信号的数字波形。通过计算构造载波信号与合成信号的相关性系数，使用自适应算法实现对相位补偿的大小的实时调整，降低了构造载波信号与实际的载波信号的差异，以上过程如图3所示。
需要说明的是，对于窄带信号，任意一个通道采集到信号可以表示为:
sr(n)＝s(n)cos(wn)；
其中，s(n)表示信号的调幅，w表示信号的中频信号的角频率。该信号经过希尔伯特变换后，信号sr(n)被在相位上延迟pi/2，得到以下信号:
si(n)＝s(n)sin(wn)；
根据欧拉定理，可以得到实信号在复数域中的表达：
s(n)＝s(n)cos(wn)+is(n)sin(wn)＝s(n)eiwn。
进一步地，基于各路采集到数字信号，实时检测各个通道的工作状态，用以判断当前各路通道的工作状态是否正常；其中通道检测基于以下三个指标，即各路通道信号实时均值，通道信号实时能量谱和通道信号实时相关性系数，其中，工作正常的通道采集到数字信号的波形的实时均值在0附近，如果计算得到的信号均值超过某一最大的零漂阈值
其中，n表示计算通道信号均值的采样点数，若计算得到实时均值的大小e(s)小于给定的阈值
工作正常的通道采集到数字信号的波形能量谱应大于某一给定的最小的能量谱阈值
通道信号的实时能量谱是由信源信号强度决定的，到达各个通道信号的强度不同，计算得到的信号能量谱也有所差异，因此难以直接给出一个固定的能量谱阈值来检验当前通道的工作状态。阵列天线各个通道接收到信源的能量输入大体是相同的，因此可以选择当前计算得到的各路信号最大的实时能量谱和一个因子fs(0<fs<1)作为当前通道检测的能量谱的阈值，即
其中，p1(s),...,pm(s)表示通道1到通道m的信号的实时能量谱，若当前通道计算得到的实时能量谱小于阈值
构造得到的构造载波信号是未经幅度调制的输入信号，显然工作正常的通道采集到的数字信号和构造得到的构造载波信号是高度相关的，因此可以通过计算各个通道的数字信号与构造载波信号间的相关系数，来判断当前通道输入信号的波形是否正常，其中通道信号与构造载波信号的实时相关性系数可以通过下面的公式进行计算：
其中，c(k)表示当前构造得到的构造载波信号，s(k)表示各个通道信号在复数域的表示，p(s)表示当前信号的实时能量谱。计算得到通道信号的实时相关性系数的值越大，表明当前通道的信号的波形的质量越好。给定某一实时相关性系数的阈值
进一步地，根据上述给出的计算方法，分别计算当前通道的实时均值，实时能量谱和实时相关性系数是否满足给定的判定条件，若根据当前通道的数字信号计算得到的三个指标均满足阈值要求，那么当前通道的工作状态是正常的，反之当前的通道的工作状态是异常的。
进一步地，生成的参考波形与输入信号存在一个固定的延迟k个采样点，将希尔伯特变换的得到的波形延迟k个采样点；对于尺度较大的阵列天线，由于通道之间的空间距离较大，使各个通道信号采集到的波形延迟可能相差数个数字信号基频周期，阵列天线两两阵元之间的最大距离为l，可以计算得到两个通道之间最大相对延迟的采样点的个数为m＝l/(ct)，其中，c为光速，t为ad芯片的采样周期。分别计算输入波形实部和构造载波信号的前m个卷积大小，其中输入信号延迟d个采样点对应卷积的计算公式为：
其中，cr(k)表示构造载波信号的实部，分别计算d为0到m之间所有可能情况下的卷积的大小，同时找出卷积最大时对应的信号延迟d’,然后将当前通道信号的实部和虚部的数字信号均延迟d’个采样点得到延迟之后的信号；延迟之后的各个通道信号与构造载波信号的相位延迟的计算公式为：
其中，c(k)表示复数域中构造载波信号。
进一步地，在实际应用过程中，由于信源远离阵列天线，使得在一段时间内，各个通道的数字信号相对于构造载波信号的相位延迟的变化是缓慢的，因此可以使用上一时刻计算得到的相位来估计当先各通道信号与构造载波信号之间的相位差。各个通道的复数域中的信号乘上对应通道相位延迟σ(k)，得到相位一致的数字信号。根据通道检测的结果，将所有正常工作通道的相位一致的数字信号对应时刻的采样点的值代数相加，得到波束形成之后的单路数字信号，该信号作为该波束形成系统最终生成的信号提供给后继模块使用，那么波束合成的数字信号为：
进一步地，计算数字合成信号各个采样点的相位，其计算公式为：
然后计算相邻两个采样点的相位差，
进一步地，由于信号幅度调制造成上述方法计算得到的平均相位差
其中，ε(k)代表载波信号的实际相位差；那么构造得到的构造载波信号可以表示为：
其中，cr(k)和ci(k)分别表示构造载波信号的实部和虚部。
进一步地，根据载波信号与波束形成之后的信号计算相关性系数，通过自动调整相位补偿δ(k)的大小，提高相关性系数的值，实现自适应相位补偿的效果。记相位补偿的调整的步长为τ，分别计算相位补偿为δ(k)，δ(k)-τ和δ(k)+τ大小下的得到构造载波信号与合成信号的相关系数，分别表示为r(δ(k))，r(δ(k)-τ)和r(δ(k)+τ)，若r(δ(k))的取值最大，那么相位补偿保持δ(k)不改变，若r(δ(k)-τ)的取值最大，则相位补偿调整为δ(k)-τ，若r(δ(k)+τ)的取值最大，相位补偿调整为δ(k)+τ。
本发明示例的技术方案提供了一种基于构造载波信号的波束形成算法，该算法通过对信号的瞬时相位差实时估计，构造得到信源的载波信号；通过计算构造的载波信号与合成信号的相关性系数，实时修正信号的估计相位差，保证了构造载波信号的计算精度，该算法事先无需对阵列天线的布局方式进行假设，因此该算法可以广泛适用于各种形式的阵列天线。此外，本发明示例的技术方案能够在波束形成的过程中，计算输入信号的实时均值，实时能量谱和实时相关性系数，根据预先设置判定参数，对各路数字信号的工作状态进行检测，并自动屏蔽工作异常的通道的信号，因而使该算法具有一定的鲁棒性，从而进一步保证了最终合成信号的质量。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
在本实施例中还提供了一种信号合成装置，该系统用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图4是根据本发明实施例的信号合成装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：
获取模块40，用于对于具有n个通道的阵列天线，获取n个通道中工作状态正常的m个通道的m路信号，其中，n和m均为正整数，n大于或等于m；
确定模块42，用于根据已经计算得到的第一数字合成信号计算得到构造载波信号；分别计算所述m路信号与构造载波信号的采样延迟和相位延迟；并根据确定的采样延迟和相位延迟对所述m路信号进行调整，得到调整后的m路调整信号；以及对所述m路调整信号进行合成，得到第一数字合成信号。
通过本发明，对于具有n个通道的阵列天线，获取n个通道中工作状态正常的m个通道的m路信号，其中，n和m均为正整数，n大于或等于m；根据已经计算得到的第一数字合成信号计算得到构造载波信号；分别计算所述m路信号与构造载波信号的采样延迟和相位延迟；并根据确定的采样延迟和相位延迟对所述m路信号进行调整，得到调整后的m路调整信号；对所述m路调整信号进行合成，得到第一数字合成信号，采用上述技术方案，波束形成算法存在运算复杂度高，误差敏感，降低了频率的利用率等问题，进而提供了一种复杂度不高，准确率高的信号合成的实现方案。
在本发明实施例中，确定模块42，还用于通过以下公式分别确定m路信号与构造载波信号的卷积大小：
在本发明实施例中，确定模块42，还用于通过以下公式计算所述m路信号与构造载波信号的相位延迟：
在本发明实施例中，确定模块42，还用于通过以下公式确定所述第一数字合成信号：
在本发明实施例中，确定模块42，还用于通过以下公式计算得到构造载波信号的实部信号的和虚部信号cr(k)和ci(k):
在本发明实施例中，确定模块42，还用于通过以下公式确定所述
在本发明实施例中，确定模块42，还用于通过计算构造载波信号与数字合成信号的相关性系数，实时计算并调整相位补偿δ(k)；
确定模块42，还用于通过以下公式所述相关性系数：
在本发明实施例中，获取模块40，还用于分别获取所述n个通道的n路信号的以下信息：信号的实时均值，信号的实时能量谱和信号的实时相关性系数，其中，所述实时相关性系数通过以下公式确定：
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
以下结合可选实施例对上述信号合成方法的技术方案进行说明，但不用于限定本发明实施例以及示例的技术方案。
下面结合可选实施例对本发明实施例中所提供的基于构造载波信号的自适应波束形成算法作进一步说明，在本发明可选实施例中，以“阵列天线的通道数目为4(如图5所示4路通道输入的原始信号)，任意两个阵元之间的最大间距为50mm,ad芯片的采样频率为50mhz，中频信号的频率为10mhz”为例。
可选地，为了方便表述，直接采集方到的信号记为i路信号；首先对采集到的各路通道信号进行希尔伯特变换，得到当前信号延迟90度相位的q路信号；为了实现数字信号的实时希尔伯特变换，可以选择一定阶数的有限长单位冲激响应(finiteimpulseresponse，简称为fir)滤波器用以实现通道信号希尔伯特变换，在本实施例中，fir的滤波器的阶数为10，在保证计算精度的条件下，减少对计算资源的使用，使用fir滤波器实现希尔伯特变换的计算公式为：
其中，n为希尔伯特变换fir滤波器的阶数，那么各个通道i路数字信号和q路数字信号共同构成了4通道信号的复信号。
然后计算各通道的信号计算实时均值，实时能量谱和实时相关性系数来判定当前各路通道的工作状态。首先根据各通道i路信号计算信号的实时均值；计算实时均值的采样点数越小，其计算结果越能够及时反映当前通道的工作状态；反之，采样点数越多，其计算结果越稳定可靠。在该实施例中，计算实时均值的采样点数为521，那么各个通道实时均值的计算公式为：
可以看出，满足e(k+1)＝e(k)+(sr(k+257)-sr(k-256))/256，通过上述公式可以非常方便的实现对通道信号实时均值的迭代计算。在该可选实施例中不妨取，通道信号的实时均值的阈值为100，若计算得到的e(k)>100，则表明该通道工作异常，反之，则该通道工作正常。
通道信号的各个采样的调制幅度s(k)的计算公式为:
同样地，取计算实时能量谱的采样点数为512，那么各个通道的实时能量谱的计算公式为：
可以看出，满足p(k+1)＝p(k)+(s(k+257)-s(k-256))/256，通过上述公式可以非常方便的实现对通道信号实时功率谱的迭代计算。计算所有通道的最大实时功率谱pmax(k)＝max{p1(k),p2(k),p3(k),p4(k)}，其中p1(k),p2(k),p3(k)和p4(k)分别表示通道1，通道2，通道3和通道4的实时功率谱。在该实施例中不妨取，能量谱阈值系数为0.5，若计算得到的实时功率谱p(k)<0.5pmax(k)表明当前通道工作异常，反之则表明当前通道工作正常。
为了计算各个通道信号的实时相关性系数，首先计算各个通道信号与构造载波信号的实时相关性，同样地，取计算实时相关性的采样点数为512，那么各个通道的实时相关性的计算公式为：
其中，c(k)表示计算得到复数域内的构造载波信号；可以看出，满足公式σ(k+1)＝σ(k)-(s(k-256)c(k-256)+s(k+256)c(k+256))/256，通过上述公式可以非常方便的实现对通道信号实时相关性的迭代计算。通过计算得到实时相关性和实时功率谱可以计算得到通道信号的实时相关性系数，计算公式为：
在该实施例中不妨取通道实时相关系数的阈值为0.5，若计算得到的实时相关性系数r(k)<0.5，则表明当前通道工作异常；反之，则表明当前通道工作正常。
然后根据上述计算得到的通道信号的实时均值，实时能量谱和实时相关性系数判断当前通道的工作状态，若当前通道的数字信号计算得到的三个指标均满足阈值要求，那么当前通道的工作状态综合判定结果是正常的，反之当前的通道的工作状态综合判定结果是异常的，例如，通道1的原始信号，实时均值，实时能量谱和实时相关性系数如图6所示。
然后，由两个阵元之间的间距计算得到的任意两个通道的最大延迟的采样点数为0，因此在中频信号体现出来任意两个通道的数字信号之间的仅仅存相位的差异。构造载波信号与输入信号的延迟为计算平均相位差时取实时均值的输入延迟，在该实施例中取实时均值的采样点数为512，那么构造载波信号与通道信号的输入延迟为256。因此，首先将各个通道数字信号的复数域的表达延迟256个采样点，消除构造载波信号与输入信号之间的计算延迟；在该实施例中，取计算各路输入信号与构造载波信号之间的相位延迟的采样长度为512，那么计算输入信号的相位延迟的公式为:
通过上述公式，在该实施例中可以计算得到各个通道信号的相位延迟，例如，4通道的相位延迟如图7所示。
将经过希尔伯特变换得到的4通道信号的复信号乘上对应的相位延迟，可以将输入信号的相位调整到与构造载波信号相同，进一步可以得到相位相同的输入信号。在本发明可选实施例中，假设所有通道的数字信号均满足阈值要求，即所有通道的工作状态都是正常的。那么将所有通道的数字信号经过相位调整后，对应时刻的采样点的值代数相加，得到波束形成之后的单路复信号，该单路复信号将作为该波束形成系统最终生成的信号提供给后续模块使用。
其中，s'(k)为4通道的数字信号最终合成的数字信号。
然后根据合成的数字信号可以计算得到各个采样的相位
由于信号幅度调制造成上述方法计算得到的平均相位差
同样地，在该实施例中构造得到的构造载波信号的可以表示为：
计算得到的构造载波信号与实际载波信号的相差越小，构造载波信号与各个正常信道的输入信号的相关性系数也就越大，因此波束合成后的信号可以用以评估当前构造基带和实际载波信号的偏差的大小；通过调整相位补偿δ(k)的取值，使构造载波信号与波束合成的信号具有较高的相关性系数。在本实施例中，记当前时刻的补偿为a，相位补偿的调整的步长为b，那么自适应相位补偿调整算法流程如图8所示。
分别计算相位补偿为a，a-b和a+b大小下的得到构造载波信号与合成信号的相关系数，然后计算在不同相位补偿条件下，构造得到构造载波信号与波束合成信号的相关性系数，然后将当前相位补偿a更新为最大的相关性系数对应的补偿相位，从而使构造载波信号不至于与实际的载波信号偏差过大。
根据以上描述的自适应波束形成算法的流程，基于构造载波信号的自适应波束形成算法的装置包括所有通道数字波形获取希尔伯特变换模块，通道工作状态实时检测模块，数字信号相位实时计算和相位补偿模块，构造载波信号计算和波束形成模块，如图9所示。
模块m201：所有通道数字波形获取希尔伯特变换模块，在一定的采样率的条件下获取通道信号的数字波形，并通过希尔伯特变换将实信号转化为复信号；
模块m202：通道工作状态实时检测模块，该模块通过实时计算各路信号的实时均值，实时能量谱和实时相关性系数，根据预先设置判定参数，对各路数字信号的工作状态进行判断，并输出各路通道的工作状态；
模块m203：数字信号相位实时计算和相位补偿模块，通过计算得到合成数字信号在各个采样点的相位，得到相邻两采样点的相位差，进一步地，计算多个采样点的相位差的平均值，从而得到平均瞬时相位差；通过引入补偿相位，用来增大构造载波信号和合成数字信号的相关性系数，进而可以提高载波信号采样点相位差的计算精度。
模块m204：构造载波信号计算和波束形成模块，利用计算得到载波信号的采样点的相差，得到构造的载波信号。计算对判定为正常的各路信号与构造载波信号的相位差，根据相位差对各路信号的相位进行修正，得到相位一致的数字信号，然后对得到的信号数字合成，得到最终的合成的数字信号。
综上可知，本发明实施例的技术方案与现有技术相比，具有如下的优点和有益的效果:
1、本发明可选实施例提出的基于载波信号的自适应波束形成算法，该算法在波束形成的过程中，使用基于实时均值，实时能量谱和实时相关性系数检测参数的算法，实时检测各个通道的工作状态；当存在单路通道发生损坏，而造成该通道的数字信号质量较差时，该算法会自动屏蔽该路通道的数字信号，避免该通道的信号参与到波束形成，从而保证了最终合成数字信号的质量；
2、本发明提出了基于希尔伯特变换的数字信号的采样点瞬时相位差的估计算法，通过引入补偿相位，用于修正由于信号调制带来的瞬时相位差的估计偏差，然后利用补偿后的采样点的相位差合成参考载波的数字信号。自适应相位补偿调整算法保证了构造载波信号与实际的载波信号高度相关，构造出来的载波信号的瞬时频率随着输入信号的频率变化而相应的调整，从而保证了该算法具有对宽频信号的处理能力；
3、本发明可选实施例提出的波束形成算法，事先无需对阵列天线的布局方式进行假设，因此可以广泛使用与各种不同的天线阵列的布局方式。
4、本发明可选实施例的具体实施内容详细给出了该算法的一种可能实现方法及装置，可以看出该算法通过对计算单元的重复就可以实现对具有不同通道数目的阵列天线的数字信号的处理，同时其消耗的资源与阵列的通道数目成正比，非常有利于通过fpga等硬件平台进行实现。
本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
s1，对于具有n个通道的阵列天线，获取n个通道中工作状态正常的m个通道的m路信号，其中，n和m均为正整数，n大于或等于m；
s2，根据已经计算得到的第一数字合成信号计算得到构造载波信号；
s3，分别计算所述m路信号与构造载波信号的采样延迟和相位延迟；并根据确定的采样延迟和相位延迟对所述m路信号进行调整，得到调整后的m路调整信号；
s4，对所述m路调整信号进行合成，得到第一数字合成信号。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(read-onlymemory，简称为rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称为ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方其中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(read-onlymemory，简称为rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称为ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方其中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
s1，对于具有n个通道的阵列天线，获取n个通道中工作状态正常的m个通道的m路信号，其中，n和m均为正整数，n大于或等于m；
s2，根据已经计算得到的第一数字合成信号计算得到构造载波信号；
s3，分别计算所述m路信号与构造载波信号的采样延迟和相位延迟；并根据确定的采样延迟和相位延迟对所述m路信号进行调整，得到调整后的m路调整信号；
s4，对所述m路调整信号进行合成，得到第一数字合成信号。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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