一种多通道偏馈信号检测与合成网络的设计方法与流程

1.本发明属于偏馈多波束信号的检测与合成技术领域，涉及一种多通道偏馈信号检测与合成网络的设计方法。


背景技术：

2.在偏馈多波束通信、测控领域中，偏馈波束可扩展信号接收角度范围，扩大视场，实现目标信号的早期快速检测、跟踪和解调。每一个偏馈波束需要一个接收通道完成目标信号接收与检测，视场范围越大，偏馈波束也越多，信号检测与接收通道也越多。对于高频段偏馈波束接收系统，大视场的需求导致偏馈波束接收通道数量和密度大幅增加，由此带来了一系列问题：
3.1)高频段偏馈波束接收系统，通道数量多达上百路，电路和结构设计非常困难，在狭小的馈源中心体中难以安装。
4.2)通道多密度大，设备热量成倍增加，散热非常困难。
5.3)通道数量的增加，导致成本大幅增加。
6.4)大量通道数据回传，造成基带软硬件资源开销大幅增加。


技术实现要素：

7.鉴于此，本发明提供了一种针对多通道偏馈信号检测与合成网络的设计方法。该方法在多通道偏馈信号接收系统中增加了一种开关切换网络，优化了接收通道传输和采样方案，比原设计可大幅降低接收通道数量。
8.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
9.一种多通道偏馈信号检测与合成网络的设计方法，具体包括以下步骤：
10.步骤1，确定多通道偏馈信号在信号接收平面上的矩形排列方式和总数m
×
n，其中m≥1，n≥1；
11.步骤2，将多通道偏馈信号功分为两路，其中一路用于信号检测，另一路用于信号合成；
12.步骤3，信号检测支路将m
×
n路信号分为a
×
b个m1
×
n1的子区域，每一个子区域通过1路多选一开关切换输出1路信号，分时切换完成m1
×
n1路信号检测，其中，m1≥1，n1≥1，a＝[m/m1]，b＝[n/n1],[]表示向上取整，经开关切换后，总的信号检测路数为a
×
b；
[0013]
步骤4，信号合成支路将m
×
n路信号分为c
×
d个m2
×
n2的开关网络，每一个开关网络切换输出1路信号，其中，c≥1，d≥1，m2＝[m/c]，n2＝[n/d],[]表示向上取整，经开关切换后，总的信号合成路数为c
×
d。
[0014]
进一步的，所述步骤3和步骤4并行执行。
[0015]
进一步的，步骤3中，所述信号检测支路分成的子区域包含信号数量乘以单路信号检测时间t和捕获时间t的关系满足m1
×
n1
×
t≤t。
[0016]
进一步的，信号合成支路的开关网络设置根据信号检测支路的检测结果确定输出
的c
×
d路合成信号，基本原则：一是c
×
d矩形区域包含信号能量最大的通道；二是c
×
d矩形区域信号总能量最大。
[0017]
进一步的，步骤3中，信号检测支路第(x,y)个开关网络对应信号通道为((x-1)m1+p,(y-1)n1+q)，
[0018]
其中，x＝1，2，
…
，a；
[0019]
y＝1，2，
…
，b；
[0020]
p＝1，2，
…
，m1；
[0021]
q＝1，2，
…
，n1；
[0022]
通过开关网络设置，可实现偏馈信号接收平面中共a
×
b路检测信号输出。
[0023]
进一步的，步骤3中，信号检测支路每一路开关网络最多完成m1
×
n1路信号切换，若m/m1非整数，则部分行开关网络切换路数可少于m1
×
n1；若n/n1非整数，则部分列开关网络切换路数可少于m1
×
n1。
[0024]
进一步的，步骤4中，信号合成支路第(x,y)个开关网络对应信号通道为(x+(p-1)c,y+(q-1)d)，
[0025]
其中，x＝1，2，
…
，c；
[0026]
y＝1，2，
…
，d；
[0027]
p＝1，2，
…
，m2；
[0028]
q＝1，2，
…
，n2；
[0029]
通过开关网络设置，可实现偏馈信号接收平面中任意c
×
d矩形区域的信号输出。
[0030]
进一步的，步骤4中，信号合成支路每一路开关网络最多完成m2
×
n2路信号切换，若m/c非整数，则部分行开关网络切换路数可少于m2
×
n2；若n/d非整数，则部分列开关网络切换路数可少于m2
×
n2。
[0031]
本发明主要有以下优点：
[0032]
1.本发明将多通道偏馈信号分为信号检测支路与信号合成支路，分别进行信号检测与信号合成，2路功能相对独立，可分别进行优化设计。
[0033]
2.本发明将总的接收通道由传统方案的m
×
n路，减少到a
×
b+c
×
d路，总的接收通道大幅减小。例如对于10
×
10路偏馈信号，信号检测支路子区域划分为2
×
5，则接收通道为10路。信号合成支路输出为2
×
2区域，则接收通道为4路。总的接收通道数量由100路减少到14路，减少86％。
[0034]
3.本发明大幅降低接收通道数量的同时，可大幅降低设备功耗与成本。
附图说明
[0035]
图1为本发明实施例多通道偏馈信号检测与合成网络原理示意；
[0036]
图2为本发明实施例多通道偏馈信号平面示意；
[0037]
图3是本发明实施例多通道偏馈信号功分为信号检测与信号合成原理示意图；
[0038]
图4是本发明实施例中信号检测开关网络、偏馈信号和接收通道的对应关系图；
[0039]
图5是本发明实施例中信号合成开关网络、偏馈信号和接收通道的对应关系图；
[0040]
图6是本发明实施例中信号合成支路开关网络的一个具体实例。
[0041]
具体实施案例
[0042]
下面通过实施例结合附图，对本发明进行详细阐述。
[0043]
一种多通道偏馈信号检测与合成网络，包括信号检测支路和信号合成支路，其特征在于所述任意偏馈信号经功分为2路信号，a路用于信号检测，b路用于信号合成。
[0044]
所述多通道偏馈信号在馈源接收平面按照m行n列排列，总的信号数量为m
×
n，每一路偏馈信号经功分后分为2路，一路用于信号检测，一路用于信号合成。信号检测支路与信号合成支路总数量均为m
×
n。
[0045]
所述信号检测支路将m
×
n路信号分为多个m1
×
n1的子区域，每一个子区域通过1路多选一开关切换输出1路信号，分时切换完成m1
×
n1路信号检测。信号检测支路子区域共a
×
b组，其中，a＝[m/m1],b＝[n/n1],[]表示向上取整。为方便组件设计，一般要求m为m1的整数倍，n为n1的整数倍，即m＝a
×
m1，n＝b
×
n1。若m/m1、n/n1不能满足整数要求，部分子区域可少于m1
×
n1路。对于馈源中心区域，如果存在主波束占用中心位置，则覆盖主波束的子区域信号检测路数也可少于m1
×
n1。
[0046]
所述信号检测支路第(x,y)个开关网络对应信号通道为((x-1)m1+p,(y-1)n1+q)，
[0047]
其中，x＝1，2，
…
，a；
[0048]
y＝1，2，
…
，b；
[0049]
p＝1，2，
…
，m1；
[0050]
q＝1，2，
…
，n1；
[0051]
通过开关网络设置，可实现偏馈信号接收平面共a
×
b路检测信号输出。
[0052]
所述信号检测支路子区域的划分需满足检测时间约束，若单路信号检测时间为t，则每个子区域的检测时间为m1
×
n1
×
t，该时间应不大于系统捕获时间t，即m1
×
n1
×
t≤t。
[0053]
所述信号检测支路子区域的划分应综合考虑上述检测时间约束以及区域划分的对称性。
[0054]
所述信号合成支路通过多个开关网络输出c
×
d路信号用于信号合成，且这c
×
d路信号在馈源接收平面呈矩形分布。每一个开关网络将m2
×
n2路信号切换输出1路信号，其中，m2＝[m/c]，n2＝[n/d],[]表示向上取整，经开关切换后，总的信号合成路数为c
×
d。第(x,y)个开关网络对应信号通道为(x+(p-1)
×
c,y+(q-1)
×
d)，
[0055]
其中，x＝1，2，
…
，c；
[0056]
y＝1，2，
…
，d；
[0057]
p＝1，2，
…
，m2；
[0058]
q＝1，2，
…
，n2；
[0059]
通过开关网络设置，可实现偏馈波束平面中任意c
×
d路矩形区域的信号输出。
[0060]
所述一种多通道偏馈信号检测与合成网络总的接收通道数量为a
×
b+c
×
d，其中信号检测接收通道为a
×
b路，信号合成接收通道为c
×
d路。
[0061]
所述信号检测支路完成全部偏馈波束的信号检测，获取全部偏馈信号强度，并将检测结果反馈给信号合成支路。信号合成支路根据信号检测结果切换出c
×
d路信号用于信号合成，切换的原则是：(1)c
×
d的矩形区域应包含能量最大的信号；(2)c
×
d的矩形区域信号总能量最大。信号合成支路的c
×
d路开关网络根据信号检测支路检测的结果不断动态调整，始终保持能量最大的c
×
d路信号输出。
[0062]
所述一种多通道偏馈信号检测与合成网络的设计方法，针对的多通道偏馈信号接
收平面可不局限于矩形分布，对于其他异形分布的情况，可以在局部适用本方法。信号检测支路与信号合成支路的分区和分组也可以不完全相等，可以根据信号接收平面分布及接收组件结构设计要求进行灵活分区分组设计。
[0063]
参照附图进一步说明：
[0064]
图1为多通道偏馈信号检测与合成网络原理示意。多通道偏馈信号经功分网络分为2路，分别进行信号检测与信号合成，a路经过信号检测开关网络输出部分信号用于信号检测，b路经信号合成开关网络输出部分信号用于信号合成。
[0065]
图2为多通道偏馈信号平面示意，共m行n列。每一个方框代表1路偏馈信号，任意一路偏馈信号(i,j)(其中，i＝1,2,
…
,m；j＝1,2,
…
,n)经功分为信号检测支路(i,j)-a和信号合成支路(i,j)-b，如图3所示。偏馈信号检测支路和合成支路总路数均为m
×
n路。
[0066]
参照图2，将m
×
n个信号检测支路分割为a
×
b个检测支路子区域，子区域大小为m1
×
n1，其中a＝[m/m1]、b＝[n/n1]，[]表示向上取整。每一个子区域对应1个开关网络，完成1路信号切换输出给信号检测接收通道，信号检测支路开关网络共a
×
b个。信号检测开关网络、偏馈信号和接收通道的对应关系如图4所示。
[0067]
信号检测支路所有开关网络同步切换，各自完成m1
×
n1路信号检测。若完成单路信号检测时间为t，则完成全部m
×
n路偏馈信号的总时间为m1
×
n1
×
t，该时间应不大于系统捕获时间t，即m1
×
n1
×
t≤t。
[0068]
参照图2，将m
×
n个信号合成支路通过开关网络输出c
×
d路信号用于信号合成，c
×
d路信号呈矩形排列。每一路开关网络将m2
×
n2路信号切换输出一路信号，共c
×
d组开关网络，其中m2＝[m/c]、n2＝[n/d]，[]表示向上取整。为方便组件设计，一般要求每路开关通道数量相同，即m/c、n/d为整数，若不为整数，部分开关路数也可以少于m2
×
n2。第(x,y)个开关网络对应信号通道为(x+(p-1)
×
c,y+(q-1)
×
d)，其中，x＝1，2，
…
，c；y＝1，2，
…
，d；p＝1，2，
…
，m2；q＝1，2，
…
，n2。信号合成开关网络、偏馈信号和接收通道的对应关系如图5所示。
[0069]
图6为信号检测支路开关网络实例，偏馈波束平面为11
×
11，取c＝4，d＝3,则信号合成支路共12个开关网络，分别对应切换的通道为a～l，通过开关切换可实现任意4
×
3的矩形区域信号输出。
[0070]
信号合成支路根据信号检测支路检测得到的偏馈波束信号的能量，选择c
×
d路矩形区域输出，用于信号合成，c
×
d路信号选择的原则是：(1)c
×
d矩形区域内包含信号能量最大的支路；(2)c
×
d矩形区域内的信号总能量最大。信号合成支路开关网络根据信号检测支路检测结果动态调整，以保持信号合成支路始终输出能量最大的信号，用于后续信号合成。