一种多天线实现单脉冲测角方法、多天线收发装置与流程

本技术涉及通信，具体涉及一种多天线实现单脉冲测角方法。

背景技术：

1、现有的多天线实现来波角度测量方案对设备的要求较高，一般需要具备地面终端移动中通信、具备目标搜索和波束自动跟踪能力，要求该设备支持时分ofdm波形和时分单载波波形的双向传输。多天线实现角度测量设备对工作频段的要求是，支持1429-1518mhz，兼顾1642-1710mhz，并且要求支持垂直极化的方式，跟踪测角精度小于10mrad，单阵元天线辐射功率大于10w等。

2、为了满足上述要求，目前一般通过两种方式来实现，一种是通过mimo体制天线，另一种是通过相控阵体制天线来实现。

3、mimo天线采用多个全向天线在水平维度进行波束的矢量加权，从而实现不同的波束指向。mimo体制方案的优点在于，由于单元天线本身为全向天线，因此更容易实现全向覆盖；天线波束宽，对波束指向精度不敏感；系统复杂度适中。mimo体制方案的缺点在于：天线近距耦合严重，小型化较为困难；常规的测向算法精度不够，高精度测向算法实现较为复杂；抗干扰能力差，天线副瓣无法控制；在特定角度容易形成增益凹陷。

4、相控阵天线是传统mimo体制天线的一种特例，其区别在于前者的单元天线采用定向天线而后者采用的是全向天线。相控阵天线的优点是合成波束宽度窄，容易实现较高精度测向；抗干扰能力好，波束覆盖区域外天线增益很低甚至可以忽略；阵元间距最大为0.5λ，容易实现小型化。缺点则在于定向天线无法实现单天线360°全向覆盖，若实现全向覆盖需求时需要使用多面阵；360°全向覆盖时系统设计复杂，需要增加矩阵开关等部件；成本、功耗适度增加。

5、因此，采用mimo天线能够以较低的成本实现角度测量，但是测量精度低，而采用相控阵天线测量角度的精度更高，但测量过程中需要100～200个天线阵元，测角成本较高。

技术实现思路

1、本技术提供了一种多天线实现单脉冲测角方法、装置，具有在降低测角的成本的同时，兼顾测量精度的技术效果。

2、第一方面，本技术提供了一种多天线实现单脉冲测角方法，所述方法应用于多面有源相控阵中，通过多天线收发装置实现，所述多天线收发装置包括单面相控阵天线、波束合成器、基带信号处理器，包括：

3、单面相控阵天线的多个阵元接收来波信号；

4、波束合成器对多个阵元接收到的来波信号进行合成，得到和信号和差信号，将和信号和差信号发送到基带信号处理器中；

5、基带信号处理器根据和信号和差信号，以及天线通道间接收到的该来波信号的相位差，计算得到该来波信号的入射角度，通过采用上述技术方案，将多阵元接收到的来波信号进行合成，得到和信号和差信号，基于合成的信号，以及天线通道间接收到的该来波信号的相位差，计算得到该来波信号的入射角度，能够较为精确地对来波信号进行测角，通过这种方式，只需少量的阵元天线即可精确地测角，在降低采用相控阵体制测角的成本的同时，兼顾了测量精度。

6、可选的，该对多个阵元接收到的来波信号进行合成，得到和信号和差信号，包括：波束合成器将2n个阵元根据阵元位置分为左边阵和右边阵，左边阵和右边阵各为n个阵元，对于同一个来波信号，左边阵合成信号矢量为右边阵合成信号矢量为第n+1个阵元通道和第1个阵元通道接收到的来波信号的相位差为δφ(n)，

7、和信号矢量为差信号矢量为上述根据和信号和差信号，以及天线通道间接收到的该来波信号的相位差，计算得到该来波信号的入射角度，包括：

8、计算差信号矢量和和信号矢量的模的商，根据k值，计算来波信号的入射角度为，

9、

10、其中，2n为一维线阵阵元的个数，d为阵元间距，θ为来波入射角，f为来波信号的频率，c为光速。

11、上述根据和信号和差信号，以及天线通道间接收到的该来波信号的相位差，计算得到该来波信号的入射角度，包括：

12、合成的和信号为sσ＝iσ+jqσ，差信号为sδ＝iδ+jqδ，其中iσ为和信号的实部，qσ为和信号的虚部，iδ为差信号的实部，qδ为差信号的虚部；

13、根据和波束信号和差波束信号，计算方向判别参数d，

14、d＝qδiσ-qσiδ

15、若d为负数，来波入射角向左偏，若d为正数，来波入射角向右偏。

16、将单面多阵元进行划分，划分为左边阵和右边阵，分别合成信号矢量后，再合成和信号少量和差信号矢量，降低了计算的复杂度，提高了信号合成效率。此外，通过对多阵元接收到的来波信号进行合成，计算差信号矢量和和信号矢量的模的商，并根据差信号矢量和和信号矢量的模的商，计算得到来波信号的入射角度值。同时，通过计算方向判别参数，判断来波信号的入射方法，能够准确地测出来波信号的入射角度和入射方向。

17、第二方面，本技术提供了一种多天线收发装置，该装置包括天线收发模块、波束合成器、基带信号处理器，该收发装置基于上述任一项所述的多天线实现单脉冲测角方法实现单脉冲测角，并基于所测得的来波信号的入射角度和入射方向来发射载波调制信号；

18、天线收发模块包括多组天线、矩阵开关、收发组件、收发芯片；每组天线均对应有一个收发芯片和多个收发组件与其连接，矩阵开关用于选通多面有源线阵中的一组天线和相对应的收发组件，每组天线由一维多阵元线阵组成，接收到来波信号时，所述收发芯片将接收到的信号发送到波束合成器中；

19、波束合成器，根据接收到的信号合成和信号和差信号，将和波束和差波束发送至基带信号处理器；

20、基带信号处理器，根据接收到的和信号和差信号，计算出来波信号的入射角度和入射方向；基带信号处理器产生待发送的基带信号，并根据计算出的波束指向角，发送波束指向角命令，将基带信号和波束指向角命令发送至波束合成器；

21、具体的，所述波束指向角是接收支路根据接收到来波信号进行测角得到的，其指示了来波信号的入射方向。

22、波束合成器，根据基带信号和波束指向角命令，产生对应通道的载波调制信号；

23、天线收发模块的收发芯片将来自波束合成器的载波调制信号通过对应通道的天线发出。

24、可选的，所述波束指向角为来波信号的入射角度和入射方向。

25、可选的，所述多天线收发装置应用于多面有源相控阵中，所述多面有源相控阵为4面有源相控阵，单面相控阵天线的方位维使用电扫描覆盖-/+45°。

26、可选的，所述多面有源相控阵还可以为3面有源相控阵，单面相控阵天线的方位维使用电扫描覆盖-/+60°。

27、可选的，所述多天线收发装置还包括晶体振荡器，所述晶体振荡器为收发芯片提供时钟信号。

28、可选的，所述收发芯片为ad中射频芯片，所述ad中射频芯片为ad射频芯片和中频芯片集成后的芯片。

29、通过采用上述技术方案，能够将多阵元接收到的来波信号进行合成，得到和信号和差信号，基于合成的信号，以及天线通道间接收到的该来波信号的相位差，计算得到该来波信号的入射角度，能够较为精确地对来波信号进行测角，通过这种方式，只需少量的阵元天线即可精确地测角，在降低采用相控阵体制测角的成本的同时，兼顾了测量精度。同时，还能够实现基于上述多天线实现单脉冲测角方法所测得的来波信号的入射角度和入射方向来发射载波信号，并且实现360°方位全向覆盖扫描角度。

30、综上所述，本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

31、将多阵元接收到的来波信号进行合成，得到和信号和差信号，基于合成的信号，以及天线通道间接收到的该来波信号的相位差，计算得到该来波信号的入射角度，能够较为精确地对来波信号进行测角，通过这种方式，只需少量的阵元天线即可精确地测角，在降低采用相控阵体制测角的成本的同时，兼顾了测量精度。