数字相控阵天线多方向的噪声调制方法与流程

本发明涉及天线阵列信号调制，尤其涉及一种数字相控阵天线多方向的噪声调制方法。

背景技术：

1、数字相控阵天线广泛应用于无线通信、雷达、测控等领域。具体在测控领域，当卫星测控地面站与卫星进行通信时，卫星测控地面站的数字相控阵天线发射信号主瓣始终跟踪卫星的数字相控阵天线移动，理论上只会通过数字相控阵天线发射信号主瓣进行通信信号发送，但是除了数字相控阵天线发射信号主瓣外的各个方向会产生旁瓣波束，这些旁瓣波束也能够辐射通信信号，导致存在通信信号泄密等安全隐患。为此，需要对数字相控阵天线在旁瓣方向发出的信号进行抑制，避免旁瓣方向产生信号泄露。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种数字相控阵天线多方向的噪声调制方法，其通过数字相控阵天线旁瓣抑制和旁瓣噪化，在旁瓣方向添加噪声或特定规格信号，在实现主瓣信号传输的同时，可有效提升通信的抗截获和抗定位能力，并可实施信息欺骗；该调制方法主要包括对多通道信号进行多通道幅相校准，生成主瓣方向期望信号，生成旁瓣方向噪声信号，对主瓣方向期望信号和旁瓣方向噪声信号进行发射信号功率分配与合成，从而生成数字相控阵天线发射输出的天线信号。在抗截获方面，采用旁瓣噪声信号调制技术，降低旁瓣反向信噪比，使接收的天线辐射旁瓣信号不具备进行解调、解译和破译的信号质量条件，即无法得到足够高信噪比的信号进行解译还原和密码破译；在抗定位方面，采用辐射源旁瓣信号时频调制技术，大幅度降低主瓣信号和旁瓣信号的相关性，使基于时差/时频差等定位系统无法通过主瓣信号和旁瓣信号的相关处理提取信号相关峰，有效降低天线被定位的可能性；在信息欺骗方面，通过改变加载在旁瓣信号上的时频调制波形，可在实现抗定位的基础上，生成多个虚假信息相关峰，使基于时差/时频差等定位系统得到错误的辐射源数量和位置，实现信息欺骗。

2、本发明提供数字相控阵天线多方向的噪声调制方法，包括如下步骤：

3、步骤s1，对多通道信号进行多通道幅相校准；基于期望信号方向信息，确定期望信号各通道幅相权值，并对所述各通道幅相权值进行预处理；

4、步骤s2，基于期望基带信号，生成主瓣方向期望信号；

5、步骤s3，基于预处理后各通道幅相权值，生成人工噪声信号；再基于所述人工噪声信号，生成旁瓣方向噪声信号；

6、步骤s4，在数字相控阵天线的旁瓣方向添加所述旁瓣方向噪声信号，再对所述主瓣方向期望信号和所述旁瓣方向噪声信号进行发射信号功率分配与合成，从而生成所述数字相控阵天线发射输出的天线信号。

7、进一步，在所述步骤s1中，对多通道信号进行多通道幅相校准，包括：

8、获取输入各通道的基带调制信号，以及各通道的输出信号；

9、确定输入各通道的基带调制信号的自相关矩阵，以及各通道的输入信号与输出信号的互相关向量；

10、基于所述自相关矩阵和所述互相关向量，对各通道进行矩阵求逆运算，得到各通道信号输出与输出的维纳霍夫最优解，以此作为各通道幅相参数；

11、基于所述各通道幅相参数，对各通道进行幅相校准。

12、进一步，在所述步骤s1中，基于期望信号方向信息，确定期望信号各通道幅相权值，并对所述各通道幅相权值进行预处理，包括：

13、基于期望信号的俯仰角和方位角，以及数字相控阵天线的天线分布几何参数，确定期望信号各通道幅相权值，并对所述各通道幅相权值进行归一化预处理。

14、进一步，所述数字相控阵天线的天线分布几何参数包括所述数字相控阵天线中平行于x轴方向的天线阵元间距和平行于y轴方向的天线阵元间距。

15、进一步，在所述步骤s2中，基于期望基带信号，生成主瓣方向期望信号，包括：

16、基于预处理后各通道幅相权值，生成关于所述数字相控阵天线的总导向矢量；

17、从所述总导向矢量提取期望基带信号方向对应的导向矢量，再基于所述期望基带信号方向对应的导向矢量和所述期望基带信号，生成主瓣方向期望信号。

18、进一步，在所述步骤s3中，基于预处理后各通道幅相权值，生成人工噪声信号，包括：

19、基于预处理后各通道幅相权值，生成关于所述数字相控阵天线的总导向矢量；

20、从所述总导向矢量提取期望基带信号方向对应的导向矢量，再基于所述期望基带信号方向对应的导向矢量，生成对所述期望基带信号没有影响的人工噪声信号；其中，所述人工噪声信号与所述期望基带信号方向对应的导向矢量满足预定矢量关系条件。

21、进一步，在所述步骤s3中，基于所述人工噪声信号，生成旁瓣方向噪声信号，包括：

22、基于所述数字相控阵天线的旁瓣方向信息，对所述人工噪声信号进行不同旁瓣方向的信号功率分配，从而生成旁瓣方向噪声信号。

23、进一步，在所述步骤s4中，在数字相控阵天线的旁瓣方向添加所述旁瓣方向噪声信号，包括：

24、对所述数字相控阵天线的旁瓣方向信息和所述旁瓣方向噪声信号所属旁瓣方向进行匹配对比，将所述旁瓣方向噪声信号添加到所述数字相控阵天线对应的旁瓣方向。

25、进一步，在所述步骤s4中，对所述主瓣方向期望信号和所述旁瓣方向噪声信号进行发射信号功率分配与合成，从而生成所述数字相控阵天线发射输出的天线信号，包括：

26、基于接收机接收来自所述数字相控阵天线发出的信号的误差向量幅度，确定所述主瓣方向期望信号和所述旁瓣方向噪声信号各自在所述数字相控阵天线发射总功率的功率占比；

27、基于所述功率占比，对所述主瓣方向期望信号和所述旁瓣方向噪声信号进行发射信号功率分配；

28、基于经过所述发射信号功率分配确定的主瓣方向期望信号功率和旁瓣方向噪声信号功率，进行期望基带信号和人工噪声信号的合成，从而生成所述数字相控阵天线发射输出的天线信号。

29、进一步，在所述步骤s4中，基于接收机接收来自所述数字相控阵天线发出的信号的误差向量幅度，确定所述主瓣方向期望信号和所述旁瓣方向噪声信号各自在所述数字相控阵天线发射总功率的功率占比，包括：

30、基于预设误差向量幅度阈值条件、预设主瓣波束宽度约束条件以及预设旁瓣角度范围约束条件，确定所述主瓣方向期望信号和所述旁瓣方向噪声信号各自在所述数字相控阵天线发射总功率的功率占比。

31、相比于现有技术，本发明的数字相控阵天线多方向的噪声调制方法通过数字相控阵天线旁瓣抑制和旁瓣噪化，在旁瓣方向添加噪声或特定规格信号，在实现主瓣信号传输的同时，可有效提升通信的抗截获和抗定位能力，并可实施信息欺骗；该调制方法主要包括对多通道信号进行多通道幅相校准，生成主瓣方向期望信号，生成旁瓣方向噪声信号，对主瓣方向期望信号和旁瓣方向噪声信号进行发射信号功率分配与合成，从而生成数字相控阵天线发射输出的天线信号。在抗截获方面，采用旁瓣噪声信号调制技术，降低旁瓣反向信噪比，使接收的天线辐射旁瓣信号不具备进行解调、解译和破译的信号质量条件，即无法得到足够高信噪比的信号进行解译还原和密码破译；在抗定位方面，采用辐射源旁瓣信号时频调制技术，大幅度降低主瓣信号和旁瓣信号的相关性，使基于时差/时频差等定位系统无法通过主瓣信号和旁瓣信号的相关处理提取信号相关峰，有效降低天线被定位的可能性；在信息欺骗方面，通过改变加载在旁瓣信号上的时频调制波形，可在实现抗定位的基础上，生成多个虚假信息相关峰，使基于时差/时频差等定位系统得到错误的辐射源数量和位置，实现信息欺骗。