一种星载ADS-B多波束接收通道标校方法

技术领域

本发明涉及星载ADS-B技术领域，特别是指一种星载ADS-B多波束接收通道标校方法。

背景技术

随着世界各国航空器目标的日益增多，使用星载ADS-B监视手段完成全球航班监视已成为主用手段。但是由于星载场景的广域特性，使用单天线单波束进行监视很难做到广域的覆盖特性，因此目前国际上主流的手段是使用多波束天线完成ADS-B目标监视。这种监视的好处是，具备更远的监视特性，并可以根据区域目标的特点动态调整波束参数，完成对不同区域的分别覆盖，提升系统监视容量。

然而，由于多波束天线的多个阵元通道在设计上可能会受到阵元工艺、线缆延时、射频器件差异以及接收机板卡布线的影响，产生较为严重的时延不一致性，从而大大降低波束合成后的增益，直接导致波束覆盖范围的减小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星载ADS-B多波束接收通道标校方法。本方法针对星载场景ADS-B信号的多波束接收通道时延不一致的情况，实现对各个阵元通道时延的精准标校，进一步提升波束合成后的合成增益，提升星载场景的信号监视范围。

本发明的目的是这样实现的：

一种星载ADS-B多波束接收通道标校方法，包括以下步骤：

(1)对星载ADS-B多波束监视天线的多个阵元发射频率为1090MHz的单载波信号，利用后端的接收机完成接收；

(2)对接收到的各阵元的单载波信号分别进行正弦和余弦数字变频，转换为正弦和余弦零中频信号；

(3)将正弦和余弦零中频信号分别按照单载波的周期进行累加求和，并计算平均值，得到各个阵元通道的正弦相位和余弦相位；

(4)任意选定一个阵元作为基准阵元，将各个阵元通道的正弦相位和余弦相位与基准阵元的正弦相位和余弦相位作差，得到各个阵元通道的正弦相位差和余弦相位差；

(5)对各个阵元通道的正弦相位差和余弦相位差进行计算，得到每个阵元通道的相位标校值，将相位标校值的复向量与通道接收的ADS-B信号相乘，从而补偿各阵元通道的时延不一致性，完成标校。

进一步的，步骤(1)的具体方式为：

(101)利用接收机中的射频模块将1090MHz的单载波信号变频为中频信号S

(102)利用接收机的AD芯片将模拟信号转化为数字信号S

进一步的，步骤(2)的具体方式为：

(201)将步骤(102)得到的数字信号分别与正弦和余弦载波相乘：

(202)将与载波相乘后的信号进行低通滤波处理，低通滤波器通带带宽设为4MHz，滤波后的信号为

进一步的，步骤(3)的具体方式为：

(301)将步骤(2)得到的正弦零中频信号和余弦零中频信号进行多个周期累加，周期长度为

(302)将正弦相位和为

进一步的，步骤(4)的具体方式为：

以i＝1的阵元为基准，将所有阵元通道的的正弦相位与余弦相位分别作差，即：

进一步的，步骤(5)的具体方式为：

(501)对步骤(4)得到的余弦相位差和正弦相位差按照下式计算标校值：

(502)将标校值转换为复向量

将

本发明与现有技术相比的有益效果为：

本发明解决了ADS-B多波束天线各阵元通道延时不一致带来的合成增益下降的工程问题，提升合成后增益后，使各个通道的监视接收灵敏度提升，保证覆盖更远的距离，使得覆盖距离和范围进一步增大，提升了星载ADS-B监视平台的监视容量。

附图说明

图1是本发明实施例中一种星载ADS-B多波束接收通道标校方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种星载ADS-B多波束接收通道标校方法，本方法首先利用与ADS-B信号同频率的单载波进行发射接收，再利用数字器件对单载波进行变频处理，获取零中频信号，并对零中频信号进行累加求和平均，得到各通道相位，依次相减后得到相位差，最后经过计算得到标校相位值，并直接应用于ADS-B信号的解调。

该方法具体包括以下步骤：

(1)对星载ADS-B多波束监视天线的多个阵元发射频率为1090MHz的单载波信号，利用后端接收机完成接收；

将支持1090MHz的发射天线部署在满足该频段远场条件的距离，并对多阵元的ADS-B天线进行单载波信号发射，发射的单载波采用连续波，电平范围满足接收机可以正常工作的动态范围内即可；

接收设备板卡使用的AD的采样率可以支持对变频后的1090MHz单载波信号进行无混叠采样，数字接收机采用具备软件无线电功能的接收设备，方便利用调试平台完成对数字信号进行处理，在完成变频和模数转换后，即可利用数字器件完成信号处理。

(2)对多个阵元的接收的单载波信号进行分别进行正弦和余弦数字变频，转换为正弦和余弦零中频信号；

对接收的单载波信号进行数字变频，变频采用常规思路，首先剥离中心频率，利用接收机中的射频模块将1090MHz的单载波信号变频为中频信号S

在完成载波剥离后，利用数字器件构建低通FIR滤波器的IP核，完成对信号的低通滤波，滤除高频分量，得到参与的低频分量，即为通道间时延引入相位的正弦值和余弦值。

(3)将正弦和余弦零中频信号分布按照单载波的周期累加求和，并计算平均值，即为各个阵元通道的正弦相位和余弦相位；

考虑到通道传输的误差，所以需要多相位的正弦值和余弦值进行多周期平均，按照工程经验，一般选取256作为平均周期，

(4)将各个阵元通道的正弦相位和余弦相位与任意一个阵元的正弦相位和余弦相位相位作差，得到各个阵元通道的正弦相位差和余弦相位差；

以多个阵元其中任意一个编号为1的阵元通道为基准，其他通道与其进行相减，可以得到相位差值，以i＝1的阵元为基准，所有阵元通道的的正弦相位与余弦相位分别作差，即：

(5)对各个阵元通道的正弦相位差和余弦相位差进行计算，得到每个阵元通道的相位标校值，将相位标校值的复向量与通道接收的ADS-B信号相乘，即可补偿各阵元通道的时延不一致性。

对步骤(5)得到的余弦相位差和正弦相位差按照如下公式进行计算标校值：

将标校值转换为复向量，即为

本发明可以有效地对各个阵元通道进行时延相位标校，提升多波束天线的合成增益，提升星载场景的信号监视范围，保证星载ADS-B监视平台具备最优性能。