自適應左旋右旋極化信號功率合成裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種功率合成裝置，屬于衛星導航領域。
【背景技術】
[0002]隨著導航技術的發展，導航系統中出現通過通信衛星轉發導航信號的特殊的導航系統。這種系統具有組成方式靈活，建設成本低的特點。除此之外，區別于直發式衛星導航系統，這種系統的導航信號完全由地面產生，因此非常易于進行導航信號調制方式、功能性能等先期試驗，這種導航系統通常采用C波段傳輸導航信號，因此簡稱“C波段導航系統”。
[0003]“C波段導航系統”由于鏈路預算有限，使得實際上運行的“C波段導航系統”接收終端幾乎處于剛剛能夠工作的門限狀態，因此難以滿足實際需求。租用的通信衛星受到發射功率，星地距離等原因，造成“C波段導航系統”終端接收能量成為棘手的問題。另外，在“C波段導航系統”中，衛星發射調制信號一般為線極化，而接收方為了實現任意方位的正常接收，因此必須采用圓極化天線，因此存在極化失配，接收能量損失3dB。
[0004]在終端采用多個天線不失為一種增強接收衛星信號能量的有效方法。然而如何在后端將多個天線的有用信號合成到一起，成為亟待解決的問題。不同于傳統意義的最大能量自動跟蹤，“C波段導航系統”接收終端衛星信號因為處于噪音以下，因此自動跟蹤的機制必須和信號跟蹤相結合。國內鮮有極化合成的先例，有也是在射頻進行信號的相位補償，從而將左右旋合成到一起。但是在射頻進行相位補償對實現工藝具有較高的要求，對所合成天線之間的距離方位也都有所限制;又或者在射頻直接進行高信噪比信號的能量最大自動跟蹤，但這種情況屬于高信噪比的接收情況，不適用于導航接收機。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的不足，本發明提供一種自適應左旋右旋極化信號功率合成裝置，通過對左旋圓極化天線和右旋圓極化天線下變頻后的信號進行聯合跟蹤，從而整體上降低跟蹤門限，提高解擴后的信噪比，明顯改善了 “C波段導航系統”的用戶使用感受。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:左旋圓極化天線接收的信號依次經過帶通濾波器、低噪放和下變頻器，進入模擬數字轉換器轉換為數字信號，輸出至載波剝離器，構成A支路;右旋圓極化天線接收的信號依次經過帶通濾波器、低噪放和下變頻器，進入模擬數字轉換器轉換為數字信號，輸出至載波剝離器，構成B支路;依次連接所述A支路的載波剝離器、擴頻碼去除器和積分清零器與本地碼生成器、本地載波生成器構成跟蹤環路，將本地載波生成器和本地碼生成器的輸出同時作用在依次連接所述B支路的載波剝離器、擴頻碼去除器和積分清零器中;Kalman濾波模塊對A支路的積分清零器和B支路的積分清零器輸出復夾角進行實時跟蹤，并且對未來時刻的夾角變化趨勢進行預測，用預測結果對B支路的積分清零器輸出進行共軛補償，復相加器將共軛補償后的B支路積分清零器的輸出和A支路積分清零器的輸出相加，輸入鑒相器，實現左旋和右旋支路的聯合跟蹤;相位補償器在開始聯合跟蹤時對衛星至左、右旋圓極化天線的相位差進行補償。
[0007]本發明的有益效果是:可以實現對左旋和右旋兩個天線接收信號的聯合跟蹤，從而降低整體跟蹤門限，使得接收機跟蹤環路工作更為穩健，同時通過左旋和右旋極化合成，能夠克服載波相位測距固有的附加相移(指的是右旋原極化天線原地旋轉無法感知右旋圓極化信號相位變化的問題)，從而在姿態控制方面提供更靈敏的高精度測量方案。
【附圖說明】
[0008]圖1是極化合成原理示意圖；
[0009]圖2是極化合成中積分清零器輸出經過旋轉補償前后的復平面效果圖；
[0010]圖中，11-左旋圓極化天線，12-帶通濾波器，13-低噪放，14-下變頻器，15-模擬數字轉換器，16-載波剝離器，17-擴頻碼去除器，18-積分清零器;21-右旋圓極化天線，22-帶通濾波器，23-低噪放，24-下變頻器，25-模擬數字轉換器，26-載波剝離器，27-擴頻碼去除，28-積分清零器;31-Kalman濾波模塊，32-相位補償器，33-復相加器，34-鑒相器，35-本地碼生成器，36-本地載波生成器，37-固定頻率本地載波生成器。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。
[0012]本發明能夠對“圓極化天線”接收“線極化信號”情況下的極化失陪能量損失進行補償，從而增加導航接收機的接收有用信號能量，使得采用線極化信號的導航接收機具有更好的工作特性。
[0013]如圖1所示，左旋圓極化天線11接收的信號經過帶通濾波器12、低噪放13和下變頻器14，然后進入模擬數字轉換器15被轉換為數字信號。右旋圓極化天線21接收的信號也經過相同的處理過程，經過帶通濾波器22、低噪放23和下變頻器24，然后被模擬數字轉換器25轉換為數字信號。
[0014]圖1中標號“1*”的模塊為天線A支路使用，標號“2*”的模塊為天線B支路使用，標號“3*”的模塊為聯合處理部分使用。
[0015]假設圖1中A路信號正在進行經典的信號跟蹤操作，跟蹤環路的組成包括載波剝離器16、擴頻碼去除器17、積分清零器18、本地碼生成器35以及本地載波生成器36。將A路的本地載波生成器36和本地碼生成器35的輸出同時作用在B路的本地載波生成器和本地碼生成器中。則可以預見，由于A和B兩路信號僅僅存在載波相位的不同，因此B路在積分清零器28的輸出部分會得到含有角度Θ的復積分清零結果，如圖2中的1部分所示。而A路的積分清零器18輸出幾乎會和復平面X軸重合，如圖2中的2部分所示。但是事實上A路的積分清零結果是不會和X軸重合的，因為它時刻的包含著環路的相位調整量的方向以及大小。本發明采用Kalman算法對A路的積分清零器18和B路的積分清零器28輸出復夾角進行實時跟蹤，并且對未來時刻的夾角變化趨勢進行預測，然后再用預測的結果對B路的積分清零器28輸出進行共軛補償，從而使得B路的積分清零器28輸出基本上和復平面X軸重合。經過補償后的B路積分清零器28輸出和A路包含有同樣的相位調整趨勢信息，因而可以將兩者相加以提高信噪比，提高鑒相器鑒相結果的信息含量，從而實現左旋和右旋支路的聯合跟蹤，達到降低跟蹤門限的目的。
[0016]圖2中1部分的積分清零結果復平面圖和X軸的夾角是由左、右旋圓極化天線相對于衛星的直線距離之差決定的，它反映的是衛星至兩個天線的相位差。在聯合跟蹤剛開始啟動時刻，兩個天線之間的相位差被計算出來并經過相位補償器32得到補償，之后Kalman濾波模塊31對兩個天線之間的相位差進行實時跟蹤并預測。因此在聯合跟蹤正常運轉后，即使兩個天線相對于衛星的距離任意改變，它們之間的相位差都能夠得到正確的補償，從而實現左、右旋圓極化天線的聯合跟蹤。Kalman濾波模塊31保持對兩個天線之間的相位差實時跟蹤是至關重要的，這樣則不需要左旋和右旋圓極化天線做到相位中心一致，降低了功率合成算法對天線的要求。在實際工作中，被固定于汽車頂部的兩個天線相對于衛星的距離總是會隨著汽車顛簸或者轉彎而發生變化，但是這種變化都是屬于慢變的過程，Kalman濾波模塊31保持對兩個天線之間的相位差實時跟蹤則保證了功率合成算法的實用性。
[0017]最后，對于普通的圓極化天線來講，它只能感知接收機相對于衛星的遠近距離變化，對于接收機原地打轉的情況，則不能感知。本發明中的極化合成算法能夠實時的感知左旋和右旋圓極化天線之間補償角度，得益于跟蹤門限的降低，因此不但能夠靈敏的感知接收機相對于衛星遠近距離的變化，更可以精確的感知接收機原地轉動的姿態變化，對于姿態控制提供了額外的參考輸入量，因此具有廣闊的應用前景。
[0018]應用舉例:
[0019]采用C波段導航系統的麥田收割機，由于地面接收衛星信號較弱，又由于經常受到樹干遮擋衛星信號等原因，導致衛星信號中斷，導航效果不佳。此時可以在收割機頂部安裝兩部天線，一部左旋圓極化天線，另一部右旋圓極化天線。由于采用了兩部天線，并且本發明對兩部天線相對于衛星之間的相位差進行實時跟蹤，從而等效于衛星接收機獲得了更強能量的導航信號，在經過樹干遮擋區域時導航信號中斷情況得到明顯改善。另外，得益于本發明對于左、右旋圓極化天線之間相位差的實時跟蹤，收割機轉彎的情況會得到更為精密的導航控制信息。
【主權項】
1.一種自適應左旋右旋極化信號功率合成裝置，其特征在于:左旋圓極化天線接收的信號依次經過帶通濾波器、低噪放和下變頻器，進入模擬數字轉換器轉換為數字信號，輸出至載波剝離器，構成A支路;右旋圓極化天線接收的信號依次經過帶通濾波器、低噪放和下變頻器，進入模擬數字轉換器轉換為數字信號，輸出至載波剝離器，構成B支路;依次連接所述A支路的載波剝離器、擴頻碼去除器和積分清零器與本地碼生成器、本地載波生成器構成跟蹤環路，將本地載波生成器和本地碼生成器的輸出同時作用在依次連接所述B支路的載波剝離器、擴頻碼去除器和積分清零器中；Kalman濾波模塊對A支路的積分清零器和B支路的積分清零器輸出復夾角進行實時跟蹤，并且對未來時刻的夾角變化趨勢進行預測，用預測結果對B支路的積分清零器輸出進行共軛補償，復相加器將共軛補償后的B支路積分清零器的輸出和A支路積分清零器的輸出相加，輸入鑒相器，實現左旋和右旋支路的聯合跟蹤；相位補償器在開始聯合跟蹤時對衛星至左、右旋圓極化天線的相位差進行補償。
【專利摘要】本發明提供了一種自適應左旋右旋極化信號功率合成裝置，A、B支路的圓極化天線接收的信號依次經過帶通濾波器、低噪放和下變頻器，進入模擬數字轉換器轉換為數字信號，輸出至載波剝離器，載波剝離器、擴頻碼去除器和積分清零器與本地碼生成器、本地載波生成器構成跟蹤環路，Kalman濾波模塊跟蹤A、B支路積分清零器輸出復夾角，預測夾角變化趨勢，用預測結果對B支路的輸出進行共軛補償，將補償后的兩支路積分清零器的輸出相加，輸入鑒相器，實現左旋和右旋支路的聯合跟蹤。本發明能夠降低整體跟蹤門限，使得接收機跟蹤環路工作更為穩健，提供更靈敏的高精度測量方案。
【IPC分類】G01S19/13
【公開號】CN105467402
【申請號】CN201510990633
【發明人】賀衛東, 盧曉春, 葛建
【申請人】中國科學院國家授時中心
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月25日