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1、(10)申请公布号 CN 103037494 A (43)申请公布日 2013.04.10 CN 103037494 A *CN103037494A* (21)申请号 201210579489.3 (22)申请日 2012.12.28 H04W 52/42(2009.01) H04B 7/06(2006.01) (71)申请人 中国电子科技集团公司第五十四研 究所 地址 050081 河北省石家庄市中山西路 589 号第五十四所导航部 (72)发明人 魏海涛 叶红军 郑晓冬 尹继凯 李隽 (54) 发明名称 多波束天线功率控制方法 (57) 摘要 本发明公开了一种多波束天线功率控制方 法， 它。
2、涉及基于阵列天线的卫星导航发射设备的 波束形成， 所述方法包括 ： 一、 计算多波束权值 ； 二、 计算多波束权值的方向增益 ； 三、 计算波束方 向增益参数 ； 四、 计算总的波束信号强度参数 ； 五、 计算波束功率控制参数 ； 六、 波束权值调整。 通过本发明可以保证多波束形成时波束功率稳 定， 并具有简单实用的优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 1/2 页 2 1. 多波束天线功率控制方法， 可以计算得到一组多波束权值的功率控制参数，。
3、 并对多 波束的权值调整， 使得波束功率保持稳定， 其特征在于包括步骤 ： 计算初始多波束权值， 计算多波束权值的方向增益， 计算波束方向增益参数， 计算总的波束信号强度参数， 计算波束功率控制参数， 多波束权值调整。 2. 根据权利要求 1 所述的多波束天线功率控制方法， 其特征在于步骤中计算初始多 波束权值具体为 ： 根据多波束权值计算方法计算得到波束指向 i， i 1、 2I， 的归一化 多波束权值n 1、 2N， i ， 是整个波束扫描空间， i是第 i 个波束指向， 波 束按照优先级顺序进行排列， 1的优先级最高， I的优先级最低， 是第 i 个波束指向权 值在第 n 个阵元上的值，。
4、 I 为波束指向个数， N 为阵元天线个数， 对于第 i 组归一化多波束权 值有 n 1、 2N， max() 表示求一个数组最大值的运算， abs() 表示取一个复数的模值的运算。 3.根据权利要求1、 权利要求2所述的多波束天线功率控制方法， 其特征在于步骤中 计算多波束权值的方向增益具体为 ： 根据步骤得到的归一化多波束权值计算波束的方向 增益为 i是第 i 个波束指向， an(i) 是 i方向入射信号的方向向量在第 n 个阵元上的值， 是第 i 个波束指向权值在第 n 个阵元上的值， Bi是第 i 个波束指向权值的波束增益， N 为 阵元天线个数。 4. 根据权利要求 1 所述的多波束。
5、天线功率控制方法， 其特征在于步骤中计算波束 方向增益参数具体为 ： 根据阵元天线的天线方向图获得在波束扫描空间内的最大方向增益 Amax， 获得波束指向 i的方向增益 Ai。 5.根据权利要求1、 权利要求3、 权利要求4所述的多波束天线功率控制方法， 其特征在 于步骤中计算总的波束信号强度参数具体为 ： 波束的期望波束功率为 Pi， 波束的期望波 束信号强度为 Ui，根据步骤得到的多波束权值的方向增益 Bi， 步骤得到的波 束扫描空间内的最大方向增益 Amax， 波束指向 i的方向增益 Ai， 则总的多波束信号强度为 Uall， 其中， I 为波束指向个数， N 为阵元天线个数。 6. 根。
6、据权利要求 1、 权利要求 3、 权利要求 4、 权利要求 5 所述的多波束天线功率控制方 法， 其特征在于步骤中计算波束功率控制参数具体为 ： 整个阵列天线的最大功率为 Pmax， 权 利 要 求 书 CN 103037494 A 2 2/2 页 3 整个阵列天线的最大信号强度为 Umax，波束功率控制参数 ri， 根据步骤得到 的多波束权值的方向增益 Bi， 步骤得到的波束扫描空间内的最大方向增益 Amax， 波束指向 i的方向增益 Ai， 步骤得到的总的多波束信号强度为 Uall， 波束的期望波束信号强度为 Ui， 当 Uall Umax时， ri 1， i 1、 2I， I 为波束指向。
7、个数， 当 Uall Umax时， 根据波束的优先级的顺序计算阵列天线功率能力 剩余参数 Ck， 优先级高的波束对应的波束功率控制参数优先参与计算， k 1， 2I， 从 k 1I 中， 取 k K， 使得 CK 0， CK-1 0， 则波束功率控制参数 ri， 其中， I 为波束指向个数， N 为阵元天线个数。 7.根据权利要求1、 权利要求6所述的多波束天线功率控制方法， 其特征在于步骤中 多波束权值调整具体为 ： 根据步骤计算的波束功率控制参数 ri， 对步骤得到的初始多 波束权值进行调整 i 1、 2I， n 1、 2N， 是第i个波束指向权值在第n个阵元上的值， 是经过功率调整后的第。
8、i个波束指向 权值在第 n 个阵元上的值， ri是第 i 个波束功率控制参数， I 为波束指向个数， N 为阵元天 线个数。 权 利 要 求 书 CN 103037494 A 3 1/5 页 4 多波束天线功率控制方法 技术领域 0001 本发明涉及卫星导航、 无线通信、 雷达、 声纳等领域， 特别涉及卫星导航数字多波 束形成中的功率控制与调度方法。 背景技术 0002 目前， 阵列信号处理已经应用到了卫星导航、 通信、 雷达、 声纳等系统中， 具有处理 灵活、 抗干扰能力强等特点， 波束形成方法是阵列信号处理中的一个重要技术， 特别是数字 多波束形成方法， 是多目标测量、 通信、 跟踪的关键。
9、技术。数字多波束形成方法就是计算一 组权值， 阵列天线根据这组权值可以产生多个空间指向的波束， 多个波束对应多个目标， 其 中多个波束的功率控制与调度是形成权值的关键之一。 0003 对于发射设备来说， 数字多波束形成的过程是 ： 首先计算出多波束权值， 根据权值 在基带信号上进行数字多波束合成， 基带信号 D/A 变换成模拟信号， 经上变频变换成射频 信号后， 通过天线将信号辐射出去， 在空间形成多波束。在波束权值计算过程， 需要根据发 射系统的功率能力， 对多个波束的功率进行控制和调度。 0004 目前， 波束形成方法可以分为直接波束形成方法和自适应波束形成方法。直接波 束形成方法就是根据。
10、所需的波束指向、 旁瓣、 零点位置等特性计算权值 ； 自适应波束形成方 法就是根据天线接收到的信号和一定的权值计算准则形成权值， 常用的权值计算准则有最 小均方误差 (MMSE) 准则、 最大信号与干扰噪声比 (SINR) 准则、 最小而乘 (LS) 准则等。 0005 在卫星导航发射设备中， 发射天线的扫描范围很大， 需要覆盖仰角大于 5 度以上 的所有范围， 并且需要在所有范围内保证接收设备接收到的功率保持恒定。 0006 现有的数字多波束形成技术的主要问题是 ： 在权值计算过程中， 没有考虑天线性 能随空间指向的变化， 不能保证得到的权值在扫描空间内保持功率的稳定。 发明内容 0007 。
11、有鉴于此， 本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足而提供一种应用于卫星 导航发射设备的多波束形成的功率控制与调度方法。本发明方法实现简单， 能够避免由于 天线性能随空间指向的变化而造成的功率变化， 保证多个波束的信号功率在扫描空间内的 稳定， 可以在此基础上形成相应的软件和硬件实现。 0008 本发明的目的是这样实现的， 本发明的多波束天线功率控制方法， 可以计算得到 一组多波束权值的功率控制参数， 并对多波束的权值调整， 使得波束功率保持稳定， 其特征 在于包括步骤 ： 0009 计算初始多波束权值， 0010 计算多波束权值的方向增益， 0011 计算波束方向增益参数， 0012 计算总。
12、的波束信号强度参数， 0013 计算波束功率控制参数， 说 明 书 CN 103037494 A 4 2/5 页 5 0014 多波束权值调整。 0015 其中， 步骤中计算初始多波束权值具体为 ： 根据多波束权值计算方法计算得到 波束指向 i， i 1、 2I， 的归一化多波束权值n 1、 2N， i ， 是整个波束 扫描空间， i是第 i 个波束指向， 波束按照优先级顺序进行排列， 1的优先级最高， I的 优先级最低， 是第 i 个波束指向权值在第 n 个阵元上的值， I 为波束指向个数， N 为阵元天 线个数， 对于第 i 组归一化波束权值有 0016 n 1、 2N， 0017 max。
13、() 表示求一个数组最大值的运算， abs() 表示取一个复数的模值的运算。 0018 其中， 步骤中计算多波束权值的方向增益具体为 ： 根据步骤得到的归一化多 波束权值计算波束的方向增益为 0019 0020 i是第i个波束指向， an(i)是i方向入射信号的方向向量在第n个阵元上的 值， 是第 i 个波束指向权值在第 n 个阵元上的值， Bi是第 i 个波束指向权值的波束增益， N 为阵元天线个数。 0021 其中， 步骤中计算波束方向增益参数具体为 ： 根据阵元天线的天线方向图获得 在波束扫描空间内的最大方向增益 Amax， 获得波束指向 i的方向增益 Ai。 0022 其中， 步骤中计。
14、算总的波束信号强度参数具体为 ： 波束的期望波束功率为 Pi， 波 束的期望波束信号强度为 Ui，则总的波束信号强度为 Uall， 0023 0024 其中， I 为波束指向个数。 0025 其中， 步骤中计算波束功率控制参数具体为 ： ， 整个阵列天线的最大功率为 Pmax， 整个阵列天线的最大信号强度为 Umax，波束功率控制参数 ri， 0026 当 Uall Umax时， 0027 ri 1， i 1、 2I， 0028 I 为波束指向个数， 当 Uall Umax时， 根据波束的优先级的顺序计算阵列天线功率 能力剩余参数 Ck， 优先级高的波束对应的波束功率控制参数优先参与计算， 0。
15、029 k 1， 2I， 0030 从 k 1I 中， 取 k K， 使得 CK 0， CK-1 0， 则波束功率控制参数 ri， 0031 0032 I 为波束指向个数。 0033 其中， 步骤中多波束权值调整具体为 ： ， 根据步骤计算的波束功率控制参数 说 明 书 CN 103037494 A 5 3/5 页 6 对步骤得到的初始多波束权值进行调整 0034 i 1、 2I， n 1、 2N， 0035 是第i个波束指向权值在第n个阵元上的值， 是经过功率调整后的第i个波束 指向权值在第 n 个阵元上的值， ri是第 i 个波束功率控制参数， I 为波束指向个数， N 为阵 元天线个数。。
16、 0036 本发明相比背景技术具有如下优点 ： 0037 (i) 本发明在权值求解过程中， 加入了阵元方向图的影响， 波束扫描范围更大。 0038 (ii) 本发明能够保证扫描空间内功率的稳定， 有利于信号的接收。 0039 (iii) 本发明提出的功率控制参数计算方法简单实用， 并且运行可靠。 附图说明 0040 图 1 是本发明波束形成方法的流程图 ； 0041 图 2 是根据本发明的实施例的流程图。 具体实施方式 0042 下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的描述 ： 0043 本发明的多波束天线功率控制与调度方法的流程图如图 1 所示， 这种波束形成方 法具体包括步骤 ： 004。
17、4 步骤 101 ： 计算多波束权值， 根据发射多波束权值计算方法计算得到波束指向 i(i 1、 2I) 的归一化多波束权值(n 1、 2N)， i ， 是整个波束扫描空 间， i是第 i 个波束指向， 波束按照优先级顺序进行排列， 1的优先级最高， I的优先级 最低， 是第 i 个波束指向权值在第 n 个阵元上的值， I 为波束指向个数， N 为阵元天线个 数， 对于第 i 组归一化波束权值有 0045 n 1、 2N 0046 max() 表示求一个数组最大值的运算， abs() 表示取一个复数的模值的运算。 0047 步骤 102 ： 计算多波束权值的方向增益， 根据步骤 101 的归一。
18、化多波束增益为 0048 0049 i是第i个波束指向， an(i)是i方向入射信号的方向向量在第n个阵元上的 值， 是第 i 个波束指向权值在第 n 个阵元上的值， Bi是第 i 个波束指向权值的波束增益， N 为阵元天线个数。 0050 步骤 103 ： 计算波束方向增益参数， 根据阵元天线的天线方向图获得在波束扫描 空间内的最大方向增益 Amax， 获得波束指向 i的方向增益 Ai。 0051 步骤 104 ： 计算总的波束信号强度参数， 波束的期望波束功率为 Pi， 波束的期望波 束信号强度为 Ui，则总的波束信号强度为 Uall， 0052 0053 其中， I 为波束指向个数。 说。
19、 明 书 CN 103037494 A 6 4/5 页 7 0054 步骤 105 ： 计算波束功率控制参数， 整个阵列天线的最大发射功率为 Pmax， 整个阵 列天线的最大发射信号强度为 Umax，波束功率控制参数 ri 0055 当 Uall Umax时， 0056 ri 1， i 1、 2I， 0057 当 Uall Umax时， 根据波束的优先级的顺序计算阵列天线功率能力剩余参数 Ck， 优 先级高的波束对应的波束功率控制参数优先参与计算， 0058 k 1， 2I， 0059 从 k 1I 中， 取 k K， 使得 CK 0， CK-1 0， 则波束功率控制参数 ri 0060 00。
20、61 其中， I 为波束指向个数。 0062 步骤 106 ： 多波束权值调整， 根据步骤 105 计算的波束功率控制参数对步骤 101 得 到的波束权值进行调整 0063 i 1、 2I， n 1、 2N， 0064 是第i个波束指向权值在第n个阵元上的值， 是经过功率调整后的第i个波束 指向权值在第 n 个阵元上的值， ri是第 i 个波束功率控制参数， I 为波束指向个数， N 为阵 元天线个数。 0065 图2是具体实施例的波束形成流程图， 实施例所采用的阵列形式为9阵元的线阵， 具体步骤包括 0066 步骤 201 ： 计算多波束权值， 根据波束优先级对波束指向排序， 波束指向为 i。
21、(i 1、 2I)， i 1 的优先级最高， i I 的优先级最低， 根据发射多波束权值计算方法计 算得到波束指向的归一化多波束权值(n 1、 29)， i ， 是整个波束扫描空间， i是第 i 个波束指向， 波束按照优先级顺序进行排列， 1的优先级最高， I的优先级最 低， 是第 i 个波束指向权值在第 n 个阵元上的值， I 为波束指向个数， N 为阵元天线个数， 对于第 i 组归一化波束权值有 0067 n 1、 29， 0068 max() 表示求一个数组最大值的运算， abs() 表示取一个复数的模值的运算。 0069 步骤202 ： 计算发射多波束权值的方向增益 ： 根据步骤201。
22、的归一化多波束增益为 0070 0071 i是第i个波束指向， an(i)是i方向入射信号的方向向量在第n个阵元上的 值， 是第 i 个波束指向权值在第 n 个阵元上的值， Bi是第 i 个波束指向权值的波束增益， N 为阵元天线个数。 0072 步骤 203 ： 计算波束方向增益参数， 根据阵元天线的天线方向图获得在波束扫描 空间内的最大方向增益 Amax， 获得波束指向 i的方向增益 Ai。 说 明 书 CN 103037494 A 7 5/5 页 8 0073 步骤 204 ： 计算总的波束信号强度参数 ： 波束的期望波束功率为 Pi， 波束的期望波 束信号强度为 Ui，则总的波束信号强。
23、度为 Uall， 0074 0075 其中， I 为波束指向个数。 0076 步骤 205 ： 计算波束功率控制参数 ： 整个阵列天线的最大发射功率为 Pmax， 整个阵 列天线的最大发射信号强度为 Umax，波束功率控制参数 ri 0077 当 Uall Umax时， 0078 ri 1， i 1、 2I， 0079 当 Uall Umax时， 计算阵列天线功率能力剩余参数 Ck， 0080 k 1， 2I， 0081 从 k 1I 中， 取 k K， 使得 CK 0， CK-1 0， 则波束功率控制参数 ri 0082 0083 其中， I 为波束指向个数。 0084 步骤 206 ： 多。
24、波束权值调整， 根据步骤 205 计算的波束功率控制参数对步骤 201 得 到的波束权值进行调整 0085 i 1、 2I， n 1、 2N， 0086 是第i个波束指向权值在第n个阵元上的值， 是经过功率调整后的第i个波束 指向权值在第 n 个阵元上的值， ri是第 i 个波束功率控制参数， I 为波束指向个数， N 为阵 元天线个数。 0087 除上述实施例外， 本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形 式的技术方案， 均落在本发明要求的保护范围。 说 明 书 CN 103037494 A 8 1/1 页 9 图 1图 2 说 明 书 附 图 CN 103037494 A 9 。