專(zhuān)利名稱(chēng)：用于多波束全球定位系統(tǒng)(gps)接收器的數(shù)字波束成形裝置和技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全球定位系統(tǒng)(GPS)接收系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。特別地，本發(fā)明涉及使用數(shù)字波束成形技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤孔徑視場(chǎng)內(nèi)的所有GPS衛(wèi)星的多波束天線(xiàn)的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
已知在本領(lǐng)域內(nèi)使用NAVSTAR GPS衛(wèi)星星座來(lái)確定接收器位置和獲取導(dǎo)航信息?；A(chǔ)的NAVSTAR星座包括在六個(gè)軌道面上運(yùn)行的二十四顆衛(wèi)星。每個(gè)軌道面都相對(duì)于赤道傾斜五十五度角，并且它們分開(kāi)六十度赤經(jīng)。在六個(gè)軌道面的每一個(gè)中，四顆衛(wèi)星沿幾乎圓形的軌道均勻分隔。這樣的布置能保證在任何給定時(shí)間觀察者的地平線(xiàn)上都有四到十二顆衛(wèi)星可見(jiàn)。然而，大部分的時(shí)間里，衛(wèi)星將在觀察者的地平線(xiàn)附近被觀察到。圖l例示了根據(jù)仰角的經(jīng)過(guò)本地天頂?shù)腉PS衛(wèi)星可見(jiàn)的相對(duì)時(shí)間。用戶(hù)觀察到GPS衛(wèi)星在本地地平線(xiàn)附近的仰角掃過(guò)的時(shí)間比在本地天頂附近的仰角掃過(guò)的時(shí)間多出大約40%的時(shí)間，對(duì)于不到達(dá)本地天頂?shù)男l(wèi)星來(lái)說(shuō)，在本地地平線(xiàn)附近花費(fèi)的時(shí)間甚至更多。尤其是對(duì)于空中接收平臺(tái)，大部分GPS信號(hào)都以低仰角到達(dá)。然而，典型的GPS接收系統(tǒng)使用基本上各向同性、低增益的天線(xiàn)以同時(shí)觀察天空的較大區(qū)域。除了浪費(fèi)低收益方向上的較多天線(xiàn)增益之外，這種各向同性接收器也增加了系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)的敏感度，尤其是在飛行器最后進(jìn)場(chǎng)和降落的期間。因此，期望設(shè)計(jì)出能表現(xiàn)出更好地定向增益并且能夠更好地對(duì)低仰角進(jìn)行區(qū)分的用于接收GPS信號(hào)的天線(xiàn)。 GPS信號(hào)的低廣播功率使得它們對(duì)干擾敏感。干擾/信號(hào)(I/S)功率比是干擾源的距離和傳播功率的函數(shù)。因?yàn)楫?dāng)代的GPS終端依賴(lài)于使用相對(duì)敏感的粗捕獲(C/A)碼進(jìn)行信號(hào)獲取，所以干擾源容易使接收器癱瘓。即使低功率的干擾源也可以對(duì)距離干擾源相當(dāng)大距離上的GPS接收器產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。傳統(tǒng)的低增益天線(xiàn)無(wú)法區(qū)分GPS信號(hào)源和干擾源。因此，期望提供一種接收天線(xiàn)系統(tǒng)，該接收天線(xiàn)系統(tǒng)可以在所期望的GPS源方向上動(dòng)態(tài)地提供增益，同時(shí)通過(guò)抑制干擾源方向上的天線(xiàn)增益來(lái)抑制干擾源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種先進(jìn)的多波束GPS接收系統(tǒng)，該多波束GPS接收系統(tǒng)能夠使用具有高增益的多個(gè)動(dòng)態(tài)窄波束來(lái)增強(qiáng)在GPS源方向上的接收靈敏度，單獨(dú)檢測(cè)多個(gè)干擾信號(hào)，以及同時(shí)抑制在干擾源方向上的多個(gè)波束的天線(xiàn)方向圖中的增益。接收天線(xiàn)包括不必共面的天線(xiàn)元件陣列。該陣列的性能中的主要因素包括天線(xiàn)元件的數(shù)量和元件的間距(基線(xiàn))。隨著元件數(shù)量的增加，實(shí)現(xiàn)了更多的對(duì)天線(xiàn)方向圖賦形(shaping)的控制。能夠通過(guò)方向圖賦形來(lái)抑制的單獨(dú)的干擾源的數(shù)量等于"可用"元件的數(shù)量減去一 (N-l)。抑制特征的角寬度取決于整個(gè)孔徑的大小，更確切的說(shuō)，取決于陣列元件之間的最大距離(基線(xiàn))。
對(duì)于用戶(hù)終端，期望保持小孔徑尺寸，但對(duì)于GPS衛(wèi)星具有更好的天線(xiàn)增益并且
對(duì)低仰角干擾具有更好的區(qū)分。根據(jù)本發(fā)明的接收系統(tǒng)通過(guò)使用數(shù)字波束成形(DBF)技術(shù)從GPS接收陣列產(chǎn)生多個(gè)高增益點(diǎn)波束。系統(tǒng)在GPS衛(wèi)星和用戶(hù)之間提供多個(gè)同時(shí)的抗干擾鏈接。多波束天線(xiàn)不僅提供連通性，還保證了對(duì)干擾源的隔離和區(qū)分，尤其是在低仰角處。多波束天線(xiàn)接收系統(tǒng)解決了三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域中的挑戰(zhàn)(l)維持小的孔徑尺寸，(2)在低仰角GPS衛(wèi)星方向上動(dòng)態(tài)地最大化增益，以及(3)在低仰角干擾源的方向上動(dòng)態(tài)地形成
^《增益抑制特征，同時(shí)最小化對(duì)GPS衛(wèi)星接收的影響。 根據(jù)本發(fā)明的GPS接收系統(tǒng)的實(shí)施例包括配置為接收陣列的包含多個(gè)天線(xiàn)元件的孔徑。該陣列可以配置為鄰接的平面孔徑，或者配置為包括分布式部分的非平面、非鄰接陣列。具體地說(shuō)，孔徑可以被分布為共形地(conformally)應(yīng)用于例如飛行器或其他交通工具的平臺(tái)表面的多個(gè)陣列。接收系統(tǒng)包括用于放大和調(diào)節(jié)接收到的低強(qiáng)度GPS信號(hào)的低噪聲放大器(LNA)部分，和用于將接收到的GPS射頻信號(hào)下變頻為用于進(jìn)一步處理的中頻或基頻的下變頻部分。數(shù)字.t束成形(DBF)處理器將適當(dāng)?shù)牟ㄊ鴻?quán)向量應(yīng)用到從陣列中的每一個(gè)元件接收到的信號(hào)，以從所接收的GPS信號(hào)生成一個(gè)或多個(gè)相干波束。所有的元件可以被組合成單個(gè)寬范圍波束，或覆蓋相同寬范圍的多個(gè)同時(shí)高增益波束?？商鎿Q地，各種被選擇的元件可以被組合以形成不同的同時(shí)波束，其中每一個(gè)都可以被陣列處理器獨(dú)立地操縱。DBF處理器采用數(shù)字?jǐn)?shù)值技術(shù)，通過(guò)對(duì)從天線(xiàn)陣列的元件接收到的每一個(gè)信號(hào)進(jìn)行倍增或通過(guò)對(duì)其加權(quán)來(lái)產(chǎn)生波束。每個(gè)信號(hào)與波束權(quán)向量(BWV)的相關(guān)分量相乘，然后對(duì)加權(quán)信號(hào)進(jìn)行求和。通過(guò)不同的BMV產(chǎn)生不同類(lèi)型的波束。通過(guò)使用不同且獨(dú)立的BWV并行處理相同的陣列信號(hào)來(lái)產(chǎn)生多個(gè)同時(shí)波束。每個(gè)BWV都與唯一的陣列孔徑分布相關(guān)，導(dǎo)致遠(yuǎn)場(chǎng)內(nèi)唯一的天線(xiàn)方向圖。波束權(quán)向量可以包括非平衡陣列的相位校正因子、時(shí)間延遲校正因子和幅度校正因子。因此，在單次的算術(shù)運(yùn)算中完成硬件均衡和波束成形。類(lèi)似地，DBF處理器可以通過(guò)將所接收到的元件信號(hào)乘以不同的BWV并且然后對(duì)加權(quán)信號(hào)進(jìn)行求和來(lái)改變波束的方向。原則上，可以像信號(hào)采樣間隔那樣頻繁地改變BWV。
由DBF處理器產(chǎn)生的波束可以被配置為使每個(gè)波束都與當(dāng)前陣列視場(chǎng)(FOV)內(nèi)的GPS衛(wèi)星相關(guān)，且相關(guān)的波束寬度可以從整個(gè)FOV那樣大變化到FOV的一小部分。簡(jiǎn)單地說(shuō)，N個(gè)相同元件的陣列的最小視界(angular coverage)，陣列等效波束寬度，大致是總FOV的N分之一。由于衛(wèi)星的軌道運(yùn)動(dòng)或接收平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)調(diào)整DBF處理器所應(yīng)用的波束加權(quán)因子而被跟蹤到，以操縱波束跟隨GPS衛(wèi)星的角坐標(biāo)(angularposition)?？商鎿Q地，DBF處理器可以產(chǎn)生多個(gè)固定扇形波束，其中每一個(gè)扇形波束都指向孔徑的視場(chǎng)內(nèi)的固定位置。這樣的波束可用于檢測(cè)期望或不期望信號(hào)的位置。
DBF處理器還能夠通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇應(yīng)用于從每個(gè)陣列元件接收到的信號(hào)的波束權(quán)向量來(lái)對(duì)天線(xiàn)方向圖進(jìn)行賦形以產(chǎn)生定向增益抑制特征。通常，通過(guò)選擇空間上分開(kāi)較長(zhǎng)距離的天線(xiàn)元件，可以對(duì)增—、方向圖產(chǎn)生非常深且窄的抑制。然后可以通過(guò)DBF處理器操縱這種定向抑制位于陣列FOV中的干擾源的頂部。
6
由DBF處理器生成的多個(gè)波束的增益還允許在能夠以接近于相同頻率運(yùn)行的空間分開(kāi)的源之間進(jìn)行區(qū)分。特別地，GPS接收系統(tǒng)可以在使用不同的信號(hào)和編碼標(biāo)準(zhǔn)(例如，NAVSTA， Compass和Galileo)運(yùn)行的角度分開(kāi)的GPS衛(wèi)星之間進(jìn)行區(qū)分。多通道接收器對(duì)來(lái)自由陣列元件產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)波束的GPS編碼進(jìn)行相關(guān)。然后，相關(guān)的編碼被傳遞到提取時(shí)間和位置數(shù)據(jù)的GPS定位處理單元。 DBF處理器的下游是陣列處理器，該陣列處理器用于將波束輸出連接到多通道接收器中適當(dāng)?shù)南嚓P(guān)器。多通道接收器內(nèi)的若干相關(guān)器可以被分配給每個(gè)波束。對(duì)于分配給波束的相關(guān)器，只有與該波束覆蓋區(qū)域內(nèi)的GPS衛(wèi)星相關(guān)的編碼才是可用的。高增益GPS跟蹤波束和分配給多通道接收器中指定的相關(guān)器的唯一編碼的結(jié)合，提供了增強(qiáng)的區(qū)分能力。接收器將只響應(yīng)于來(lái)自所選波束的有限角寬度且具有適當(dāng)GPS編碼簽名的信號(hào)。因此，
顯著減少了來(lái)自多路徑效應(yīng)和低功率智能欺騙源的干擾。 GPS接收系統(tǒng)提供多種尋找信號(hào)源位置的方法。首先，接收器可以通過(guò)首先將陣列分為兩個(gè)半波束來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)半檢索(binarysearch)，其中每個(gè)半波束都查看孔徑視場(chǎng)的一半。來(lái)自每個(gè)半波束的接收信號(hào)可以被獨(dú)立地處理以尋找信號(hào)來(lái)確定該信號(hào)位于兩個(gè)半波束之中的哪一個(gè)上。被確定的半波束然后可以再被分為兩個(gè)四分之一波束，并且重復(fù)該處理直到對(duì)于該應(yīng)用足夠精確地知道源的方向。 其次，欺騙或者干擾GPS源的位置可以通過(guò)形成多個(gè)子波束來(lái)定位，每個(gè)子波束被配置為跟蹤視場(chǎng)內(nèi)的衛(wèi)星之一。對(duì)來(lái)自所有GPS源的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以獲取參考位置信息。然后，指向特定源的子波束可以被關(guān)閉或是從多通道接收器中去除，并且可以重復(fù)位置分析。然后，可以依次對(duì)每個(gè)GPS源重復(fù)該處理，以及可以比較位置分析的結(jié)果來(lái)確定哪個(gè)波束包含欺騙GPS信號(hào)。如果存在多個(gè)干擾源，可以重復(fù)該方法， 一次關(guān)閉GPS源中的兩個(gè)來(lái)尋找干擾。 有效地指向陣列和產(chǎn)生子波束的能力取決于校準(zhǔn)處理的精確性，所述校準(zhǔn)處理被設(shè)計(jì)為確定被應(yīng)用在用于特定指向方向的每個(gè)陣列元件的波束加權(quán)因子。這樣的校準(zhǔn)對(duì)于天線(xiàn)元件位于不同平面并且可能朝向不同方向的非平面陣列可以是特別的挑戰(zhàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法解決了這個(gè)問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)室或測(cè)試范圍環(huán)境中，具有相關(guān)天線(xiàn)的信號(hào)產(chǎn)生單元被放置在將被校準(zhǔn)的陣列的遠(yuǎn)場(chǎng)中。信號(hào)發(fā)生器被配置為發(fā)送編碼獲取序列。通過(guò)陣列元件接收校準(zhǔn)信號(hào)，并且相關(guān)器用于與包括時(shí)間參考的記錄的編碼獲取序列進(jìn)行同步以確定每個(gè)天線(xiàn)元件的范圍?？商鎿Q地，來(lái)自陣列元件之一的信號(hào)可以被選擇為參考源。然后來(lái)自剩余陣列單元的每一個(gè)的信號(hào)可以與所選擇的參考源互相關(guān)，將多個(gè)RF通道中的范圍變
化信息和非平衡幅度和相位(或偏差)考慮在內(nèi)，從而計(jì)算出達(dá)到用于選擇的校準(zhǔn)位置的所有元件的相干和所需的適當(dāng)波束權(quán)向量。這些波束加權(quán)因子被存儲(chǔ)在陣列處理器存儲(chǔ)器中，并且為校準(zhǔn)源選擇一個(gè)新的位置。對(duì)多個(gè)不同的校準(zhǔn)源角度重復(fù)該處理來(lái)產(chǎn)生與用于每個(gè)陣列指向角的每個(gè)元件相關(guān)的一組波束權(quán)向量。被校準(zhǔn)的點(diǎn)之間的角度可以通過(guò)插值來(lái)確定，并且測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量取決于特定應(yīng)用所需的指向的精確度。 從上述討論中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，改進(jìn)的多波束GPS接收系統(tǒng)的某些優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)驗(yàn)證下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的具體描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)了解本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。參考將被首先簡(jiǎn)要描述的附圖。


圖l示出了經(jīng)過(guò)本地天頂?shù)腉PS衛(wèi)星在各種仰角所花費(fèi)的相對(duì)時(shí)間；圖2例示了根據(jù)本發(fā)明的多波束接收孔徑的運(yùn)
7行；圖3例示了根據(jù)本發(fā)明的安裝在飛行器表面上的共形的、非平面的多波束接收孔徑；圖 4示出了根據(jù)本發(fā)明的多波束GPS接收系統(tǒng)的框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的用于非平面多波 束GPS接收系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室或測(cè)試范圍校準(zhǔn)系統(tǒng)的框圖；以及圖6例示了根據(jù)本發(fā)明的使用 GPS接收系統(tǒng)的波束賦形的示例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了先進(jìn)的多波束GPS接收系統(tǒng)，其能夠檢測(cè)到多個(gè)干擾信號(hào)并且在干 擾方向上抑制天線(xiàn)方向圖中的增益。在下面的具體描述中，類(lèi)似元件標(biāo)號(hào)用于表示出現(xiàn)在 一個(gè)或多個(gè)圖中的類(lèi)似元件。 圖1例示了從地面或空中平臺(tái)上的觀察者的觀察點(diǎn)看去，GPS星座衛(wèi)星傾向于在 地平線(xiàn)上相對(duì)低的位置花費(fèi)大部分時(shí)間。具體地說(shuō)，相對(duì)于在歸一化的在天頂106的5度 內(nèi)花費(fèi)的時(shí)間來(lái)描繪在特定仰角102所花費(fèi)的相對(duì)時(shí)間104。例如，方塊108示出了對(duì)于經(jīng) 過(guò)本地天頂?shù)男l(wèi)星，在25度仰角的5度內(nèi)觀察到衛(wèi)星的時(shí)間比在天頂附近花費(fèi)的時(shí)間多大 約20% 。對(duì)于不直接經(jīng)過(guò)頭頂?shù)男l(wèi)星，在低仰角處的可視時(shí)間長(zhǎng)度更加顯著，例示出傳統(tǒng)的 大體上全向的GPS天線(xiàn)的低效。 相比之下，圖2例示了由根據(jù)本發(fā)明的GPS接收系統(tǒng)的實(shí)施例產(chǎn)生的波束方向圖。 包括多個(gè)天線(xiàn)陣列元件(未示出)的孔徑202被DBF處理器組織以形成多個(gè)同時(shí)波束，每 個(gè)同時(shí)波束都能夠同時(shí)觀察到GPS衛(wèi)星，例如，204。使用非平面共形孔徑，由于孔徑本身的 阻擋，并非所有的陣列元件都能觀察到天空中的所有GPS衛(wèi)星。然而，在給定時(shí)間能觀察到 GPS衛(wèi)星204的非平面共形陣列的元件越多，陣列通過(guò)波束成形處理在朝向衛(wèi)星的方向上 提供的天線(xiàn)增益就越大。隨著衛(wèi)星和/或用戶(hù)平臺(tái)的移動(dòng)，陣列元件中的一些元件可能被 阻擋，但另外的一些元件可能變?yōu)榭捎?。陣列處理器自?dòng)選擇新的一組元件來(lái)形成指向新 方向的波束來(lái)跟蹤移動(dòng)的衛(wèi)星。圖2例示了在孔徑202視野內(nèi)的6個(gè)這樣的波束(例如， 206)形成為跟蹤單獨(dú)的GPS衛(wèi)星(例如，204)。這個(gè)示例中的波束中的兩個(gè)波束受到強(qiáng)干 擾源208和210的影響，它們通常會(huì)對(duì)接收器提取來(lái)自星座的位置數(shù)據(jù)的的能力有毀滅性 的影響。然而，通過(guò)對(duì)波束進(jìn)行賦形以在干擾源的方向上設(shè)置深且窄的增益抑制特征，接收 器能夠?yàn)槊總€(gè)波束(例如，206)提供能夠克服干擾的強(qiáng)方向選擇能力。
關(guān)于定向增益抑制特征，陣列分辨能力而非陣列增益成為主要的設(shè)計(jì)考慮。增益 抑制特征的深度主要和DBF處理器內(nèi)執(zhí)行的相位和幅度加權(quán)的精確性有關(guān)，并且角寬度和 投影在垂直于干擾信號(hào)方向上的最大元件間距或基線(xiàn)相關(guān)，其中基線(xiàn)被定義為為形成陣列 所選擇的兩個(gè)最遠(yuǎn)的元件之間的距離。應(yīng)當(dāng)注意到為形成給定波束所選擇的陣列元件并不 需要是鄰接的。因此，陣列處理器用于選擇在垂直于干擾方向的投影平面上產(chǎn)生最大基線(xiàn) 的元件。 圖3例示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的共形非平面接收孔徑的示例。這種情況 下，孔徑包括了共形安裝在飛行器302的表面上的空間分離的陣列部分。例如，一些陣列元 件位于機(jī)翼304上， 一些在機(jī)頭306上， 一些在飛行器頂部308上，以及一些在機(jī)尾310上。 在圖中，例示了兩個(gè)不同方向312和314上的波束成形，所述兩個(gè)不同方向312和314對(duì)應(yīng) 于兩個(gè)GPS衛(wèi)星所在的方向。對(duì)于安裝在飛行器機(jī)頭的陣列元件306，方向312上的衛(wèi)星是 不可見(jiàn)的。因此，機(jī)翼304、頂部308、機(jī)尾310上的元件用于構(gòu)建指向該方向的波束。類(lèi)似
8的，對(duì)于位于機(jī)尾310的元件，方向314上的衛(wèi)星是不可見(jiàn)的。因此通過(guò)飛行器的機(jī)翼304， 機(jī)頭306和頂部308上的元件來(lái)形成這個(gè)方向上的波束。當(dāng)飛行器和GPS衛(wèi)星移動(dòng)時(shí)，陣 列處理器選擇要組合的陣列元件以解決視場(chǎng)的改變。當(dāng)然，任何數(shù)量的陣列元件都可以放 置在飛行器的任何表面或其他結(jié)構(gòu)上并且仍然都落在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的多波束GPS接收系統(tǒng)的簡(jiǎn)易框圖。天線(xiàn)陣列元件402接收 GPS信號(hào)，然后GPS信號(hào)被低噪聲放大器(LNA)(例如404)放大，被下變頻(例如406)，然 后被數(shù)字波束成形(DBF)處理器408處理。DBF處理器通過(guò)加權(quán)和求和處理來(lái)調(diào)整輸入信 號(hào)的幅度和相位。加權(quán)步驟包括分別將來(lái)自每個(gè)元件的信號(hào)與復(fù)數(shù)加權(quán)系數(shù)相乘。施加到 每個(gè)信號(hào)的復(fù)數(shù)加權(quán)系數(shù)基于每個(gè)采樣適當(dāng)?shù)卣{(diào)整信號(hào)的幅度和相位，以補(bǔ)償期望波束方 向的元件之間的路徑差異。因此，來(lái)自所選擇的波束方向上的源的每個(gè)元件的加權(quán)信號(hào)變 得相干。當(dāng)加權(quán)信號(hào)被相加時(shí)，來(lái)自所選方向附近的源的發(fā)射功率會(huì)相干地相加，以及來(lái)自 遠(yuǎn)離期望方向的源的功率會(huì)不相干地相加。因此，加權(quán)與求和處理是兩個(gè)向量的點(diǎn)積由通 過(guò)各個(gè)接收元件接收到的信號(hào)組構(gòu)成的信號(hào)向量，以及由代表所需幅度和相位、或需要在 所選方向上創(chuàng)建波束的I/Q調(diào)整的復(fù)數(shù)加權(quán)系數(shù)構(gòu)成的波束權(quán)向量。 為了形成在不同方向上進(jìn)行觀察的多個(gè)同時(shí)波束，多個(gè)波束權(quán)向量(BWV)被用于
與相同接收信號(hào)向量形成多個(gè)點(diǎn)積。所有陣列元件可以組合形成一個(gè)單獨(dú)的覆蓋整個(gè)視場(chǎng) (FOV)的低增益波束，或是指向不同方向的多個(gè)高增益波束，其中每個(gè)波束僅覆蓋整個(gè)FOV 的一部分。陣列處理器還可以選擇待組合的元件組來(lái)同時(shí)形成各種波束。陣列處理器412 可以指示DBF 408使用自適應(yīng)陣列處理算法，該自適應(yīng)陣列處理算法在對(duì)經(jīng)處理的波束輸 出求和之前將適當(dāng)?shù)募訖?quán)因子與每個(gè)經(jīng)處理的波束輸出相關(guān)。通過(guò)允許在干擾信號(hào)方向的 天線(xiàn)方向圖中形成深增益抑制特征來(lái)提供波束賦形能力。之后陣列處理器412將DBF波束 輸出發(fā)送到與陣列FOV內(nèi)的GPS衛(wèi)星進(jìn)行相關(guān)的多通道接收器414中的所選擇的相關(guān)器。
為了抑制干擾信號(hào)，陣列處理器412必須首先確定非期望信號(hào)是從哪個(gè)方向到達(dá) 的。這是通過(guò)利用陣列402和數(shù)字波束成形處理器408的波束成形能力執(zhí)行迭代空間搜索 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，影響GPS星座衛(wèi)星之一的非期望信號(hào)可能導(dǎo)致定位處理器416失敗。陣 列處理器412可以指示DBF 408創(chuàng)建兩個(gè)波束，每個(gè)波束都覆蓋一半天空。由這些半覆蓋 波束中的每個(gè)波束觀察到的衛(wèi)星被相關(guān)聯(lián)以獲GPS位置信息。如果來(lái)自半波束之一的信號(hào) 沒(méi)有被關(guān)聯(lián)或產(chǎn)生不一致的結(jié)果，則干擾的位置將被隔離到該半波束。該區(qū)域然后將被再 分成四分之一波束，以及更進(jìn)一步地，直到找到干擾的準(zhǔn)確指向位置。 根據(jù)本發(fā)明的定位非期望源或干擾源的另一方法是創(chuàng)建多個(gè)點(diǎn)波束，每個(gè)點(diǎn)波束 跟蹤視場(chǎng)中的單個(gè)衛(wèi)星。例如，通過(guò)對(duì)陣列的元件進(jìn)行分組來(lái)創(chuàng)建六個(gè)點(diǎn)波束，并且每個(gè)點(diǎn) 波束可以被操縱朝向六個(gè)可用星座衛(wèi)星之一 (見(jiàn)圖2)。然后，波束之一 (例如206)可以被 關(guān)閉，并且通過(guò)分析來(lái)自剩余5個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)來(lái)獲取導(dǎo)航信息。然后第六個(gè)波束可以被再 打開(kāi)并且關(guān)閉一個(gè)不同的波束。該過(guò)程將被重復(fù)以獲取導(dǎo)航數(shù)據(jù)的六個(gè)分開(kāi)的測(cè)量結(jié)果。 通過(guò)檢驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的一致性，可以確定單獨(dú)丟棄每顆衛(wèi)星的效果，并且可以確定經(jīng)受不期 望干擾的信號(hào)。然后被識(shí)別出的源在接收系統(tǒng)中被標(biāo)記，并且來(lái)自該源的信號(hào)能夠被抑制， 例如通過(guò)對(duì)陣列方向圖進(jìn)行賦形來(lái)最小化在該方向上的增益。當(dāng)然，基于DBF 408的能力， 也可以使用其他空間搜索方法以組合陣列元件402來(lái)形成各種發(fā)射和接收方向圖，并且這 些方法也落在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。
—旦找到干擾源的方向，其影響可以通過(guò)對(duì)陣列方向圖進(jìn)行賦形以最小化該方向 上的增益來(lái)被嚴(yán)格抑制。增益抑制特征的深度及其寬度主要由陣列元件的間距來(lái)決定。因 此，陣列處理器412選擇在垂直于干擾方向的平面的方向上間隔最大的元件。由這些元件 接收到的信號(hào)然后被加權(quán)并求和，以在最小化干擾信號(hào)方向上的增益的同時(shí)保持期望信號(hào) 方向上的陣列增益。通過(guò)該方法，可以獲得50dB以上的抑制率。使用適當(dāng)?shù)年嚵袔缀危?列處理器可以指示DBF抑制接近主波瓣干擾的影響。附近期望信號(hào)受影響的程度取決于陣 列角分辨率，而陣列角分辨率又取決于所選擇的陣列元件分開(kāi)多遠(yuǎn)。 通過(guò)施加權(quán)向量，波束成形和方向圖賦形都可以實(shí)現(xiàn)，權(quán)向量可以通過(guò)形成孔徑 的元件之間的互相關(guān)來(lái)得到。在所有元件都均勻間隔開(kāi)并且具有相同的視場(chǎng)的平面陣列 中，元件之間的互相關(guān)成為簡(jiǎn)單的一維矩陣。對(duì)于可能是不規(guī)則和非平面的更普通的陣列， 互相關(guān)是二維矩陣。該陣列必須被校準(zhǔn)以確定要施加到天線(xiàn)陣列元件的適當(dāng)加權(quán)因子來(lái)操 縱波束。圖5例示了用于根據(jù)本發(fā)明的GPS接收系統(tǒng)的實(shí)施例的校準(zhǔn)處理。 一旦陣列元件 已經(jīng)按其最終配置被安裝，就執(zhí)行該校準(zhǔn)過(guò)程。例如，包括共形安裝在飛行器表面上的元件 的陣列可以在飛行器機(jī)庫(kù)中原地被校準(zhǔn)(見(jiàn)圖3)。 校準(zhǔn)處理的目的是測(cè)量與不同波束指向方向上的點(diǎn)波束相關(guān)的孔徑的波束權(quán)向 量。這些波束權(quán)向量是相關(guān)器516的輸出520，相關(guān)器516將來(lái)自給定波束指向方向的孔 徑的所有陣列元件(例如506)的測(cè)量信號(hào)522和524進(jìn)行互相關(guān)。來(lái)自每個(gè)元件的信號(hào) (例如506)被低噪聲放大器(LNA) 508接收，被下變頻510，以及被模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 512數(shù) 字化。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在PCI接口 514上被收集并被發(fā)送至PC 518。然后PC將測(cè)量的信號(hào)數(shù)據(jù) 傳輸?shù)交ハ嚓P(guān)器516。當(dāng)然，也可以使用PCI之外的本領(lǐng)域已知接口，以及可以使用通用處 理器、DSP系統(tǒng)、專(zhuān)用硬件處理器、或其他本領(lǐng)域已知處理系統(tǒng)來(lái)代替PC對(duì)陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理。 信號(hào)發(fā)生器502及其相關(guān)天線(xiàn)504布置在孔徑遠(yuǎn)場(chǎng)中的多個(gè)位置上。對(duì)于每個(gè) 將被測(cè)量的位置，從一個(gè)元件接收到的信號(hào)(例如S》被作為基準(zhǔn)。該信號(hào)與所有其他信 號(hào)522互相關(guān)516，以計(jì)算適當(dāng)?shù)臋?quán)向量520，該權(quán)向量520補(bǔ)償相對(duì)于來(lái)自期望方向的 信號(hào)的陣列元件之間的路徑長(zhǎng)度差異，使所有的加權(quán)信號(hào)同相地求和。注意，這種相向量 (phase vector)的對(duì)準(zhǔn)可以被執(zhí)行，盡管孔徑元件(例如506)可能不是共面的或沒(méi)有朝 向相同方向校準(zhǔn)方法利用編碼序列來(lái)從本質(zhì)上為定相算法增加額外的約束。序列編碼信 號(hào)被信號(hào)發(fā)生器502廣播，并且校準(zhǔn)系統(tǒng)中的采樣接收器526通過(guò)由現(xiàn)有技術(shù)中已知方法 同步至編碼序列來(lái)測(cè)量相對(duì)于信號(hào)發(fā)生器的位置的范圍信息。該測(cè)量允許由孔徑元件的非 平面特性、以及非平衡通道幅度和相位導(dǎo)致的范圍的變化，其將在權(quán)向量的計(jì)算中被補(bǔ)償。 此后，相關(guān)向量可以被用來(lái)得到用于點(diǎn)波束的波束權(quán)向量(BWV)，其包含了給定點(diǎn). 的相位梯度和DBF陣列的多個(gè)RF通道之間的相關(guān)非平衡偏移。然后可以使用對(duì)應(yīng)于多于 陣列元件的數(shù)量的波束位置的BWV組來(lái)得到并分離出RF電子偏移的貢獻(xiàn)和孔徑相位傳播 (progression)的貢獻(xiàn)。使用該信息，可以計(jì)算出新的BWV以創(chuàng)建全陣列點(diǎn)波束或部分陣列 點(diǎn)波束、賦形的波束或在特定非期望信號(hào)的方向上具有深度抑制的定向增益的波束。
應(yīng)該注意，在非平面陣列的情況下，一些元件在某些波束方向的視場(chǎng)可能被天線(xiàn) 的結(jié)構(gòu)元件遮擋。這些元件因此不能被用來(lái)形成在該方向上的波束，并且它們必須從用于 計(jì)算該方向的波束權(quán)向量的互相關(guān)中去除。因此，校準(zhǔn)算法將設(shè)置接收信號(hào)閾值，高于該接收信號(hào)閾值的元件才會(huì)被包含到相關(guān)處理中。 對(duì)于大寬帶上運(yùn)行的大陣列，波束成形和方向圖賦形都必須考慮時(shí)間延遲和相位 旋轉(zhuǎn)。然而，GPS接收器陣列中的元件的數(shù)量?jī)A向于小于大約15，最大間隔通常小于大約10 個(gè)波長(zhǎng)，并且信號(hào)帶寬傾向于小于10%。使用這樣的約束，對(duì)于GPS波束成形處理，在確定 元件權(quán)重中僅僅相位旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償通常就足夠了。然而，使用具有本領(lǐng)域已知的先進(jìn)信號(hào)處理 方法(例如有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波)的相同技術(shù)還可以均衡大移動(dòng)平臺(tái)的時(shí)間延遲。
圖6示出了使用包括兩個(gè)貼片元件的簡(jiǎn)單天線(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定向增 益抑制特性的示例。通過(guò)對(duì)來(lái)自?xún)蓚€(gè)貼片元件的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)和求和來(lái)產(chǎn)生特定角度的發(fā) 射方向圖中的零點(diǎn)(皿ll)。在圖6中，繪出了沿垂直軸602的以dB為單位的發(fā)射強(qiáng)度，其 作為沿水平軸604繪出的以度為單位的距離垂直方向的角度的函數(shù)。在該示例中，每個(gè)發(fā) 射貼片具有入/4的尺寸，其中A是發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)。每個(gè)貼片的孔位(boresite)增益是 3dB，并且兩個(gè)元件間隔距離A/2。在圖中繪出并在索引606中列出的15個(gè)軌跡中的每一 個(gè)都對(duì)應(yīng)于施加到兩個(gè)元件的不同加權(quán)因子組。在該示例中，僅信號(hào)的相位被調(diào)整，但更一 般的是，幅度和相位都被調(diào)整。通過(guò)在將來(lái)自?xún)蓚€(gè)發(fā)射元件的信號(hào)求和時(shí)改變信號(hào)之間的 相對(duì)相位，零點(diǎn)從-35度的軌跡J8掃至+35度的軌跡610。在該示例的有限網(wǎng)格間隔中， 零點(diǎn)深度延伸超過(guò)30dB。然而，使用10位精度加權(quán)因子，計(jì)算出的零點(diǎn)的深度超過(guò)50dB。
在該示例中，定義為低于漸近水平5dB并由元素612表示的零點(diǎn)的寬度大約為 三十度。因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)匾种聘蓴_方向上的陣列的增益，即使使用該示例的2元件系統(tǒng)， 位于距離GPS衛(wèi)星15度并且具有1/1的干擾信號(hào)比的干擾源也能夠相對(duì)于期望GPS信號(hào) 被抑制25dB。通常，隨著陣列元件之間的間隔的增加，增益抑制特性的角寬度減小。
根據(jù)本發(fā)明的GPS接收器系統(tǒng)的另一實(shí)施例使得能夠同時(shí)使用多個(gè)獨(dú)立的基于 空間的導(dǎo)航系統(tǒng)，例如所提出的Galileo或Compass系統(tǒng)?？讖娇梢员挥脕?lái)同時(shí)形成用于 多個(gè)系統(tǒng)的多個(gè)波束。每個(gè)波束可以跟蹤單個(gè)衛(wèi)星或來(lái)自不同系統(tǒng)的多個(gè)衛(wèi)星。當(dāng)然，各 種系統(tǒng)的運(yùn)行頻率必須位于孔徑的運(yùn)行帶寬內(nèi)。系統(tǒng)可以使用所有可用的空間資源，從而 提供更好的可用性并改進(jìn)位置和時(shí)間測(cè)量的完整性。可替換地，先進(jìn)的多波束GPS天線(xiàn)可 以被配置為僅使用一個(gè)基于空間的導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)操作，保持與使用相同波形和相同頻帶的其 他系統(tǒng)的完全隔離。 因此，實(shí)現(xiàn)了能夠同時(shí)產(chǎn)生多波束并動(dòng)態(tài)檢測(cè)和抑制多個(gè)干擾信號(hào)的先進(jìn)的GPS 接收系統(tǒng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易地意識(shí)到本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)，并且應(yīng)該理解在本發(fā)明的 范圍和精神內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)各種變型、適應(yīng)性修改及其可替換實(shí)施例。本發(fā)明由下面的權(quán)利要 求進(jìn)一步限定。
權(quán)利要求
一種全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器，包括多個(gè)天線(xiàn)元件，適于接收來(lái)自多個(gè)GPS衛(wèi)星的信號(hào)；至少一個(gè)下變頻器，連接至所述多個(gè)天線(xiàn)元件，并且適于將來(lái)自所述多個(gè)天線(xiàn)元件的信號(hào)下變頻為中頻和基帶頻率中的至少一個(gè)，以形成多個(gè)下變頻信號(hào)；多通道接收器，包括多個(gè)相關(guān)器，所述多個(gè)相關(guān)器適于對(duì)所述多個(gè)下變頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)以形成多個(gè)相關(guān)信號(hào)；GPS定位處理單元，連接至所述多通道接收器，并且適于從所述多個(gè)相關(guān)信號(hào)中提取時(shí)間和位置數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)元件，適于存儲(chǔ)包括與所述多個(gè)天線(xiàn)元件中的一些天線(xiàn)元件相關(guān)的波束權(quán)向量的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；數(shù)字波束成形(DBF)處理器，適于將所述波束權(quán)向量施加到所述多個(gè)下變頻信號(hào)，以形成多個(gè)加權(quán)下變頻信號(hào)；選擇性地組合所述多個(gè)加權(quán)下變頻信號(hào)中的一些加權(quán)下變頻信號(hào)；由所述多個(gè)加權(quán)下變頻信號(hào)中的一些加權(quán)下變頻信號(hào)的組合形成至少一個(gè)相干波束；以及由所述多個(gè)加權(quán)下變頻信號(hào)中的一些加權(quán)下變頻信號(hào)的組合形成至少一個(gè)定向增益抑制特征；以及陣列處理器，適于動(dòng)態(tài)地選擇發(fā)送信號(hào)至所述DBF處理器的所述多個(gè)天線(xiàn)元件中的一些天線(xiàn)元件；動(dòng)態(tài)地更改所述波束權(quán)向量來(lái)改變所述至少一個(gè)相干波束的指向方向；動(dòng)態(tài)地將與所述至少一個(gè)相干波束相關(guān)的所述多個(gè)下變頻信號(hào)分配至所述多通道接收器中的所述多個(gè)相關(guān)器中的相應(yīng)的相關(guān)器；以及動(dòng)態(tài)地更改所述波束權(quán)向量來(lái)改變所述至少一個(gè)定向增益抑制特征的角坐標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS接收器，其中，所述多個(gè)天線(xiàn)元件被配置為分布在平面表 面上的陣列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS接收器，其中，所述多個(gè)天線(xiàn)元件彼配置為不被包含在單 個(gè)平面內(nèi)的陣列。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS接收器，其中，由所述DBF處理器形成的所述至少一個(gè)相 干波束包括由所述多個(gè)天線(xiàn)元件的所有天線(xiàn)元件的組合形成的單個(gè)波束。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS接收器，其中，由所述DBF處理器形成的所述至少一個(gè)相 干波束包括多個(gè)合成波束，其中所述多個(gè)合成波束中的每個(gè)都被配置為接收來(lái)自所述多個(gè) GPS衛(wèi)星之一的信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的GPS接收器，其中，由所述DBF處理器形成的所述至少一個(gè)相 干波束包括動(dòng)態(tài)合成賦形波束，被配置為接收來(lái)自任何所述多個(gè)天線(xiàn)元件正從其接收信號(hào) 的多個(gè)GPS衛(wèi)星中所有GPS衛(wèi)星的信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS接收器，其中，由所述陣列處理器形成的所述至少一個(gè)相 干波束包括動(dòng)態(tài)合成賦形波束，被配置為接收來(lái)自任何所述多個(gè)天線(xiàn)元件正從其接收信號(hào) 的多個(gè)GPS衛(wèi)星中除了一個(gè)GPS衛(wèi)星之外的其它所有GPS衛(wèi)星的信號(hào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS接收器，其中，由所述DBF處理器形成的所述至少一個(gè)相干波束包括適于觀察固定角度區(qū)域的至少一個(gè)固定扇形波束。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS接收器，其中，所述多通道接收器和所述GPS定位處理單元適于處理來(lái)自多于一個(gè)GPS信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
10. —種全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器，包括多個(gè)天線(xiàn)元件，適于接收來(lái)自多個(gè)GPS衛(wèi)星的信號(hào)，其中所述多個(gè)天線(xiàn)元件被配置為不被包括在單個(gè)平面內(nèi)的接收陣列；至少一個(gè)下變頻器，連接至所述多個(gè)天線(xiàn)元件，并且適于將來(lái)自所述多個(gè)天線(xiàn)元件的信號(hào)下變頻為中頻和基帶頻率中的至少一個(gè)，以形成多個(gè)下變頻信號(hào)；多通道接收器，包括多個(gè)相關(guān)器，所述多個(gè)相關(guān)器適于對(duì)所述多個(gè)下交頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)，以創(chuàng)建多個(gè)相關(guān)信號(hào)；GPS定位處理單元，連接至所述多通道接收器，并且適于從所述多個(gè)相關(guān)信號(hào)中提取時(shí)間和位置數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)元件，適于存儲(chǔ)包括與所述多個(gè)天線(xiàn)元件中的一些天線(xiàn)元件::.:::波束權(quán)向量的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；以及數(shù)字波束成形(DBF)處理器，適于將所述波束權(quán)向量施加到所述多個(gè)下變頻信號(hào)，以形成多個(gè)加權(quán)下變頻信號(hào)；選擇性地組合所述多個(gè)加權(quán)下變頻信號(hào)中的一些加權(quán)下變頻信號(hào)；以及由所述多個(gè)加權(quán)下變頻信號(hào)中的一些加權(quán)下變頻信號(hào)的組合創(chuàng)建多個(gè)相干波束；以及陣列處理器，適于動(dòng)態(tài)地選擇發(fā)送信號(hào)至所述DBF處理器的所述多個(gè)天線(xiàn)元件的中的一些天線(xiàn)元件；將所述多個(gè)相干波束中的一些相干波束與所述多個(gè)GPS衛(wèi)星中相應(yīng)的一些GPS衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)；以及動(dòng)態(tài)地更改所述波束權(quán)向量來(lái)使所述多個(gè)相干波束跟蹤所述多個(gè)GPS衛(wèi)星中相應(yīng)的GPS衛(wèi)星。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的GPS接收器，其中，所述多通道接收器和所述GPS定位處理單元適于處理來(lái)自多于一個(gè)GPS信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的GPS接收器，其中，所述DBF處理器還適于由所述多個(gè)加權(quán)下變頻信號(hào)中的一些加權(quán)下變頻信號(hào)的組合形成至少一個(gè)定向增益抑制特征。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的GPS接收器，其中，所述DBF處理器還適于動(dòng)態(tài)地更改所述波束權(quán)向量以改變所述至少一個(gè)定向增益抑制特征的角坐標(biāo)。
14. 在包括適于接收來(lái)自視場(chǎng)內(nèi)的多個(gè)GPS衛(wèi)星的信號(hào)的多個(gè)天線(xiàn)元件的全球定位系統(tǒng)(GPS)中，一種確定信號(hào)源的方向的方法，包括以下步驟組合來(lái)自所述多個(gè)天線(xiàn)元件的信號(hào)以至少形成第一波束和第二波束，其中所述第一波束與所述第二波束不重疊；以及所述第一波束和所述第二波束合在一起基本上覆蓋了所述視場(chǎng)；獨(dú)立地處理所述第一波束和所述第二波束；檢查經(jīng)處理的數(shù)據(jù)以確定所述信號(hào)源是與所述第一波束相關(guān)還是與所述第二波束相關(guān)；減少所述視場(chǎng)以包括被與所述信號(hào)源相關(guān)的所述第一波束和所述第二波束之一覆蓋的區(qū)域；對(duì)于減少的視場(chǎng)重復(fù)形成第一波束和第二波束的步驟，獨(dú)立地處理所述第一波束和所述第二波束，檢查所述經(jīng)處理的數(shù)據(jù)，以及減少所述視場(chǎng)，直到足夠精確地確定所述信號(hào)源的方向。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的源定位的方法，其中，所述組合來(lái)自所述多個(gè)天線(xiàn)元件的信號(hào)的步驟還包括創(chuàng)建多個(gè)固定扇形波束，其中所述多個(gè)固定扇形波束的每一個(gè)都適于觀察所述視場(chǎng)的固定角度區(qū)域。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的源定位的方法，其中，所述組合來(lái)自所述多個(gè)天線(xiàn)元件的信號(hào)的步驟還包括創(chuàng)建多個(gè)跟蹤波束，其中所述多個(gè)跟蹤波束的每一個(gè)都適于跟蹤所述多個(gè)GPS衛(wèi)星中相應(yīng)的一個(gè)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的源定位的方法，其中，所述獨(dú)立地處理所述第一波束和所述第二波束的步驟還包括選擇性地去除與所述多個(gè)GPS衛(wèi)星中的至少一個(gè)相關(guān)的信號(hào)。
18. 在包括被配置為接收陣列的多個(gè)天線(xiàn)元件、GPS定位處理單元、數(shù)字波束成形(DBF)處理器、陣列處理器和信號(hào)產(chǎn)生單元的全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器系統(tǒng)中，一種校準(zhǔn)所述GPS接收器系統(tǒng)的方法，包括以下步驟將所述信號(hào)產(chǎn)生單元放置在接收陣列的遠(yuǎn)場(chǎng)中的所選擇的校準(zhǔn)位直上；從所述信號(hào)產(chǎn)生單元廣播由捕獲碼調(diào)制的射頻信號(hào)；由所述多個(gè)天線(xiàn)元件接收來(lái)自所述信號(hào)產(chǎn)生單元的信號(hào)；對(duì)由所述多個(gè)天線(xiàn)元件接收的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化；收集與所述多個(gè)天線(xiàn)元件的每一個(gè)相關(guān)的范圍數(shù)據(jù)；在由所述多個(gè)天線(xiàn)元件接收的信號(hào)中選擇參考信號(hào)；將由所述多個(gè)天線(xiàn)元件接收的信號(hào)中的每一個(gè)與所選擇的所述參考信號(hào)進(jìn)行相關(guān)；對(duì)所選擇的所述信號(hào)產(chǎn)生單元的校準(zhǔn)位置，計(jì)算與所述多個(gè)天線(xiàn)元件中的每一個(gè)相關(guān)的多個(gè)波束權(quán)向量(BWV);在所述陣列處理器中存儲(chǔ)所述多個(gè)BWV ;為所述信號(hào)產(chǎn)生單元選擇新的校準(zhǔn)位置；以及為所述新選擇的校準(zhǔn)位置重復(fù)所述校準(zhǔn)處理。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述計(jì)算多個(gè)波束權(quán)向量的步驟還包括以下步驟中的至少一個(gè)計(jì)算相位校正因子；計(jì)算時(shí)間延遲校正因子；以及計(jì)算幅度校正因子。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，所述計(jì)算多個(gè)波束權(quán)向量的步驟還包括以下步驟通過(guò)應(yīng)用從所述GPS定位處理單元收集的所述范圍數(shù)據(jù)獲得的校正因子，補(bǔ)償沒(méi)有位于相同平面中的天線(xiàn)元件。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述計(jì)算多個(gè)波束權(quán)向量的步驟還包括以下步驟通過(guò)應(yīng)用從所述GPS定位處理單元收集的范圍數(shù)據(jù)獲得的校正因子，補(bǔ)償天線(xiàn)元件之間的幅度和相位上的電子偏移。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種先進(jìn)的多波束GPS接收系統(tǒng)，其能夠同時(shí)獨(dú)立地跟蹤多個(gè)GPS衛(wèi)星、單獨(dú)檢測(cè)多個(gè)干擾信號(hào)，以及抑制在干擾方向上的每個(gè)波束的天線(xiàn)方向圖中的定向增益。該GPS接收系統(tǒng)可以被用于平面或非平面接收陣列，包括共形應(yīng)用于諸如飛行器的平臺(tái)表面的陣列。GPS接收器將空間濾波和捕獲碼相關(guān)進(jìn)行結(jié)合以用于增強(qiáng)對(duì)干擾源的抑制。GPS衛(wèi)星方向上的增強(qiáng)增益和對(duì)波束方向圖進(jìn)行賦形以抑制干擾源的方向上的增益的能力使得GPS接收系統(tǒng)對(duì)困擾傳統(tǒng)GPS接收器的干擾和阻塞信號(hào)非常不敏感。
文檔編號(hào)G01S19/21GK101765785SQ200880024217
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者章成棟 申請(qǐng)人:空間數(shù)碼系統(tǒng)公司