本發明專利技術公開了一種天線的時延和相位調整裝置和方法。所述方法包括：根據當前時刻時延和相位差估計值及前一時刻時延調整值和相位調整值得到當前時刻時延調整值和相位調整值；根據當前時刻時延調整值計算得到整數倍時延值和分數倍時延值；根據分數倍時延值調整采樣時鐘信號相位，得到經過分數倍延時后的采樣時鐘信號；利用經過分數倍延時后的采樣時鐘信號對天線信號進行采樣，得到經分數倍時延的數字天線信號；利用所述整數倍延時值對所述經分數倍延時的數字天線信號進行調整，得到經時延調整的數字天線信號；利用相位差估計值得到二次混頻用信號，并用二次混頻信號對經時延調整的數字天線信號進行二次混頻，得到經時延和相位差調整的天線信號。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及深空探測領域，特別涉及。
技術介紹
深空探測中遠距離的通信對射電望遠鏡的性能提出了新的需求。由于開發成本的提高和技術的限制，單個天線G / T值的提高已經到了停滯狀態。美國深空網(DSN)戰略計劃已經明確了可能的增長途徑:采用射頻頻段，通過大量小天線組陣的方法獲得更高的天線增益。天線組陣所提供的優點是，能以比用單個天線所接收的更高數據率接收數據，它具有許多令人渴望的優勢:更好的性能、更強的工作穩健性、更低的建造費用、更好的計劃靈活性和對射電天文科學研究更廣泛的支持。天線組陣可以降低對單天線指向精度等指標的要求，采用大規模的小天線可以大大降低建設成本。天線陣的輸出是進入合成器所有輸入信號的加權和。各天線之間的時延和相位的調整精度對信號的合成性能有直接的影響。而隨科學應用對深空探測數據量的迅猛增加，深空網下行數據傳輸正向高頻段和高碼速率的方向發展。目前，通過組陣的方式，美國深空探測火星的最大碼速率(距離地球0.6Au時)為60Mbps，預計2020年在X頻段和Ka頻段分別最大可達400Mbps和1.2Gbps。如此高頻率和碼速率對時延和相位的調整精度提出了極高要求。對于數字信號，時延和相位調整方法一般選擇在時域或頻域進行。在時域調整時，時延的整數部分的時延(相對于采樣周期)易于實現，通常采用存儲器或寄存器等實現；而分數部分的時延一般采用插值或濾波器的的方式實現，計算量較大，且難于實現精確調整。在頻域調整時，由于需要將信號先進行傅里葉變換，調整完成后再進行逆傅里葉變換，計算量較大，且由于硬件條件的限制會影響信號的處理精度。
技術實現思路
為了提高深空探測天線組陣中信號合成的時延和相位調整精度，并降低計算量，本專利技術提出了一種天線組陣中時延和相位調整的方法與裝置。根據本專利技術一方面，其提供了一種天線的時延和相位調整裝置，包括:時延和相位累加模塊，根據當前時刻時延和相位差估計值以及前一時刻的時延調整值和相位調整值得到當前時刻時延調整值和相位調整值；整數與分數倍時延計算模塊，其根據當前時刻時延調整值計算得到整數倍時延值和分數倍時延值；采樣時鐘相位調整模塊，根據分數倍時延值調整采樣時鐘信號的相位,得到經過分數倍延時后的采樣時鐘信號；模數轉換模塊，其利用所述經過分數倍延時后的采樣時鐘信號對天線信號進行采樣，得到經分數倍時延的數字天線信號；整數倍時延調整模塊，利用所述整數倍延時值對所述經分數倍延時的數字天線信號進行調整，得到經時延調整的數字天線信號；相位調整模塊，利用相位差估計值計算得到二次混頻用信號，并利用二次混頻用信號對所述經時延調整的數字天線信號進行二次混頻，得到經時延和相位差調整的天線信號。根據本專利技術另一方面，其提供了一種天線的時延和相位調整方法，包括:根據當前時刻時延和相位差估計值以及前一時刻的時延調整值和相位調整值得到當前時刻時延調整值和相位調整值；根據當前時刻時延調整值計算得到整數倍時延值和分數倍時延值；根據分數倍時延值調整采樣時鐘信號的相位，得到經過分數倍延時后的采樣時鐘信號;利用所述經過分數倍延時后的采樣時鐘信號對天線信號進行采樣，得到經分數倍時延的數字天線信號；利用所述整數倍延時值對所述經分數倍延時的數字天線信號進行調整，得到經時延調整的數字天線信號；利用相位差估計值計算得到二次混頻用信號，并利用二次混頻用信號對所述經時延調整的數字天線信號進行二次混頻，得到經時延和相位差調整的天線信號。本專利技術中天線信號經下變頻和帶通濾波后，變頻為中頻信號，然后通過模數轉換器(ADC)進行采樣。時延的調整分為采樣周期的整數倍時延和分數倍時延兩部分進行，整數倍時延采用傳統的存儲器或寄存器等進行調整，實現采樣信號的位同步；分數倍時延通過調整模數轉換器(ADC)采樣時鐘的相位實現。相位的調整是在進行信號的二次下變頻時，通過對混頻余弦信號的相位進行實時調整實現的。本專利技術提出上述方案與傳統的調整方案相比，由于分數倍時延的調整通過對ADC時鐘相位的調整來實現，相位調整通過二次混頻的方法實現，不需要進行計算量較大的傅里葉變換和濾波方法，能夠降低信號的失真，以較小的計算量實現時延和相位的高精度調整。對天線組陣的信號合成具有重要的意義，尤其是當天線陣中天線數量較大時，能夠大大節省硬件的性能需求。【附圖說明】圖1是包含本專利技術時延和相位調整裝置的天線組陣信號接收系統示意圖；圖2是本專利技術中時延和相位調整裝置的結構示意圖；圖3 (A)和圖3 (B是本專利技術中分數倍時延調整前天線信號采樣示意圖，其中圖3 (A)為調整前的天線信號包絡的幅度曲線；圖3(B)為相位調整前的采樣時鐘曲線；圖4(A)和圖4(B)為圖3(A)和圖3(B)中的采樣時鐘相位向前調整了 0.3倍采樣周期后的曲線示意圖；圖5是本專利技術中整數倍時延調整后天線信號的示意圖。【具體實施方式】為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術作進一步的詳細說明。圖1是包含本專利技術時延和相位調整裝置的天線組陣信號接收系統結構示意圖(以SUMPLE方法為例)。如圖1所示，所述接收系統由天線、低噪聲放大器(LNA)、下變頻器、帶通濾波器、頻率和時統模塊、時延和相位調整模塊、時延和相位差估計模塊、減法器、信號合成模塊以及解調接收機等組成。各天線接收到的探測器信號，經過低噪聲放大器進行的功率放大、下變頻器進行的下變頻、帶通濾波器進行的濾波和經時延和相位調整模塊采樣后得到的數字信號被稱作天線信號。應該注意，所述天線信號是經過預處理所得的信號，而前述低噪聲放大器(LNA)、下變頻器、時延和相位差估計等模塊所進行的處理只是示例性的預處理。本領域技術人員可以理解，所述預處理不限于這一種方式，而可以通過添加其它的裝置或去掉某一裝置(例如，低噪聲放大器)或者調整執行預處理的裝置的次序來改變預處理的方式。時延和相位調整模塊通過從時延和相位差估計模塊獲得的時延和相位差，對各路天線信號進行時延和相位調整后得到調整后的信號，實現各天線信號之間的時延和相位對齊。時延和相位調整模塊同時從頻率和時統模塊獲得頻標信號，用于為ADC模塊采樣提供頻率基準。其中，本專利技術提供了新的時延和相位差調整方式。時延和相位差估計模塊采用成熟的估計方法，例如時域或頻域的互相關估計方法等。多路調整后的信號經由信號合成器進行信號合成以獲得合成信號并送往解調接收機進行解調等后續處理。其中，時延和相位差的產生過程如下，作為參考信號的合成信號通過減法器(圖1中以減號加圓圈表示)與每路調整后的信號相減得到差值，之后時延和相位差估計模塊對所得到的差值和對應的此路調整后的信號進行處理以獲得下一時刻的相位差和時延估計值，并提供給時延和相位調整模塊。圖2示出了本專利技術中時延和相位調整裝置的結構示意圖。如圖2所示，時延和相位調整裝置包括:時延和相位累加模塊、整數與分數倍時延計算模塊、采樣時鐘相位調整模塊、模數轉換(ADC)模塊、整數倍時延調整模塊、相位補償計算模塊、余弦信號生成模塊、二次混頻模塊和低通濾波模塊。時延估計值經整數與分數倍時延計算模塊分別獲得整數倍和分數倍時延值，分數倍時延值經采樣時鐘相位調整模塊實現時鐘信號的相位調整，并輸出至模數轉換模塊實現天線信號的數字采集和分數倍時延調整；整數倍時延調整模塊本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種天線的時延和相位調整裝置，其包括：?時延和相位累加模塊，根據當前時刻時延和相位差估計值以及前一時刻的時延調整值和相位調整值得到當前時刻時延調整值和相位調整值；?整數與分數倍時延計算模塊，其根據當前時刻時延調整值計算得到整數倍時延值和分數倍時延值；?采樣時鐘相位調整模塊，根據分數倍時延值調整采樣時鐘信號的相位，得到經過分數倍延時后的采樣時鐘信號；?模數轉換模塊，其利用所述經過分數倍延時后的采樣時鐘信號對天線信號進行采樣，得到經分數倍時延的數字天線信號；?整數倍時延調整模塊，利用所述整數倍延時值對所述經分數倍延時的數字天線信號進行調整，得到經時延調整的數字天線信號；?相位調整模塊，利用相位差估計值計算得到二次混頻用信號，并利用二次混頻用信號對所述經時延調整的數字天線信號進行二次混頻，得到經時延和相位差調整的天線信號。
【技術特征摘要】
1.一種天線的時延和相位調整裝置，其包括: 時延和相位累加模塊，根據當前時刻時延和相位差估計值以及前一時刻的時延調整值和相位調整值得到當前時刻時延調整值和相位調整值； 整數與分數倍時延計算模塊，其根據當前時刻時延調整值計算得到整數倍時延值和分數倍時延值； 采樣時鐘相位調整模塊，根據分數倍時延值調整采樣時鐘信號的相位，得到經過分數倍延時后的采樣時鐘信號； 模數轉換模塊，其利用所述經過分數倍延時后的采樣時鐘信號對天線信號進行采樣，得到經分數倍時延的數字天線信號； 整數倍時延調整模塊，利用所述整數倍延時值對所述經分數倍延時的數字天線信號進行調整，得到經時延調整的數字天線信號； 相位調整模塊，利用相位差估計值計算得到二次混頻用信號，并利用二次混頻用信號對所述經時延調整的數字天線信號進行二次混頻，得到經時延和相位差調整的天線信號。2.如權利要求1所述的裝置，其中，整數與分數倍時延計算模塊中整數倍時延如下計算: 3.如權利要求1-2任一項所述的裝置，其中，分數倍時延值如下計算: 4.如權利要求1所述的裝置，其中，采樣時鐘相位調整模塊如下計算得到經過分數倍延時后的采樣時鐘信號: 5.如權利要求1所述的裝置，其中，所述模數轉換模塊中輸入的天線信號為經預處理后的天線信號，其表達式如下所示: 6.如權利要求5所述的裝置，其中，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孔德慶，張洪波，朱新穎，姜正陽，何若愚，李臣，李春來，
申請(專利權)人：中國科學院國家天文臺，
類型：發明
國別省市：北京;11
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