Ka和Ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置和方法

本技术属于卫星通信干扰防护，更具体地，涉及一种ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置和方法。

背景技术：

1、卫星通信是一种依靠卫星中继实现远距离信息传输的无线通信技术，尤其是在远距离超视距高速数据传输等应用场景中，卫星通信具有不可替代的地位。卫星通信是电磁干扰的重要，提升卫星通信的电磁干扰防护能力具有重要的现实价值。

2、使用阵列天线波束形成可以提高卫通地面站的干扰抑制能力。简单来说，通过多个天线单元接收信号，然后对接收信号进行矢量合成，使合成波束零陷方向对准干扰源，从而实现干扰抑制。在通信干扰对消技术领域，常使用自适应滤波算法实现干扰对消功能，最小均方(least mean square,lms)算法及其变种具有结构简单、复杂度低的特点，被广泛应用。

3、基于阵列天线波束形成的卫星通信干扰抑制技术在发展过程中面临以下难点：第一，单个卫通地面站可同时工作在ku、ka等多个通信频段，但是传统的波束形成干扰抑制方法只支持一个通信频段，例如ku或者ka频段，不能同时支持多个频段的抗干扰。采用独立的硬件电路分别实现ku和ka频段的抗干扰处理，硬件复杂度高、成本高。第二，同一卫通地面站可同时使用多个通信模式，例如时分多址(time division multiple access,tdma)、频分多址(frequency division multiple access,fdma)通信模式等，并且实际中多种通信模式可能工作在多个频点。而传统的卫星通信抗干扰技术只能处理单个频点或两个频点或某种通信模式，不支持多频点、多通信模式的卫通终端。第三，卫通地面站一般采用一副抛物面天线接收多个工作频点、多个不同通信模式的下行信号，然后通过射频开关矩阵不同通信模式的接收信号分配给多个不同的卫通终端，难以对各个终端独立进行处理而不相互影响。

4、cn113922889a公开了一种ku和ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置，通过采用工作在不同频段的取样天线单元组合实现多个频段的干扰信号空间采样，同时采用多个信号处理模块分别处理分布在任意频段、任意频点的通信信号，从而实现了ku/ka双频段、多频点波束形成抗干扰，有效克服了传统方案只能处理分布在同一频段的单个或两个频点的通信信号。

5、但是，该ku和ka双频段卫通地面站的多频点干扰对消装置接入在卫通天线与卫通地面站终端之间，不适用于具有射频开关矩阵的卫通地面站，且该接入方式无法完全解耦该卫通地面站终端与其它卫通地面站终端之间的相互影响。

技术实现思路

1、针对相关技术存在的缺陷，本技术实施例提供一种ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置和方法，旨在解决具有射频开关矩阵的卫通地面站不适用和多卫通地面站终端之间相互影响的问题。

2、第一方面，本技术实施例提供一种ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置，包括：

3、干扰对消装置接入在卫通地面站的射频开关矩阵的输出端口和不同卫通终端的输入端口之间；

4、干扰对消装置包括：

5、取样天线模块，包括n个取样天线单元，取样天线单元用于从空间中采集ku频段取样信号和ka频段取样信号；

6、射频接收模块，包括n个射频接收组件组，射频接收组件组包括ku频段射频接收组件和ka频段射频接收组件，用于基于卫通天线在ku频段下的极化方式选择ku频段取样信号的极化方向，基于卫通天线在ka频段下的极化方式选择ka频段取样信号的极化方向，并将采集到的ku频段取样信号转换为ku频段取样中频信号，将采集到的ka频段取样信号转换为ka频段取样中频信号；

7、取样信号选择模块，包括n个2×f射频开关矩阵，2×f射频开关矩阵用于将ku频段取样中频信号划分为f个ku频段取样中频子信号，将ka频段取样中频信号划分为f个ka频段取样中频子信号，并基于第f个卫通终端的工作频段选择第f个ku频段取样中频子信号或第f个ka频段取样中频子信号；

8、信号处理模块，包括f个信号处理单元，第f个信号处理单元用于基于n个2×f射频开关矩阵输入的n路目标频段取样中频子信号，通过自适应滤波算法对第f个卫通信号进行干扰对消，获取不含干扰的干扰对消输出信号；

9、其中，目标频段取样中频子信号的频段与第f个卫通终端的工作频段相同，第f个卫通信号为第f个卫通终端的卫通信号，f的取值为1至f，n、f和f均为正整数。

10、在一些实施例中，信号处理单元包括数字信号处理单元，数字信号处理单元包括延时器、主波束形成器、权值更新器、权值滤波器和从波束形成器；

11、延时器用于对输入的n路目标频段取样数字子信号进行延迟处理，输出n路空时辅助天线接收信号，目标频段取样数字子信号通过对目标频段取样中频子信号进行下变频处理和模数转换得到；

12、主波束形成器用于确定n路空时辅助天线接收信号的初始权值，基于平滑滤波后的初始权值对n路空时辅助天线接收信号进行加权处理并与第f个卫通信号进行合成，输出初始干扰对消信号；

13、权值更新器用于基于n路空时辅助天线接收信号和初始干扰对消信号，采用自适应滤波算法输出更新权值；

14、权值滤波器用于对更新权值进行平滑滤波输出最终权值；

15、从波束形成器用于基于最终权值对n路空时辅助天线接收信号进行加权处理并与第f个卫通信号进行合成，输出数字域的干扰对消信号。

16、在一些实施例中，信号处理单元包括n+1个下变频器、n+1个模数转换器、数字信号处理单元、数模转换器和上变频器；

17、下变频器用于将目标频段取样中频子信号下变频至基带或低中频，输出取样基带子信号或取样低中频子信号，或者，将卫通信号下变频至基带或低中频，输出卫通基带信号或卫通低中频信号；

18、模数转换器用于将取样基带子信号或取样低中频子信号模数转换为目标频段取样数字子信号，或者，将卫通基带信号或卫通低中频信号模数转换为卫通数字信号；

19、数字信号处理单元用于基于n路目标频段取样数字子信号，通过自适应滤波算法对卫通数字信号进行干扰对消，获取数字域的干扰对消信号；

20、数模转换器用于将数字域的干扰对消信号数模转换为模拟基带信号或模拟低中频信号；

21、上变频器用于将模拟基带信号或模拟低中频信号上变频至中频频率输出，作为第f个卫通终端对应的干扰对消输出信号。

22、在一些实施例中，在第f个信号处理单元中：

23、n+1个下变频器中的n个下变频器的输入端口分别连接n个2×f射频开关矩阵中第f个输入射频开关的输出端口，输出端口分别连接n个模数转换器，用于将输入的n路频段取样中频子信号下变频至基带或低中频，输出n路取样基带子信号或取样低中频子信号；除n个下变频器之外的下变频器的输入端口接收第f个卫通终端对应的第f个卫通信号，输出端口连接除n个模数转换器的模数转换器的输入端口，用于将第f个卫通信号下变频至基带或低中频，输出卫通基带信号或卫通低中频信号；

24、n+1个模数转换器的输出端口分别连接至数字信号处理单元的n+1个输入端口，n+1个模数转换器中的n个模数转换器用于将n路取样基带子信号或取样低中频子信号模数转换为n路目标频段取样数字子信号，除n个模数转换器之外的模数转换器用于将卫通基带信号或卫通低中频信号模数转换为卫通数字信号；

25、数字信号处理单元的输出端口连接数模转换器的输入端口，用于基于n路目标频段取样数字子信号，通过自适应滤波算法对卫通数字信号进行干扰对消，获取数字域的干扰对消信号；

26、数模转换器的输出端口连接上变频器的输入端口，用于对数字域的干扰对消信号进行数模转换，输出模拟基带信号或模拟低中频信号；

27、上变频器将模拟基带信号或模拟低中频信号上变频至中频频率输出，作为第f个卫通终端对应的干扰对消输出信号。

28、在一些实施例中，2×f射频开关矩阵包括：2个低噪放大器、2个功分器和f个输入射频开关；

29、低噪放大器用于将输入的取样中频信号放大；

30、功分器用于将放大后的取样中频信号分为f路取样中频子信号；

31、输入射频开关用于基于卫通终端的工作频段选择2个功分器输入的不同频段的取样中频子信号。

32、在一些实施例中，2个低噪放大器分别为ku频段低噪放大器和ka频段低噪放大器，2个功分器分别为ku频段功分器和ka频段功分器，在第n个2×f射频开关矩阵中：

33、ku频段低噪放大器的输入端口接收第n个射频接收组件组输出的ku频段取样中频信号，输出端口与ku频段功分器的输入端口连接，将ku频段取样中频信号放大；ku频段功分器的f个输出端口分别与f个输入射频开关的第一输入端口连接，将ku频段取样中频信号分为f路ku频段取样中频子信号；

34、ka频段低噪放大器的输入端口接收第n个射频接收组件组输出的ka频段取样中频信号，输出端口与ka频段功分器的输入端口连接，将ka频段取样中频信号放大；ka频段功分器的f个输出端口分别与f个输入射频开关的第二输入端口连接，将ka频段取样中频信号分为f路ka频段取样中频子信号；

35、第f个输入射频开关基于第f个卫通终端的工作频段对输入的ku频段取样中频子信号和ka频段取样中频子信号进行选择，输出ku频段取样中频子信号或ka频段取样中频子信号；

36、其中，n的取值为1至n。

37、在一些实施例中，取样天线单元包括两个取样天线子单元，分别为ka频段取样天线子单元和ku频段取样天线子单元；ka频段取样天线子单元包括2个极化输出端口，分别输出右旋极化取样信号和左旋极化取样信号；ku频段取样天线子单元包括2个极化输出端口，分别输出水平正交极化取样信号和垂直正交极化取样信号。

38、在一些实施例中，每个射频接收组件包括2个预选带通滤波器、2个低噪放大器、射频开关、下变频器和多工器；

39、2个预选带通滤波器的输入端口分别与相同频段的取样天线子单元的2个极化输出端口连接，输出端口分别连接2个低噪放大器的输入端口，用于滤除取样天线子单元接收到的非工作频段的信号；

40、2个低噪放大器的输出端口分别连接射频开关的2个输入端口，用于对输入的取样信号进行低噪声放大；

41、射频开关的输出端口连接下变频器的输入端口，用于基于卫通天线在取样信号相同频段下的极化方式选择取样信号的极化方向；

42、下变频器的中频输出端口连接多工器的中频输入端口，用于将取样信号下变频至中频频率；

43、多工器的参考时钟输出端口连接下变频器的参考时钟输入端口，直流输出端口分别连接低噪声放大器、射频开关和下变频器的电源输入端口。

44、在一些实施例中，装置还包括馈电馈钟模块，馈电馈钟单元的输入端口连接射频接收组件中多工器的合成端口，输出端口连接取样信号选择模块的输入端口，用于为射频接收模块提供电源和时钟信号。

45、第二方面，本技术实施例还提供一种ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消方法，包括：

46、从空间中采集n组ku频段取样信号和ka频段取样信号；

47、基于卫通天线在ku频段下的极化方式选择ku频段取样信号的极化方向，基于卫通天线在ka频段下的极化方式选择ka频段取样信号的极化方向，并将采集到的ku频段取样信号转换为ku频段取样中频信号，将采集到的ka频段取样信号转换为ka频段取样中频信号；

48、将ku频段取样中频信号划分为f个ku频段取样中频子信号，将ka频段取样中频信号划分为f个ka频段取样中频子信号，并基于第f个卫通终端的工作频段选择第f个ku频段取样中频子信号或第f个ka频段取样中频子信号；

49、基于n路目标频段取样中频子信号，通过自适应滤波算法对第f个卫通信号进行干扰对消，获取不含干扰的干扰对消输出信号，目标频段取样中频子信号的频段与第f个卫通终端的工作频段相同；

50、其中，目标频段取样中频子信号的频段与第f个卫通终端的工作频段相同，第f个卫通信号为第f个卫通终端的卫通信号，f的取值为1至f，n、f和f均为正整数。

51、在一些实施例中，获取不含干扰的干扰对消输出信号，包括：

52、对n路目标频段取样数字子信号进行延迟处理，输出n路空时辅助天线接收信号，目标频段取样数字子信号通过对目标频段取样中频子信号进行下变频处理和模数转换得到；

53、确定n路空时辅助天线接收信号的初始权值，基于平滑滤波后的初始权值对n路空时辅助天线接收信号进行加权处理并与第f个卫通信号进行合成，输出初始干扰对消信号；

54、基于n路空时辅助天线接收信号和初始干扰对消信号，采用自适应滤波算法输出更新权值；

55、对更新权值进行平滑滤波输出最终权值；

56、基于最终权值对n路空时辅助天线接收信号进行加权处理并与第f个卫通信号进行合成，输出数字域的干扰对消信号。

57、在一些实施例中，平滑滤波具体满足：

58、ws(n)＝1/k(wm(n)+wm(n-1)+,…,wm(n-k+1))

59、其中，ws(n)为平滑滤波后的最终权值，k为滑动窗口的长度，wm(n)+wm(n-1)+,…,wm(n-k+1)为第n次到n-k+1次迭代更新所得的初始权值的和。

60、在一些实施例中，平滑滤波具体满足：

61、ws(n)＝b×ws(n)+(1-b)wm(n)

62、其中，ws(n)为平滑滤波后的最终权值，b为遗忘因子，wm(n)为第n次迭代更新所得初始权值。

63、在一些实施例中，遗忘因子b满足：

64、b＝1-2-m

65、其中，m为正整数。

66、本技术实施例提供的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置及方法，干扰对消装置接入在卫通地面站的射频开关矩阵的输出端口和不同卫通终端的输入端口之间，适用于通过射频开关矩阵共用卫通天线实现ka/ku双频段多模式通信的卫通地面站；在射频接收模块对ka和ku频段的取样接收信号进行极化方向的选择，在取样信号选择模块对取样接收信号进行频段选择，从而能够采用独立的信号处理单元对不同模式下的卫通信号进行处理，实现了不同卫通终端之间抗干扰处理的相互解耦。

技术特征：

1.一种ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置，其特征在于，所述干扰对消装置接入在卫通地面站的射频开关矩阵的输出端口和不同卫通终端的输入端口之间；

2.根据权利要求1所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置，其特征在于，所述信号处理单元包括数字信号处理单元，所述数字信号处理单元包括延时器、主波束形成器、权值更新器、权值滤波器和从波束形成器；

3.根据权利要求1或2所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置，其特征在于，所述信号处理单元包括n+1个下变频器、n+1个模数转换器、数字信号处理单元、数模转换器和上变频器；

4.根据权利要求3所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置，其特征在于，在第f个信号处理单元中：

5.根据权利要求1所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置，其特征在于，所述2×f射频开关矩阵包括：2个低噪放大器、2个功分器和f个输入射频开关；

6.根据权利要求5所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置，其特征在于，所述2个低噪放大器分别为ku频段低噪放大器和ka频段低噪放大器，所述2个功分器分别为ku频段功分器和ka频段功分器，在第n个2×f射频开关矩阵中：

7.根据权利要求1所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置，其特征在于，所述取样天线单元包括两个取样天线子单元，分别为ka频段取样天线子单元和ku频段取样天线子单元；所述ka频段取样天线子单元包括2个极化输出端口，分别输出右旋极化取样信号和左旋极化取样信号；所述ku频段取样天线子单元包括2个极化输出端口，分别输出水平正交极化取样信号和垂直正交极化取样信号。

8.根据权利要求7所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置，其特征在于，每个射频接收组件包括2个预选带通滤波器、2个低噪放大器、射频开关、下变频器和多工器；

9.根据权利要求8所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置，其特征在于，所述装置还包括馈电馈钟模块，所述馈电馈钟单元的输入端口连接所述射频接收组件中多工器的合成端口，输出端口连接所述取样信号选择模块的输入端口，用于为所述射频接收模块提供电源和时钟信号。

10.一种ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任一项所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置，包括：

11.根据权利要求10所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消方法，其特征在于，所述获取不含干扰的干扰对消输出信号，包括：

12.根据权利要求11所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消方法，其特征在于，所述平滑滤波具体满足：

13.根据权利要求11所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消方法，其特征在于，所述平滑滤波具体满足：

14.根据权利要求13所述的ka和ku频段多模式卫通地面站的干扰对消方法，其特征在于，所述遗忘因子b满足：

技术总结
本申请属于卫通干扰防护技术领域，具体公开了一种Ka和Ku频段多模式卫通地面站的干扰对消装置和方法，其中装置包括：取样天线模块，用于从空间中采集Ku/Ka频段取样信号；射频接收模块，用于基于卫通天线的极化方式选择取样信号的极化方向，并转换为取样中频信号；取样信号选择模块，用于将取样中频信号划分为子信号，并基于卫通终端工作频段选择不同频段子信号；信号处理模块用于基于N路目标频段取样中频子信号，通过自适应滤波算法对第f个卫通信号进行干扰对消，获取不含干扰的干扰对消输出信号。本申请适用于通过射频开关矩阵共用卫通天线实现Ka/Ku双频段多模式通信的卫通地面站，实现了不同卫通终端之间抗干扰处理的相互解耦。

技术研发人员：孟进,王青,李斌,罗康,杨凯,何方敏,张嘉毫,马伟明
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5