2023年11月22日下午，北斗学院邀请了武汉大学卫星导航定位技术研究中心教授，我院特聘教授郭文飞老师，举办了主题为“GNSS分布式天线阵列信号相位合成与跟踪方法”的学术讲座。北斗学院院长田茂教授、部分教师及导航、通信工程专业学生聆听了本次讲座。

一、卫星导航信号的特点

首先，郭文飞教授介绍了全球卫星导航系统（GNSS）的信号特点和应用背景，讨论了目前常规GNSS接收机在面临弱信号、干扰等复杂环境时存在的问题。全球卫星导航系统（GNSS）凭借其全天候、全球覆盖、精度高及成本低等优点，被广泛应用于各类定位、导航与授时领域。然而，卫星导航信号由于发射功率低、高自由空间损耗等因素，到达地面的信号强度较弱，即使在开阔的室外环境下也只有-130dBm左右，存在明显的脆弱性。在受到遮挡、干扰等因素的环境中，信号极易受到影响而导致系统性能恶化，严重时甚至不能实现信号的接收和定位授时，给卫星导航的应用带来了极大的困难和挑战。

二、GNSS信号阵列天线接收原理

郭文飞教授接着介绍到，为提高GNSS接收机在弱信号环境下的有效性，目前主要采用的技术手段有：多天线GNSS接收机技术、组合导航，以及多源融合定位等。其中，多天线GNSS接收机技术是利用多个天线阵元形成阵列，通过对多个天线接收信号的共同处理，形成具有一定指向性的接收波束或零陷，从而达到增强信号接收功率及抑制干扰的目的。阵列天线信号处理包括模拟天线阵列与数字波束形成技术，模拟波束形成由于在信号处理链路的前端，更具鲁棒性，然而利用数字波束形成技术，可以针对每个通道形成独立的波束图案，因此更具灵活性。数字波束阵列天线主要分为相控阵阵列天线和分布式阵列天线。相较于相控阵阵列天线，分布式阵列天线在阵元位置及角度布设上无半波长严格要求，具有更好的灵活性、机动性及高增益的优势。

三、分布式阵列天线相位合成方法

然后，郭文飞教授介绍了分布式阵列天线相位合成方法。在分布式天线系统中有L幅天线，这些天线安装在不同的位置，工作在相同的频段。由于安装位置不同，每幅天线接收到的信号具有不同的功率和相位。可以在捕获过程中获得最高信噪比的天线，作为后续跟踪的主天线，其他天线作为辅助天线。实际应用环境中，存在分布式阵列天线间距不定、各接收机本地振荡器不同步，以及信号传输通道幅度、相位特性不一致等因素，造成各天线接收信号间存在着时间差异、频率差异、相位差异和幅度差异，所以在对信号加权合成前，必须将各差异进行相应补偿消除，以增加信号的相干性。

用信号相关来确定天线阵列中信号间相位偏移时，如果来自各天线信号的信噪比足够高，所有天线对都可以进行很强的相关，则无须特殊处理，可利用直接相关值获得的相位偏移来对齐信号。然而，当各天线信号的信噪比较低时，则必须采用其他方法利用所有可能的天线对，提高相位补偿的性能，从而减少相位差估计误差带来的信噪比损失。研究提出一种新的改进方法，利用每个天线与其他所有天线加权和组成的参考信号进行相关获得加权值，对各天线信号进行加权相位校正，完成信号相位对齐，有效提高信号的信噪比，从而在信号捕获和跟踪中提高接收机的信号处理增益。实验结果表明，相对于单天线接收机系统，当前算法能够实现在弱信号环境下的载波跟踪。

四、总结与讨论

讲座最后，郭文飞教授总结到，我国北斗卫星导航系统已经向全球提供服务，进入全面应用推广阶段。在实际应用中，应针对不同应用环境，设计符合要求的接收机。接着，郭老师针对科研和应用的关系进行了引导式讨论，指出科研应与实际需求相结合，从而提高科研的实用型，需求也会为科研提供思路。北斗学院的老师和同学们表示，通过本次讲座，自己对北斗系统在实际工程中的应用有了新的认识，对后续的学习和研究有了更明确的方向。