Ka频段点波束天线指向精度对星地数传链路的影响分析

为满足低轨遥感卫星海量数据的高速下传需求,Ka频段双圆极化频率复用数传技术已被逐步应用,而其使用的机械式点波束数传天线对指向精度和极化隔离度有很高的指标要求。文章对Ka频段点波束天线的辐射增益和交叉极化隔离等特性进行了讨论,从工程应用的角度定量研究了交叉极化的产生及其对链路极化损耗、链路余量和链路可用率的影响,重点分析了Ka频段点波束天线在不同指向精度时对不同地面站极化复用数传链路的影响。Ka频段点波束天线指向精度优于1°时,只能满足北京地面站99.0%链路可用率的可靠数据传输,可以满足喀什地面站99.9%链路可用率的可靠数据传输。文章的分析结果可为低轨遥感卫星Ka频段点波束天线的设计与研制提供参考,尤其是可为Ka频段双极化复用数传链路的总体设计和卫星任务规划提供分析依据。     

高轨道高通量卫星多波束天线技术研究进展

高通量卫星能够大幅提升系统的通信容量，而高增益多点波束天线是高通量卫星实现高数据吞吐量的核心。文章首先介绍了星载多波束天线的分类，然后着重介绍了典型的国外高轨道高通量卫星中的多波束天线技术，梳理总结了目前高通量卫星多波束天线的关键技术和发展趋势，为我国后续开展更大容量星载多波束天线技术的研究提供参考。     

双轴定位点波束天线波束指向计算

可移点波束天线是卫星系统对目标定位和跟踪的重要组成部件,该天线依靠双轴定位机构来实现在俯仰和方位两个方向上精确运动和定位。由于天线波束反射中心与定位机构转动中心不重合,双轴定位机构偏转角与波束中心指向角间存在复杂的数学关系。针对点波束天线指向计算问题进行了详细的分析,获得了一种基于单变量非线性方程求根的迭代计算方法,并对算法的正确性进行了仿真计算验证。     

卫星多波束天线的赋形方法

主要对卫星多波束天线方向图的赋形方法进行了研究。首先讨论了卫星多波束天线的工作原理及数学模型,并证明了卫星多波束天线方向图的赋形在本质上实际是一个优化问题。然后用了三种优化方法—最小p乘法、最小最大法和LCMV方法来对天线的方向图进行赋形,并比较了三种方法的不同。     

基于基准轨道的多节点协调轨道保持方法

在指定时间内，轨道摄动方程的状态变化可以用柯西标准型的常微分方程表述。基于摄动方程，轨道的修正控制参数的计算问题可以表示为指定区间两点边值问题的参数优化问题。传统的参数计算方法本质上是将边值问题转化为初值问题，强制在一个边界点上满足边值条件，弱化了积分区域中的约束条件，造成不适应多约束条件下的轨道保持。基于基准轨道的多节点轨道控制方法在积分区域内的一组约束条件下，建立基于多约束条件方程的有限差分方程，与传统的升交点重合法相比，该算法将约束条件由目标圈目标升交点扩展到点火圈与目标圈之间所有圈的卫星位置参数约束，从而确定控制量将卫星轨道始终保持在偏差管道内，最大限度的满足对卫星轨道保持的要求。     

卫星多波束天线的赋形方法

主要对卫星多波束天线方向图的赋形方法进行了研究.首先讨论了卫星多波束天线的工作原理及数学模型,并证明了卫星多波束天线方向图的赋形在本质上实际是一个优化问题.然后用了三种优化方法-最小p乘法、最小最大法和LC-MV方法来对天线的方向图进行赋形,并比较了三种方法的不同.     

卫星多波束天线的赋形方法

主要对卫星多波束天线方向图的赋形方法进行了研究。首先讨论了卫星多波束天线的工作原理及数学模型，并证明了卫星多波束天线方向图的赋形在本质上实际是一个优化问题。然后用三种优化方法－最小p乘法、最小最大法和LC－MV方法来对天线的方向图进行赋形，并比较了三种方法的不同。     

国内广播卫星成形波束天线复盖电平的计算

本文采用了波束补偿设计,计算了国内广播卫星版图复盖的理想波束区,讨论了三轴稳定姿控误差与波束指向偏离的关系,给出了计入姿控误差的扩大理想波束区。 利用矢量辐射积分和雅可比—贝塞尔(Jacobi-Bessel)级数展开的计算法,讨论了多馈源抛物面成形波束天线的辐射计算,建立了一套国内广播卫星成形波束天线复盖性能的计算机分析程序并给出了一些数值计算结果。     

摆动状态下高空平台多波束天线覆盖模型与仿真分析

同温层强风导致的高空平台姿态摆动将严重影响通信系统性能。描述并分析平台的摆动状态,建立摆动状态下高空平台多波束天线覆盖模型,推导平台在任意摆动角状态下多波束天线覆盖几何形状、方向性增益以及CIR的表达式。通过仿真分析摆动状态下多波束天线的覆盖性能,为后续多波束小区规划和设计提供理论参考。     

光学遥感卫星总体参数优化设计概念研究

结合传统卫星总体设计和现代优化设计方法 ,提出卫星总体优化设计流程。首先明确任务目标和任务要求 ,然后用模糊多目标优选方法进行总体方案类型优选 ,最后确定了卫星总体参数优化设计的设计变量、约束条件和目标函数 ,并且建立起成本、性能、费效比、可靠性和多目标的优化模型。最后 ,对四个单目标优化和多目标优化的结果进行了比较     

用户星天线指向控制设计初探

在数据中继卫星系统中，为保证用户星和中继星间的通信，用户星天线要精确指向中继星。由于天线指向系统和姿态控制系统间存在动态耦合，天线桅杆又有拉伸和扭转变形，所以仅靠卫星的姿态控制不能达到要求的指向精度，必须采用独立的指向控制系统。本文针对这一情况，首先分析了用户星天线指向跟踪信号，并设计单轴天线控制器。仿真结果表明，用典型跟踪信号作为输入，可得到满意的跟踪精度。     

卫星结构的拓扑优化与灵敏度分析

在已知某卫星主承力结构的空间大小、约束及载荷条件的情况下，通过对一连续体进行拓扑优化得出主承力结构的最优结构形式。并在此基础上对卫星上十五个结构参数进行了灵敏度分析和尺寸优化，计算结果证明由连续体通过拓扑优化得到桁架结构的最优拓扑是可行的，若再结合灵敏度分析及尺寸优化，可以大幅度减轻卫星结构重量，改善卫星结构的动力特性。     

机动卫星星座对多区域目标成像任务规划

针对太阳同步圆轨道卫星星座对地观测任务,研究了在卫星机动情况下对多区域目标的成像任务规划算法。首先提出了单颗卫星对单个点目标的观测方法,解析分析了点目标可见性,并给出了卫星变轨策略;进而通过把区域目标划分为多个条带,将问题转化为卫星对点目标观测问题,结合单星单目标观测方法分析区域目标各条带的可见性;最后建立优化问题模型,给出条带观测策略,并利用遗传算法优化星座对多区域目标的观测总面积。仿真结果表明该算法准确性高,能够有效提高星座的观测能力和观测总面积。     

基于实时引导修正的大口径天线对星快速校相方法

对测控站中快速校准和差通道相位的方法进行了原理分析,以18 m口径天线为例,论证了在X频段下大口径天线的空间波束相对于S频段更窄,利用X频段空间目标进行快速校相时需要天线系统提供更高的指向精度来满足校相时的角度偏置处于主瓣内.通过分析抛物面天线的指向误差源和模型,提出了基于该模型进行目标引导数据误差反向修正的工程应用方...     

卫星导航系统天线阵接收机波束指向误差分析

研究表明：卫星导航系统阵元几何位置误差是影响波束指向误差的主要因素,而卫星和接收机位置误差则影响甚微,其中千米级的卫星位置误差以及接收机位置误差导致的波束指向误差不超过0.1°,而毫米级的阵元几何位置随机误差可导致典型7阵元天线阵波束指向误差达到几度。该研究成果可为卫星导航系统天线阵接收机的设计提供依据。     

C频段的“推扫式”卫星扫描天线

该设计结合科研实际需求,研制了工作在C频段的“推扫式”卫星扫描天线。首先,从“推扫式”卫星扫描天线的原理出发,对所需要的环焦反射面进行了优化建模,提出一种新型扇形反射面圆角化的方案,并针对密集馈源阵进行分析。通过计算得到了馈源的位置坐标,在仿真软件GRASP中构造反射面天线的整体模型。为了使密集馈源阵的主波束满足设计指标,设计了遗传算法优化合成后的波束来实现对主波束的优化,通过改变馈源阵的幅相值以达到天线方向图的设计要求,利用仿真优化得到了C频段中心波束达到设计指标所需要的馈源阵规模。最后,对整体模型进行了加工组装。使用近场测量的方法在微波暗室中对天线进行测试,测试结果表明天线波束宽度为0.6°时,主波束效率为98.17%,大于98%,满足设计要求。     

基于修正模型的天线指向误差统计特性分析

作为评估天线性能的重要指标之一,天线指向精度直接影响着天线的跟踪观测性能。为了适应任务需求,提高天线及星地链路分析精度,本文基于指向误差修正模型对模型各分量的影响因素含义进行了系统分析,并定量研究了各个分量对指向误差的影响。基于各模型参数的分布特性,提出了一种指向误差概率分布模型,进一步完善了天线指向误差分析计算方法,最后利用天线的典型参数分析计算了天线指向误差角近似满足修正瑞利分布下的特征,可为后续星地链路统计分析提供参考依据。     

地球同步卫星轨道漂移对天线指向的影响分析

位于地球同步轨道的卫星由于受各种空间因素的影响，其运行轨道会随时间逐渐偏离地球赤道面．轨道倾角由0°逐渐增大。这种轨道倾角漂移会导致对地通信的固定波束天线指向偏离地面站，引起天线指向失配误差，造成通信质量下降甚至丧失。文章分析了轨道漂移对天线指向的影响，并给出了天线指向调整的策略。     

星载抛物面天线视在相位中心确定方法及应用

星载抛物面天线成像过程中对波束的指向精度有较高要求,而波束指向精度在很大程度上取决于天线相位中心的位置精度。基于抛物面天线工作原理及视在相位中心的定义,提出一种抛物面天线视在相位中心的确定方法。在此基础上,通过卫星在轨多体系统仿真分析,给出了卫星机动过程中的视在相位中心坐标范围,并利用最小二乘法分析了视在相位中心坐标偏移量。进一步对比分析了有阻尼器和无阻尼器连接方式对天线视在相位中心偏移量的影响关系,为后续抛物面天线指向精度研究提供了理论基础。     

星载可移动多馈源单口径多波束天线研究

针对我国通信业务容量提升以及热点区域动态变化的保障能力需求,设计了Ka频段多馈源单口径可移动多波束天线,研究了波束馈源簇形成方式、相邻波束馈源交叠方案、天线转动方式、波束形成网络,以实现覆盖区域的高增益通信和波束灵活调整。通过高增益低旁瓣多波束天线的频率复用设计和波束形成网络技术研究,提升卫星通信系统的容量及天线覆盖的灵活性。重点改善波束扫描后的形状畸变和性能恶化问题,仿真表明,对波束幅相权值的优化可以保证天线转动前后波束增益和C/I性能稳定。