卫星多波束天线赋形波束的最优化计算

主要介绍了卫星多波束天线的基本原理和数学模型 ;说明了卫星多波束天线赋形问题的本质是一个优化问题 ;用两种可行有效的优化方法——最小 p乘法和最小最大法分别对矩形区域和中国本土进行了赋形 ,并在最后分析了两种算法的优缺点     

卫星多波束天线综述

卫星通信的发展及对卫星通信的容量和效率要求的不断提高,导致了卫星多波束天线的出现。文章对目前使用的阵馈单反射面多波束天线,成形反射面多波束天线,有源多元阵多波束天线及镜像多波束天线的结构、分析方法、适用范围等进行了综述,并给出了相应的例子。     

卫星成形反射面天线波束赋形的研究

采用单馈成形反射面天线,将天线口面分为多个栅格,通过优化栅格的场的相位分布对中国版图进行波束赋形。在优化过程中附加了相位限制条件,以保证反射面的表面连续,并与阵馈抛物反射面天线的赋形效果作了分析比较,说明单馈成形反射在天线在波束赋形中是可取的,该单馈成形反射面天线有其实用价值。     

军用通信卫星的多波束天线

多波束天线(MBA)是由波束成形网络驱动的馈源面阵所组成。每一个馈源面对应于一个特殊的天线波束。馈源阵位于或靠近准直透镜或反射器的焦面上。辐射图形的电控制由波束成形网络中采用的微波控制器件(开关或可变功率分配器)提供。在有些应用中,只在指定的时间激励唯一的一个波束。例如,时分多址(TDMA)系统就属于此例,该系统的波束能从一个用户跳传给另一个用户。而在像动波束成形应用中,要同时激励几个波束。多波束天线的应用军用通信卫星中第一个采用自适应天线的是国防通信卫星-Ⅲ(DSCS-Ⅲ)。DSCS-Ⅲ主要的通信有效载荷就是几个工作SHF(8/7吉赫)波段的多波束天线。1个在61波束的上行链路MBA和2个19波束下     

一种高效卫星赋形波束用圆极化馈源

本文介绍了一种賦形波束天线用的圆极化馈源。讨论了形成賦形波束的多馈源天线的特殊问题,通过理论及其实验以及它们的相互比较,说明了十字膜片馈源对于解决这类问题的适用性。比较了不同种类馈源对天线覆盖区增益的影响,从而进一步证明了十字膜片馈源的优点。     

高通量多波束通信卫星系统资源分配方法

资源分配是影响新一代高通量多波束通信卫星(HTMCS)系统效能发挥的关键问题.以往基于非柔性载荷以及用户容量需求均匀分布的静态、单维度资源分配方法已不能满足现实需求.围绕基于有效载荷资源提升系统效能这一核心目标,针对波束间干扰、柔性载荷以及用户需求非均匀分布特点,为高通量多波束通信卫星系统构建了功率和频带两维度联合优化...     

低轨卫星移动系统的点波束确定算法

根据星座空间几何基础,以及卫星对地面的覆盖情况以及点波束的形状,通过建立数学模型,提出了地面终端确定所在点波束的仿真算法;并以典型的低轨卫星移动系统Globalstar为仿真背景,仿真得出了与实际系统参数接近的结果,验证了算法。     

非线性有源天线阵多波束相位分布控制方法

建立了基于注频锁相振荡器阵列的非线性有源天线阵多波束拓扑结构模型,详细分析了一维线阵、二维面阵多波束相位分布的控制方法,并完成了一维线阵、二维面阵的相位分布仿真和方向图仿真,验证了该方法的有效性。     

每束多馈源天线的设计特点研究

每束多馈源是一种能够在多色复用情况下有效减少反射面使用数量的多波束天线配置方案,鉴于国内外对这一方案的研究尚处于初级阶段,对这类配置天线的设计特点研究需求更为迫切。文章对这类天线相对于每束单馈源天线存在的一些设计差异和设计要求开展了研究。重点提出了相邻同色波束最大干扰的概念,并首次将馈电网络结构与波束优化相结合,在理论上确保了网络的可实现性。最后,结合这类天线的特点,对进一步改善波束性能给出了两点设计构想,并分析了构想的可行性。     

一种软件定义卫星网络的多波束切换机制

传统的卫星网络通常将控制层和数据层集中在同一网络设备中,使得网络结构复杂、带宽固定、资源利用率差,而软件定义卫星网络（SDSN）架构能实现卫星资源的有效管理,提高资源利用率,为多波束间切换机制提供有效的技术支撑。针对具有多波束覆盖的SDSN,提出了一种多决策指标切换（MDIH）机制。首先,分析了传统切换机制的缺陷,确立了基于SDSN的切换框架。其次,在传统信道预留机制的基础上,引入时间门限的概念,使得切换机制能够精确触发;同时,在切换决策过程中,采用MDIH算法来确定用户的切换优先级,决策粒度细。最后,给出了一种抽象化多决策指标实例,进一步体现了MDIH算法的可扩展性。     

基于阵列天线波束形成的卫星导航信号提纯

围绕对卫星导航信号实施转发式欺骗所需的卫星导航信号提纯要求,提出了一种数字波束形成的优化设计方法。通过向阵列天线接收信号的数据协方差矩阵加载由非目标卫星方向信息和阵列布局构造的“虚拟”干扰信号协方差矩阵,增大了协方差矩阵特征值的差异。用新构造的协方差矩阵计算最小方差无失真响应波束形成的加权向量,使波束指向方向的目标卫星信号无失真通过,并同时零陷其他非目标卫星的信号。通过计算机仿真试验验证了所提方法的正确性和有效性。      

基于认知无线电的GEO与LEO卫星频谱共存

随着新的宽带多媒体业务的发展,宽带无线频谱的需求日益增长.同时,低轨道(LEO)卫星由于其传输损耗低、传播时延小而被大规模部署.为了更好地利用频谱资源,卫星通信系统普遍采用高轨道(GEO)卫星与LEO卫星频谱共存的方案来提高频谱利用率.在频谱共存的过程中,提出了一种基于动态阈值的能量检测与波束跳跃相结合的算法,以减小L...     

新型宽带宽波束圆极化卫星导航终端天线的设计与实现

卫星通信与卫星定位系统的应用发展,对终端设备天线的性能提出了更高的应用需求。为实现宽频带宽波束圆极化天线的设计,采用正交移相馈电网络对含有背腔的交叉偶极子天线馈电,实现了宽带圆极化单向辐射特性,同时利用磁电偶极子对交叉偶极子进行加载,展宽了天线的波束宽度,促使天线在50.7%的相对带宽内S11＜-10dB,在1.3~1.75GHz的频带内轴比小于3dB,轴比小于3dB的圆极化波束宽度可达180°,增益不小于6.6dB。经实测验证,所设计的天线具有宽频带宽波束特性,同时具有结构紧凑、性能稳定的优点,适用于卫星通信与导航终端系统。     

基于通用测控信号的多频点同波束干涉测量

提出利用两个深空航天器的通用测控信号进行多频点同波束干涉测量,实现两航天器的高精度相对测量。对差分相位时延进行理论推导,提出了一种针对两航天器测控信号主载波存在频差情况下的差分时延观测量误差的模型修正方法,并对月球轨道上两航天器间同波束干涉测量地面跟踪测量条件进行了分析。仿真结果表明,利用两航天器的通用测控信号进行多频点同波束干涉测量,经误差模型修正后获取了误差小于皮秒量级的差分相位时延,能为深空航天器间相对导航定位提供高精度的观测量信息。     

分布式卫星系统中基于位置信息的安全波束成形方法

针对分布式卫星系统中的安全传输问题;提出两种基于窃听者位置信息的安全波束成形算法;以提升系统的安全性能。在考虑窃听者位置信息不准确的情况下;建立发射功率最小化和合法用户安全速率最大化为目标的优化问题。为求解上述优化问题;首先;基于窃听者的位置信息推导出信道误差的范数界。其次;针对这两个非凸的优化问题;分别利用三角不等式和柯西施瓦茨不等式等数学方法处理信道误差;并进一步提出了基于角度信息的分布式鲁棒波束成形算法;以较低计算复杂度求解得到分布式波束成形权矢量的闭式解;为未来分布式卫星通信系统的部署与应用提供了参考。最后;计算机仿真验证了所提算法的有效性;相较于传统半正定规划算法;能够以较低的复杂度实现安全通信;同时相较于非鲁棒算法;性能提升约30%。     

基于非正交码的波束形成网络幅相测试方法

针对目前数字波束形成网络幅相一致性测试系统中扩频码受限于正交码的问题,提出了一种基于非正交码的数字波束形成网络幅相测试方法。基于非正交码的幅相测试精度受多址干扰影响,提出了使用解相关算法提高幅相测试精度的方法,该方法以噪声略有增加为代价消除了多址干扰。理论分析给出了幅相测试的理论下界,并分析了系统误差、通道间耦合对幅相测试精度的影响。仿真结果显示,当采用非正交码时,测试设备不使用解相关算法无法达到预设的精度要求;使用解相关算法后,基于非正交码的幅相测试可以达到理论下界,在带内信噪比为10dB条件下,幅相测试精度为±01dB/1°,可以满足实际系统需求。     

一种新型路径共享真时延波束合成架构的设计

为满足宽带天线通信系统多输入多输出的要求,提出了一种新型路径共享真时延波束合成架构。通过真时延单元提供的一定延时差弥补信号到达天线的时间差,合成多路信号来提高输出能力。相比于传统的波束合成架构,该架构通过真时延单元共享,节省芯片面积。该架构具有中心对称性与可扩展性,可支持2M个输入和2K个输出。基于HHNEC 0.18 μm CMOS工艺设计四入四出波束合成器单元,对提出的架构加以验证。仿真结果表明,工作频带为0.5~1.5 GHz,延时分辨率为80 ps、最大延时为720 ps。在天线间距为10.5 cm的情况下,能够提供±43°和±13°四个扫描角度。输入输出回波损耗≤-10 dB,带内整体增益为约26 dB,增益平坦度≤3 dB。版图面积（包括I/O焊盘和ESD）为3.69 mm×3.62 mm。      

基于雨衰环境下的多波束卫星资源分配策略

针对雨衰对高频段的卫星通信造成的不利影响,采用自适应前向纠错编码(FEC,Forward Error Correction)使传输的信息量减少,提出了一种雨衰下的自适应信道分配的策略.该方法是采用调整冗余信道来保障信息信道的传输量以满足系统对误码率的要求,达到可靠和有效地利用有限的卫星信道资源的目的.通过仿真分析了该策略针对不同的频段和降雨情况下对呼叫产生的影响,分析中考虑了话音业务享有比数据业务更高的优先权.仿真结果表明利用冗余信道传输用于纠错的冗余信息可以保证在不产生通信中断的前提下,可以满足系统对信道误码率的要求.     

多目标混合变量优化问题的罚方法及算法

给出了多目标非线性优化设计问题的加罚方法，从而为有效地解决混合变量的多目标优化问题提供了理论依据，同时给出一个优化长法，并附有算例。