深空组阵Eigen算法及其低信噪比合成性能分析

根据深空组阵信号模型,分析了Eigen最优合成采用的两种准则即最大输出功率和最大 信噪比准则。为了快速计算最优权值,给出了两种迭代算法即PM和PMFM算法,同时为了改善 微弱信号合成效果,在PMFM算法中引入记忆因子,提出一种可以自适应跟踪信号相位变化的 自适应Eigen算法。仿真分析了基于最大输出功率准则的Eigen合成算法和自适应Eigen算法 对低信噪比组阵接收信号的合成性能,仿真结果表明自适应Eigen算法不但具有良好的合成 效果和自适应特性而且运算量小,具有重要的工程应用价值。
     

遗传算法在相控阵子阵量化随机馈相中的应用

在大型相控阵中 ,为了减少昂贵的数字移相器 ,一般采用子阵技术。但这带来新的问题 ,子阵相位量化时 ,采用前一个单元的相位还是采用后一个单元的相位 ,是舍去还是进入 ,这些问题给子阵相位量化的分析增加了复杂性。文中在子阵量化随机馈相的基础上 ,采用遗传算法对子阵量化中各种随机馈相的方案进行优化 ,并给出应用实例 ,取得了令人满意的优化结果     

非均匀天线组阵SUMPLE权值信噪比及信号合成性能分析

SUMPLE相关算法是深空网天线组阵中信号合成最重要的方法之一。将SUMPLE权值估计信噪比的计算方法由均匀天线阵推广到非均匀阵,给出了非均匀阵合成损失系数的计算公式。理论分析与仿真结果表明,在非均匀阵SUMPLE合成中应对权值幅值进行修正,以使其满足最优合成条件。充分利用现有的大型射电望远镜,在其周围建设若干小口径天线进行组阵,可以获得比单纯由小天线组成的均匀阵更好的合成性能,且具有更强的微弱信号适应能力。
     

火星探测天线组阵数据接收技术研究和验证实验

为了满足我国首次火星探测任务的需要，确保探测器有效载荷科学数据的顺利下传，将采用天线组阵的方式进行数据接收。天线组阵数据接收技术在航天工程中的应用国内尚属首次，为此开展了信号合成方法和处理流程的研究，提出了利用模型计算和基于科斯塔斯环的搜索估计相结合的初始时延和多普勒频差快速估计方法。利用现有的密云站50 m天线和昆明站40 m天线，以嫦娥3号着陆器数传信号为实验对象，开展了天线组阵与数据接收技术检验实验。研究和实验结果表明，全频谱合成方法优于符号流合成方法，其合成损耗小于等于 0.45 dB ，可用于我国首次火星探测任务天线组阵的信号合成；初始时延和多普勒频差快速估计方法可提高广域组阵信号互相关的搜索效率；所确定的信号合成技术流程和数据处理方法可用于后续信号合成软硬件设备的研制和开发。     

阵元间互耦和幅度/相位失配参数的联合估计

针对阵列信号处理中存在的阵元间互耦和阵元幅度/相位失配的问题,提出了一种适用于任意阵列结构的估计算法。该算法使用一个辅助信号源,从不同方向分时发射信号,发射方向的个数决定于阵列中的阵元个数。算法能够利用信号子空间与噪声子空间的正交特性同时求解阵元间互耦系数和阵元幅度/相位失配参数。计算机仿真实验结果证明了该算法的正确性和有效性。     

MFPB 天线正交模馈电网络的低相位色散控制方法

每束多馈源天线是由多个馈源按照一定的幅度和相位激励关系合成一个波束,该类天线对于馈电网络各通道的幅度相位色散控制要求苛刻。文章针对该类天线正交模馈电方案中相位色散控制难的特点,对其控制措施进行了研究,并给出了逐层配相的解决办法。最后通过仿真分析获得了在K 频段2. 5GHz 范围内各通道的相位色散低于5°的优异性能,从而验证了这些措施对于相位色散控制的有效性。     

子阵级数字阵列雷达单脉冲测角精度影响因素分析

为了提高子阵级数字阵列雷达(DAR)单脉冲测角精度以及算法稳健性,针对数字干涉法和数字相位和差单脉冲测角方法进行了对比试验性仿真.对基于子阵级DAR的两种方法进行了原理分析和测角建模,并重点针对影响测角性能的主要因素如信噪比、幅相误差(重点是子阵级)以及波束指向偏差等进行了性能对比仿真分析,仿真结果表明:当目标信噪比超过10dB时,干涉测角算法测角性能比相位和差法更加稳健(尤其是当波束指向误差较大时).仿真结果和结论可以为子阵级DAR系统工程化设计提供参考.     

导航卫星伪码与载波测距观测量偏差机理分析

伪码测距和载波相位测距是卫星无线电导航系统定位、导航与授时(PNT)服务的两个基本观测量,文章针对国外文献所描述的北斗区域系统卫星在轨伪码测距测量值与载波相位观测量出现偏差,并且偏差随用户仰角发生规律性变化的异常现象,用伪码测距测量偏差的方法开展了机理分析,建立了多径效应评估的数学模型。仿真结果表明:导航卫星有效载荷各天线阵元之间时延不一致会导致上述问题,当天线内外圈阵元之间时延差超过10ns时,会引发显著的伪码测距测量值偏离载波相位测量值的现象,当天线内外圈阵元之间时延差达到30ns时,仿真结果与国外文献观测结果高度一致。最后,给出避免此类问题的设计准则:在导航卫星有效载荷天线设计过程中,除了考虑天线阵元载波相位是否符合设计值,还要考虑各阵元间伪码相位的一致性;在后期测试过程中,天线内外圈阵元间时延一致性是必须检测的关键指标。     

可扩充深空天线组阵技术研究与试验验证

远距离高速通信始终是深空探测活动面临的重大挑战,建设大口径天线在技术上已经接近能力极限。天线组阵技术是将多个天线组成阵列,通过时延对齐、相位修正和权值估计将各个天线接收的信号进行合成,达到提高信噪比(SNR)的目的。该技术可以大大提高接收能力,是在射频范围解决深空测控通信问题的重要途径。其中,基于Sumple算法的全频谱合成(FSC)技术在解调前进行信号合成,能在极低SNR条件下实现最佳的系统性能。为了验证该技术的工程应用可行性,在国家高新技术发展计划支持下,突破微弱信号FSC技术,构建4×12m天线组阵试验系统。2010年10月,成功利用嫦娥二号(CE-2)任务开展天线组阵技术验证试验。试验结果表明,构建的4×12m天线组阵系统能够接收并合成CE-2卫星下行信号,合成效率优于90%。     

一种唯相波束赋形的快速方法

针对平面阵唯相加权波束赋形算法收敛速度慢的问题,提出了一种平面阵的唯相加权波束赋形的级数展开法。该方法用一组基函数的加权和函数表示阵列的激励相位。通过优化和函数中的加权系数实现阵列快速波束赋形。仿真分析表明该方法的收敛速度明显快于以单元激励相位为优化变量的常规波束赋形方法     

采用非线性最小二乘法实现六边形天线阵的方向图综合

为使阵列天线获得圆对称方向图，通常采用环阵的排列方式。文章研究了六边形环阵列天线的特殊方向图综合方法。文中采用非线性最小二乘法对影响天线方向图的诸多参数，如单元的幅度和相位、单元间距以及单元在阵中的位置等，进行了优化设计，以使阵列方向图在最小二乘意义上逼近预先给定的理想方向图。仿真结果表明该方法可行、有效。     

矩形栅格波导阵列单元的阵中特性

根据等效原理,用矩量法(MOM)导出求解仅激励中心单元条件下矩形栅格开口波导阵列各单元口面等效磁流的模型,在此基础上给出了激励单元的内部场、耦合场、反射系数、驻波系数,激励波导与阵中其他波导的耦合系数,以及远区场等阵中特性的计算公式。在不同工作频率下计算了一7单元×7单元开口波导矩形栅格阵中激励单元的等效磁流和阵中方向图,以及激励单元与阵中其他单元的耦合系数。研究表明:互耦对单元的阵中特性影响明显,阵中驻波系数明显大于孤立单元,单元间的耦合随工作频率增大而减弱。     

天线组阵中基于SUMPLE算法的故障天线分析

在大规模天线组阵中,故障天线所引入的噪声会增加阵列的合成输出损失,而在低信噪比下难以用信号检测算法判断组阵天线是否存在故障。针对该问题,在分析故障天线对信号合成影响的基础上,本文提出一种基于SUMPLE算法的权值幅度修正方法实现天线增益分析,并分析了修正因子对降低故障天线影响的有效性。理论分析与仿真结果表明,权值幅度修正算法能明显降低故障天线的权值幅度,减少了合成增益损失,有利于在大规模天线组阵中故障天线的检测,具有重要的工程应用价值。     

一种复杂结构天线罩相位误差补偿算法

在某些雷达应用领域，天线罩的气动外形严重影响其电磁特性，从而对雷达系统测向性能造成恶劣影响。针对一种复杂结构天线罩，分析其透波率和额外引入的相位误差对雷达测向系统造成的恶劣影响;采用动态查表法实现目标角度粗搜索，并基于均匀圆阵提出长短基线结合聚类寻优的改进干涉仪测向算法，从而实现天线罩补偿后相位数据的精确测向。该算法操作简便，具有较高的运行效率，且能在宽频段、大角度范围内实现对天线罩的相位误差高精度补偿。实验结果表明:该方法能有效地解决非均匀天线罩引起的测向失败问题，具有较强的工程指导意义。     

大型太阳电池阵模态试验方法

在大型太阳电池阵的研制阶段,需要进行大量模态试验以掌握结构的固有动态特性,进而指导设计和修正有限元模型。文章以大型太阳电池阵为研究对象,分别采用气浮方式和悬挂方式模拟自由边界条件,使用预紧力释放、MB大推力激振器和APS大位移激振器3种激励方法对其进行试验,并对各种模态试验方法所获取的试验结果进行了分析比较。研究表明:采用悬挂方式比采用气浮方式所测得的太阳电池阵侧摆频率更为准确;获取太阳电池阵模态参数行之有效的方法是先采用预紧力释放法得到固有频率,然后采用APS激振器激励方法得到振型;激振器激振杆横向刚度选择不当会影响模态测试结果,需选用横向刚度较小的柔性激振杆。     

星载大型高精度馈源阵抗热变形优化设计

为保证多波束天线在温度大范围变化条件下的指向性能,提出一种高热匹配性大型馈源阵设计方法.首先采用辐射状条形接口实现馈源相位中心自适应拟合,解决了以往热匹配设计时相位中心无法固定的问题;然后通过预设力弹簧来解决游离间隙配合引起的力学环境微损伤和指向变化问题;最后采用遗传算法对各条形接口的分布位置进行优化.利用该方法对某多...     

基于点源阵列的星载面阵CMOS相机静态PSF测量

点扩散函数(Point Spread Function,PSF)能够完整表征物空间一点发出的光经过相机系统在像空间的分布特性,是空域图像复原、图像超分等处理的关键先验信息。针对基于点源的星载面阵CMOS相机静态点扩散函数PSF测量受点源相位影响、采样点少的问题,分析了相位模型,建立了相位理论模型模板库,提出了基于相似性度量函数模板匹配的相位确定方法,首次形成一套点源阵列靶标设计及数据处理方法,并对该PSF测量方法进行蒙特卡洛仿真,结果表明文章提出的方法对信噪比变化不敏感,具有较强稳定性,以二维高斯分布标准差衡量,测量精度达到95%。将该方法用于"高分四号"卫星全色CMOS相机的静态PSF测试,证明了该方法在星载面阵CMOS相机静态PSF测试工程应用中的可行性。     

一种基于功率测量的相控阵天线校准方法

文章研究了一种基于功率测量的相控阵天线校准方法,该方法要求探头和被测天线固定,在移相器状态切换的条件下,利用测量探头接收的微波信号功率,测定出各单元初始激励的相对幅度和相对相位。由于不需要相位测量,可以保证测量稳定进行,尤其可以解决高频时相位测量精度问题。最后模拟了应用该方法对相控阵天线进行校准的全过程,模拟结果表明,该方法是正确有效的。     

球形卫星径向天线阵的辐射场

导出球形卫星上任意位置处径向天线辐射场的线极化和圆极化分量表达式。对倾斜的和水平的四元阵按相位旋转方式激励时的辐射场进行了计算、示出一些典型辐射图。讨论了球体半径和天线长度对图形的影响、场结构对地面站天线的要求、以及球体与柱体上天线辐射图形的差异。     

基于均匀圆阵相干信源DOA估计的改进MUSIC算法

提出了一种均匀圆阵(UCA)相干信号的到达角(DOA)估计方法.通过模式激励法和改进MUSIC算法,对均匀圆阵的输出信号作模式变换,使其阵列流形具类似均匀线阵形式,再重构Toeplitz矩阵使其秩与信号相关性无关,完成对相干信号的DOA估计.仿真结果表明:该法可行.