大气湍流对深空天线组阵相位影响分析

深空测控网采用大规模天线组阵系统比单个大天线具有一定优势,构建一个Ka频段的天线组阵系统无论对于星际测控通信还是天文观测都是一种经济、可持续扩展的技术方案。然而天线组阵系统工作于Ka频段时,由于天线间相位的快速起伏漂移将使得合成信噪比迅速恶化,尤其对于深空测控上行链路信号的相位监测和闭环控制带来巨大挑战,所以对天线间大气相位扰动测量和数值模拟非常必要。参考国外相关的干涉测量数据,首先分析了天线组阵大气相位扰动测量和统计分析方法;然后利用微波大气湍流模型,建立了天线组阵相位漂移抖动模型;对大气湍流引起的相位延迟扰动过程进行了仿真实现。利用模型产生的天线组阵相位抖动数值,可以测试和评估天线组阵信号合成处理系统的适用性。     

异地天线组阵站间时延差修正技术研究与验证

异地天线组阵可综合利用现有的天线设施,充分发挥设施资源的综合效能,对于我国未来深空探测任务的测控通信支持,提高测控通信距离,具有特殊的应用前景。介绍了异地天线组阵特点,并对异地天线组阵中关键的站间时延差修正技术进行研究,利用"嫦娥3号"下行数据开展技术试验验证,不仅获得了喀什、青岛、北京、三亚四站间的精确时延差结果,完成四站信号的基带合成和符号流合成,而且优化了软件相关器参数;该技术同时应用到欧空局"金星快车"微弱信号的基带合成处理中,为后续深空探测信号合成的工程化应用奠定了良好基础。     

一种基于信号合成的无线电干涉测量方法

针对后续深空探测任务更高测量精度需求,文章提出了一种基于信号合成的无线电干涉测量方案,并对方案性能进行了理论分析;结合目前主流信号合成算法,提出了一种基于相位补偿的Sumple算法,该算法不仅合成效率高,且合成信号与参考信号具有相同的相位特性,这是天线组阵技术应用于无线电干涉测量的前提;利用相控阵天线试验数据和DOR信号仿真数据对合成方案和合成算法进行了验证,结果表明信号合成处理可以提高无线电干涉测量时延估计精度,这在深空探测任务中具有重要意义。     

自适应圆阵中的干扰抑制和互耦补偿

提出了一种适合圆阵的自适应相干干扰抑制及天线阵元间互耦补偿的方法。这一方法完善了常规自适应天线干扰抑制技术。计算机模拟实验表明,该方法性能优良,且易于工程实现。     

自适应圆阵抑制相关干扰技术

研究了相干干扰使自适应天线性能下降的机制。基于对圆阵输出信号的去相干处理,提出了一种自适应圆阵抑制相干干扰技术。理论分析和计算机模拟证实了该技术的正确性和可行性。     

一种校准空口误差矢量幅度的辐射信号产生方法

新一代通信技术愈发依赖毫米波信号，空口条件下毫米波信号质量的校准成为亟需解决的问题。在此背景下提出了一种用于空口毫米波信号误差矢量幅度(Error Vector Magnitude, EVM)参数校准的W频段宽带矢量调制辐射信号产生方法，可以提供高载频、高传输速率的宽带矢量调制信号，为毫米波接收设备EVM参数的校准提供标准信号。使用倍频加混频的方式，获得符号速率1 GBaud(500 MBaud)的W频段正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying, QPSK)矢量调制信号，通过天线辐射到空间传输。接收天线在远场条件处对信号进行接收，经过下变频后得到载频1 GHz的QPSK接收信号，解调后信号的EVM约为20%@1 GBaud(10%@500 MBaud)。为提高接收信号质量，研究了相应的预失真与信号平均技术，通过结合发射接收信号来估计传输链路误差并进行迭代补偿，将EVM最低降低到5.2%@1 GBaud(2.1%@500 MBaud),大幅度地提高了信号质量，为空口EVM参数校准提供了高质量的辐射信号。     

太阳辐射对环火段通信链路的影响分析及参数设计

深空探测的上合阶段(superior solar conjunction,SSC),太阳强辐射成为影响地面站接收噪声温度计算分析的关键性因素之一。针对太阳辐射引起的高传输误码率甚至通信中断问题,以火星探测为例,提出一种定量化计算环火段太阳 地面站 探测器夹角∠SEP的方法,结合角度关系分析了环火段SSC阶段太阳对链路产生影响的原因,重点分析了地面站接收太阳噪声温度与空间链路、空口参数以及天线波束特性之间的关系。研究及仿真试验表明,当天线口径一定时,地面站的接收噪温峰值Tsmax和太阳对地面站的影响时长ti均与通信频率成反比; 在通信频率一定时,Tsmax与天线口径成正比,t_i与天线口径成反比;当天线口径固定为34m时,S频段下的Tsmax高达12830K,是Ka频段下的1.8倍,S频段的ti比Ka频段下的ti表现在∠SEP上延长近0.5°。当通信频率固定为S频段时,70m口径天线与18m口径天线相比,Tsmax高出1920K,但是ti表现在∠SEP上缩短约0.53°。结合太阳辐射对通信链路的影响分析,给出了不同∠SEP下的链路参数设计建议,为火星探测链路中的参数设置提供参考。     

频率分集阵列负型模糊函数特性仿真

现有研究主要是关于频率分集阵列（FDA）基于阵元发射窄带条件下单载频信号的假设而展开的，缺乏对线性调频（LFM）信号是否适用于FDA问题的研究。考虑到基于模糊函数的优化是雷达波形设计的重要手段，在建立FDA数据模型的基础上，建立线阵发射、单天线接收模型下的FDA负型模糊函数，系统分析其主要特性。在此基础上，仿真分析了基于矩形脉冲、线性调频信号以及采用不同非线性频控函数的FDA负型模糊函数特性，对比了采用不同非线性频控函数的FDA的目标距离-角度二维联合估计性能。仿真结果在验证FDA模糊函数建立正确性的同时，得出采用正弦频控函数的FDA性能最优的结论。从而为基于模糊函数的复杂信号FDA波形设计以及基于FDA方向图解耦技术的发射波形设计奠定了重要基础。      

非均匀间距的低副瓣宽带微带阵列天线设计

为降低天线副瓣电平（SLL）和展宽带宽,设计了一款谐振频率为14.25 GHz的16阵元非均匀间距的耦合馈电微带阵列天线。天线采用多层设计,通过在接地板开矩形槽进行耦合馈电,并引入空气层,降低天线Q值,增大带宽。区别于均匀间距阵列天线的激励幅值加权,从阵元间距角度入手,利用差分进化算法降低副瓣电平,构建非均匀间距并联线阵天线。用槽面辐射的能量近似代替阵元接收的能量,观察阵元功率分配情况,并建立馈电网络所有馈线段的数学关系,保证非均匀间距条件下所有阵元为等幅同相激励。测试结果显示,天线在14~14.5 GHz范围内电压驻波比小于2,满足了卫星动中通的带宽要求;工作带宽内增益大于16 dB,副瓣电平低于-16 dB,性能优于均匀间距阵列天线。      

紧缩平面场扫描架系统研制

紧缩平面场(CATR)是在较小的微波暗室里模拟远场的电磁环境,以行进各种天线的测量和研究.其最终性能指标要由紧缩平面场扫描架评定.根据紧缩平面场扫描测量原理,及其对扫描架平面度、直线度、定位精度及自动化程度的要求,研制了极坐标型紧缩场扫描架系统,通过采用高精度直线导轨、平面度微调方式和基于工业控制计算机的数字控制技术,达到了所要求的检测精度,满足了紧缩平面场扫描测量的要求.     

深空探测器大口径天线指向在轨标定方案

基于深空探测器配备的大口径天线的指向精度要求,给出了一种深空探测器大口径天线在轨指向的标定方案,以解决深空探测器安装的大口径天线的在轨指向评价问题。通过对飞行器特点和约束条件的分析,结合"嫦娥4号"中继星天线的具体情况,采用星地协同工作的方法,给出了天线指向在轨标定的方案,并明确了标定的实施流程,最后对标定过程中的误差情况进行了分析。本方案可推广应用于其他深空探测器大口径天线指向标定方案的设计。     

Vivaldi天线及其在宽带测量系统中的应用

介绍了一种宽频带的槽线天线即Vivaldi天线,论述了它的工作机理,它的性能与结构参数的关系,同时介绍了它与不同的馈电方式结合形成具有各自特点的不同形式的Vivaldi天线,用时域有限差分方法分析了一种Vivaldi天线的匹配特性,验证了它的宽带特性,最后阐述了Vivaldi天线在宽带测量系统中的应用。     

微波黑体发射率计量标准装置的准光照射天线设计

微波黑体发射率计量标准装置拟通过双站测量的方式,获取微波黑体的电磁散射信息,进而基于基尔霍夫热平衡定律获取其发射率信息。在有限的测量空间和较高的测试频段条件下,需要对照射天线进行优化设计,以实现对微波黑体散射特征的有效测量。针对此应用,在毫米波和亚毫米波段基于准光学技术,开展了照射天线仿真设计工作。并结合装置实测场景,对准光照射天线的散射测量收发链路进行仿真,结果表明：通过准光天线设计,可以使得发射天线在目标区形成相位平坦,边缘衰减的照射场分布,可以降低收发天线-目标间的电磁能量传输衰减,同时近似测得目标的远场散射特性已便于反射率积分。综合而言,通过仿真分析,验证了微波黑体发射率计量标准装置中高频段收发天线的设计原理和应用价值,同时也对其它近场测试系统的研制和应用提供了参考。     

天线阵方向图无人机测试系统研究

本文针对大型米波接收相控阵天线方向图的测量需求,研究了一种基于无人机的测试系统。阐述了测试系统在接收阵天线方向图测量应用中的必要性、可行性和相关技术问题;定性地分析了无人机测量相控阵天线的各种测量误差来源;探讨并提出了一种针对性强、工程可实现性高的测试系统的设计方案和思路。     

考虑在轨热效应的网状天线索网优化设计

网状天线服役于高低温、强辐射的复杂太空环境，其热变形是影响天线在轨性能的重要因素。目前的设计方法均为常温下的索段预应力配置，难以计及服役环境对天线在轨性能的影响。通过在索网模型中引入温度载荷，建立了以常温下索段参数为变量，以服役环境下的索网形面精度和张力分布为目标及约束条件的索网优化模型，从而在设计之初充分考虑服役热环境下的天线性能，改善天线在轨精度和张力分布。分析了天线运行轨道热环境，计算了天线在不同轨道位置的温度场；基于非线性有限元理论，建立了网状天线热结构模型，形成了考虑温度效应的索网找形及优化设计方法；开展了面向天线服役性能的索网优化设计。优化结果表明，该方法有效提高了天线在轨运行时的性能，可为考虑服役环境的网状天线优化设计提供方法和思路。     

星载大型平板缝隙天线结构设计及热变形分析

以空间应用需求日益广泛的大型平板缝隙天线为研究对象, 介绍了其结构组成. 为减小天线热变形, 对天线外侧4个安装角的连接方式做了改进设计, 并在极高温和极低温两种工况下进行热变形分析, 得到改进前后两个方案的变形结果. 在极高温工况下, 天线阵面Y向热变形均方根值从改进前的0.52 mm减小到0.3 mm; 在极低温工况下, 天线阵面热变形均方根值从改进前的0.35 mm减小到0.1 mm. 结果表明改进后的方案满足设计要求, 从而确保了天线在轨电性能的指标.      

采用信标的大型可展开天线指向控制方法

为提高大型可展开天线的指向控制精度,并适应喷气卸载等在轨工况,基于Craig-Bampton法建立了表征柔性天线指向的动力学模型,在此基础上提出了一种采用信标的大天线指向控制方法.该方法先基于卡尔曼滤波,对大天线的振动状态进行检测,若天线未出现明显振动,则通过信标敏感器修正天线指向偏差,同时引入星本体姿态敏感器以保证稳定性;若天线振动超过阈值,则仅引入星本体敏感器以衰减振动,直至天线未出现明显振动.最后利用瑟拉亚(Thuraya)卫星的在轨实测热变形数据进行了仿真验证.结果表明,在未受到喷气扰动时,大天线指向精度优于±0.02°,在受到喷气扰动后,系统可正确检测并切换跟踪输入.这说明,该指向控制方法在保证稳定性的同时,可以有效修正大天线指向偏差,并能适应在轨位保、卸载喷气工况.