导航卫星天线收发系统耦合分析与仿真

导航卫星天线系统由接收天线系统和发射天线系统组成,发射天线系统为多频段工作模式。接收天线系统为单频段工作模式。当多个频段的信号经过发射天线系统后的三阶无源互调产物落入接收天线系统工作带宽内时,如果无源互调电平大于接收信号电平,则将严重影响导航卫星接收系统的正常工作。为此,应尽量提高发射天线与接收天线之间的隔离度,使已产生的无源互调电平得到有效衰减,从而不影响正常接收信号的工作。文章从微波网络JS散射矩阵出发,结合电磁场专用软件,给出了两种卫星平台上的发射和接收天线之间隔离度的仿真分析结果,为导航卫星天线布局提供依据。     

遥感卫星地面接收系统跟踪技术

在跟踪卫星期间，天线电轴应始终对准卫星，若对不准，将导致接收信号质量变差，甚至收不到卫星信号，这项工作由自动跟踪系统完成．中国科学院遥感卫星地面站接收系统为Ｘ／Ｓ双波段自动跟踪系统，采用单通道跟踪技术，主要接收Ｌａｎｄｓａｔ—５，同时还接收其它遥感卫星．本文对天线系统结构，ＲＦ系统工作原理，单通道跟踪技术、Σ与△信号问的相位差对自动跟性能的影响，实际运行跟踪操作等作了简介．研究表明，跟踪信号中包含的误差信息幅度与Σ和△间的相位差△Φ呈余弦关系．为确保自动跟踪工作处于最佳状态，Σ和△间相位必须严格保持一致。该系统对即将入轨运行的Ｌａｎｄｓａｔ—７和我国的ＺＹ—１等遥感卫星，具备兼容跟踪接收能力．     

基于位置信息的波束成形算法及中断性能分析

随着全球定位系统技术的发展，无线通信系统中发射端能够较为准确地获取接收端的位置信息。在此背景下，提出了基于接收端位置信息的波束成形码本设计方案，并分析了系统在该方案下的中断性能。首先，在莱斯衰落信道模型下，根据接收端的最大信噪比准则得到发射端的最佳波束成形权矢量。其次，给出均匀线阵天线模型下的波束成形码本设计方案。然后，推导出该方案下的中断概率表达式。最后，利用MATLAB软件仿真验证了该方法的有效性，并检验了相关参数对系统性能的影响。仿真结果表明，发射天线的数目和码本长度越大，阵列波束的指向就越精确，由此可以提高系统的中断概率和性能。所提算法可用于下行链路预处理，通过码本索引的方式，减少了通信系统中信令的开销和对信令的依赖。     

中继卫星轨道倾角漂移对在轨校相影响分析及策略

针对中继卫星轨道倾角在一个较大范围内变化，在轨校相采用天线精确指向标校站后，方位向、俯仰向十字拉偏标定校相码的方法，校相时间长，校相过程中轨道漂移带来的星上天线指向变化会影响校相准确性等问题，文章对轨道倾角漂移引起的星上天线指向变化进行仿真，并分析该变化对在轨校相的影响。以此为依据，对中继卫星角跟踪系统在轨校相方案进行研究，给出了粗校准与精校准相结合的校相策略，将轨道倾角漂移引起星上天线指向变化带来的校相误差降至最小。中继卫星角跟踪系统采用该方案进行相位校准后，在天线半功率波束宽度范围内，方位和俯仰误差信号的极性正确，交叉耦合小于20%，多次执行捕获跟踪任务，均能成功捕获跟踪目标，并且自动跟踪精度优于指标要求，验证了相位的正确性，表明该方案切实可行。     

某星载天线热变形对跟踪指向精度的影响仿真分析

星载天线在轨工作时,空间剧烈的冷热交变和较大的温度梯度会引起天线产生一定的热变形,导致波束指向发生偏转,降低系统跟踪指向精度,甚至使系统无法捕获目标。通过对天线热变形以及由此引起的波束指向变化进行仿真与分析,得出结论:天线波束指向由热变形引起的最大偏差为0.0247°,满足系统对于天线波束指向偏差小于0.05°的要求,为系统跟踪指向精度的计算提供了依据。     

支持径向交会对接任务的宽波束中继方法研究

针对神舟飞船和天和空间站径向交会对接形成组合体的工作模式下，神舟飞船宽波束中继S终端对中继卫星视场缩小导致测控覆盖率降低的现象，提出一种基于组阵和时空分集技术的宽波束中继S链路的设计构想，通过在天和空间站宽波束中继S终端内部增设功分器和合路器，以及在组合体径向对接口的对接总线内部增设高频电缆。利用天和空间站的宽波束中继S发射天线和接收天线，传送神舟飞船的宽波束中继S信号。神舟飞船宽波束中继S终端，同时接收和处理组合体对接总线内部高频电缆和神舟飞船I/III象限收发的宽波束中继S信号，解决了中继卫星过顶遮挡导致的测控覆盖率降低的问题，提升了链路可靠性。经仿真分析，相比单独工作模式，测控覆盖率提升了25.3%。对于接收链路，采用时空分集技术，对3个方向的宽波束中继S信号进行互相关解算和最大比合并，获得信号合并增益，有效提升了接收信号的信噪比和有效带宽。     

一种基于二维微波空间调制的通信跟踪系统

为了综合设计通信与测向跟踪系统,提出一种可以发射载有二维方向信息的空间调制通信跟踪方案。其思想是通过调制介质盘来改变信号的相位,用两个相干激励源把相位差调制到发射信号参数中,只需解调信号单天线接收机就可实现数字通信和来波方向估计。文中给出了调制信号星座的选择方法,信号状态的差分编码结构,单天线接收测向和数字信息解调算法,仿真了通信误比特率和相位测量精度,证明了在发射信号层面上是可以实现通信与跟踪综合的。     

星载多波束发射阵列天线多通道数字上变频设计

针对多波束发射阵列天线输入为中频宽带信号的特点,设计了数字波束成形网络方案,提出了一种适合于工程实施的多通道数字上变频并行处理算法,同时设计了一个集混频滤波和预加重处理功能于一体的复合滤波器,并结合反馈式增强锁相环和逻辑锁定技术提高了阵列天线各通道的幅相一致性.通过仿真分析和工程试验表明,提出的算法利用多相滤波器结构、分布式算法和复用式设计既减少了运算量,又有放降低了硬件资源消耗;采用的复合滤波技术及时钟同步技术提高了通道的幅相一致性,确保了相控阵天线波束赋形的效果.该设计的算法和硬件实施技巧对资源有限的大规模阵列信号处理有较好的借鉴价值,对宽带数字收发信机信号流设计也有一定的参考意义.     

一种基于自适应波束形成的导引头抗干扰方法

传统的反辐射雷达导引头天线通常具有较宽的波束,且具有固定的波束方向图,这就必然导致不同空域的目标辐射信号和干扰信号同时进入导引头接收系统,严重影响导引头的测向性能,无法适应未来复杂电磁环境下工作的需要.为此,提出一种基于自适应数字波束形成技术的主动抗干扰方法,并研究该方法在导引头系统中应用的可行性.仿真结果表明,采用该...     

中继卫星在轨自动跟踪精度测试方法研究

针对中继卫星在轨自动跟踪精度测试基准值建立和有效数据获取的难题,根据在天线电轴跟踪零点附近角误差电压灵敏度正比于波束指向角误差灵敏度的特性,提出了采用角误差电压灵敏度作为基准值,天线稳定跟踪目标时的方位角误差电压和俯仰角误差电压作为测试数据,通过数据处理得出在轨自动跟踪误差,然后与差波束零点(天线电轴)与和波束接收信号最大值轴之差相加,得出在轨自动跟踪精度的测试方法。并制定测试方案和测试流程,在轨进行了实施。与地面测试结果进行比较,数据相近,验证了测试方法的可行性和有效性。采用该方法测试难度小,便于实施,测试结果不受天线安装误差、卫星姿态变化等因素的影响,解决了中继卫星在轨自动跟踪精度测试的难题。     

基于多波位波束搜索的大型相控阵阵列信号处理技术

数字波束合成技术是通信对抗领域里一项至关重要的技术,通过在数字域对信号幅度和相位进行控制,可以形成多个独立可控的波束,形成波束指向精度高、灵活可变,且理论上不受波束形成数量的限制。本文针对大型相控阵需求,利用波束合成原理,并结合大规模阵列信号同步技术与相控阵幅相校准技术,实现一种可同时产生180个偏馈波束的多波位波束搜索系统。该系统可以利用波束群的实时扫描功能,实现大范围的波束搜索,更快定位目标角度。该系统已在工程上进行应用,并成功执行大型测控任务,取得圆满成功。     

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。     

星载双面多波束相控阵GNSS-R海洋微波遥感器设计

为实现对多个海面区域覆盖,对星载全球导航定位系统反射信号(GNSS-R)海洋微波遥感器设计进行了研究。遥感器采用层叠式双面多波束高增益相控阵天线,通过在轨镜面反射点快速搜索和波束调度,接收北斗或GPS系统发射的直射信号和海面反射信号,经原始信号采样、时延多普勒相关功率计算等处理,为全球海面风场反演和海面高度测量提供高时效微波遥感数据。给出了系统指标和组成、工作模式,以及星载层叠式双面多波束相控阵天线、星载镜面反射点预测和星载GNSS-R高精度海面测高等关键技术及实现途径。仿真和计算结果表明:系统测高精度22cm,可满足系统指标要求。实际测高精度待飞行试验验证。     

一种旋转飞行器应答机天线系统的设计

在当前应答机天线系统的工作模式下,飞行器旋转会引起其天线波束方向不断变化,导致地面测控设备信号间断,不能获取连续测量数据,难以实现精确跟踪测量。针对旋转测量存在的问题,本文设计了一种分集式应答机天线系统,理论分析和仿真结果表明,通过采用该系统,有效解决了现有天线系统的不足,能够实现对旋转飞行器的连续稳定跟踪。     

东方红三号卫星通信天线分系统

东方红三号卫星通信天线系统是国内波束天线系统。该天线系统能提供与国土形状相匹配的成形波束,从而达到最有效的功率利用;它具有高极化隔离的双极化特性,能实现频率复用,从而使通信容量成倍地增加;它能完成通信信号的接收与发射,以及定点以后遥测信号的发射。 1 天线系统的结构组成和电性能指标。 该天线系统包括4个主要部分:极化敏感反射器、馈源组件、展开机构和支撑结构。极化敏感反射器由两个极化正交的反射器前后组合装配而成。反射器为蜂窝结构,蜂窝芯由NOMEX     

一种相控阵通道的快速测量方法

随着相控阵系统在通信领域的大规模应用,需要供应商提供能够长期稳定工作的设备。而相控阵通道幅相特性在使用的过程中会随着时间产生变化,最终会导致波束性能下降。为了简化相控阵后期维护,降低维护时间和成本,需要在其维护阶段对相控阵通道进行幅相特性测量。这种测量必须由相控阵系统独立完成,且不应该依赖外部环境。传统的测量方法是依次对每个通道进行独立的测量,这种测量方法效率低下,大规模相控阵的测量时间一般都在数十分钟以上,会使通信业务长时间中断,不利于系统快速维护的需求。目前,对相控阵通道幅相的快速测量方法主要是在相控阵天线位于特定的测试环境下进行,目的是加快相控阵的生产周期,不适用于后期维护。将多载波和系统同步结合,提出了一种相控阵通道的快速测量方法。该方法在相同测量精度下,测量所消耗的时间大约比传统串行测量方法少两个数量级,相比于已有的快速测量方法测量时间大幅缩短。最后通过仿真验证了方法的有效性,得出了测量精度和测量时间的关系。并在相同测量精度条件下与传统串行测量方法和已有快速测量方法的测量时间进行对比。     

面向卫星通信系统的低成本超表面相控阵技术

低轨通信卫星系统因其传输延迟小、通信容量大、发射运营成本低等优势,受到了国内外的广泛关注。然而,低轨通信卫星技术的发展对星载天线系统提出了挑战。为提高卫星星座的通信容量以及实现对用户的跟踪覆盖,波束扫描、波束可重构及多波束覆盖不可或缺。在低成本建设运营的背景下,迫切地需要一种低成本的天线系统方案。作为一种低成本新型相控阵技术,综述了超表面相控阵天线技术及其在波束调控中的应用。首先对超表面天线波束形成的方法进行了简单的研究,之后介绍了超表面电磁调控的机理以及实现可重构的手段,最后介绍了超表面相控阵天线在波束形成、波束扫描、多波束产生中的应用。该技术相较于传统相控阵技术,大幅降低了成本,且在电磁波极化、频率调控中展现出巨大的灵活性。通过对该技术的综述,展望了超表面相控阵在低轨通信卫星中的应用。     

一种基于Kalman滤波的双电机消隙天线跟踪控制系统

首先本文给出了天线跟踪控制系统组成及原理框图，阐述了系统闭环工作流程；其次，针对天线跟踪目标过程中，跟踪接收机输出的目标与天线波束中心角误差受随机误差分量的影响，采用Kalman滤波算法对获得的实时角位置数据进行滤波处理；然后，对天线跟踪控制系统进行了建模，给出了系统动力学模型，对采用的双电机消隙设计方案进行了仿真；最后，通过挂飞试验验证了系统工作的可靠性。     

台阶反射面实现双频多波束天线收发等化的研究

双频多波束天线系统由于收发频段共用同一反射面,覆盖区内收发波束大小不一致.为了实现覆盖区内收发等波束,文章提出了一种新型的台阶反射面天线.通过对天线台阶高度的选取和台阶宽度的优化,可以使接收频率处每个台阶跳跃点与中心区在反射面等效口径处的相位相差180.,从而降低天线的口径效率,减小接收频率处反射面的电尺寸,最终实现了收发波束大小一致.为了进一步降低天线的副瓣电平,文章在接收频率处引入了馈源第一副瓣来照射反射面的台阶圆环,通过这一改进天线仍能实现收发等波束且获得了更低的副瓣电平.     

低轨通信卫星天线系统多波束形成关键技术

对低轨通信卫星星载天线阵的多波束形成中的阵列天线结构、射频通道一致性校正,以及数字波束成形等关键技术进行了研究。给出了天线的辐射单元和阵列结构设计,根据通道接收机结构用幅相一致性模块校正通道幅相失配,通过遗传算法确定数字多波束成形网络的加权系数。研究对多波束样机研制有较大的应用价值。