深空组阵迭代FX相关合成算法及性能分析

针对火星距离下大规模天线组阵中极微弱接收信号的高效合成问题,在VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)的FX相关器开环处理架构基础上提出了一种新的迭代FX相关合成算法,对算法原理进行了详细理论推导,对数据处理流程、算法合成性能等进行深入分析,与FSC(Full-Spectrum Combining,全频谱合成)、BC(Baseband Combining,基带合成)、SSC(Symbol-Stream Combining,符号流合成)等组阵方案进行性能仿真对比,并给出该算法在36接收天线组阵的实测试验结果。仿真和试验结果表明,迭代FX相关合成算法相比于FSC、BC、SSC等组阵方案具有较好的合成性能,在输入带内信噪比不低于-20d B时,合成效率达到了95%以上,非常适用于火星天线组阵微弱接收信号的组阵合成。     

深空探测多天线组阵的增益损失研究

为定量分析上行天线组阵增益损失的影响因素,提出一种通过建立数学模型分析合成损耗的估计方法.首先基于天线原理和电磁波传输理论建立了天线组阵上行链路信号的数学模型,以统计学理论对数学模型进行分析,得到了影响上行链路信号的若干因素.通过分析得出,深空探测信号在远距离传输中因大气相位扰动引起的误差是造成天线组阵增益损失的最主要因素.再通过对大气相位扰动误差的进一步分析,构建S频段和X频段下大气相位扰动的空间自相关模型和时间自相关模型,得到组阵基线长度和工作仰角同合成损耗的关系.经过对各误差源的分析可知,在目前的技术水平下,能够满足上行天线组阵工程应用的精度要求.     

天线组阵技术研究及其在我国深空测控通信系统中的应用

研究深空通信系统中天线组阵技术实现方案,并通过数值仿真对几种基本的天线组阵方案和算法的性能进行比较分析。仿真结果表明,采用SUMPLE算法的全频谱合成技术能够获得很好的合成效率,是适合我国深空探测工程测控通信系统设计的有效方案,有望在我国后续的深空探测工程中得到应用。     

基于VLBI的上行组阵标校技术研究

天线组阵能否完全替代大口径天线有一个关键性难题,就是天线阵是否支持上行链路组阵。深空航天器无法将不同地面天线的上行信号对齐,所以上行链路信号的调整必须在地面完成。针对上行组阵发射机相位调整问题,提出一种基于VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)技术的接收模式天线上行组阵标校方案,并对标校精度进行了简要分析。将上行链路时延分解为几何时延和发射系统时延,建立了几何时延模型,通过标定接收时延和发射时延,便可以得到天线阵元间的相位标校值。理论分析结果表明,该方案具有一定的可行性,对上行组阵相位标校的研究具有一定的借鉴意义。     

基于分布式地面站天线的空间功率合成

卫星导航系统(GNSS)地面站天线对卫星进行上行注入时,信号到达卫星时较弱,容易受到干扰,故地面站注入天线需同时具备平时多目标注入和干扰时单目标功率增强的能力。利用卫星导航系统中地面站之间能够实现精密时间同步的特点,提出了一种基于分布式卫星导航地面站抛物面天线的空间功率合成方法,使用相位预补偿实现分布式天线阵到达目标卫星信号的相位粗同步;分析了相位误差、辐射功率误差对空间功率合成效率的影响,得到了阵元初始相位标定精度与相对定位精度的约束关系;并对合成信号的抗干扰能力和信号质量进行了研究。理论和仿真结果表明,当相位精度因子小于0.2时,4个等辐射功率天线在10°仰角以上波束扫描范围内的功率合成效率均在75%以上,且可以通过控制初始相位标定精度与相对定位精度实现更高的合成效率;而在合成效率要求75%以上时,天线辐射功率误差对合成效率的影响基本可以忽略。采用分布式波束扫描天线能够对地面站上行注入进行功率增强,可实现注入波束和功率的灵活配置,有效解决制约机动式和小型化地面站功率提升的瓶颈问题。     

二维耦合振荡器有源天线阵相位误差特性及其对天线方向图的影响

分析了二维耦合振荡器有源天线阵的相位误差特性及其对天线方向图的影响。分析结果表明,二维耦合振荡器有源天线阵的相位误差具有积累特性;阵元自由振荡频率的误差越小,阵元锁相带宽越大,波束指向误差越小;随着阵元自由振荡频率误差的增大,天线阵增益降低,副瓣电平抬高。     

双L型阵列DOA估计的PM算法的性能分析与改进

 双L型阵列天线的二维信号来向（DOA）估计采用传播算子法（PM），运算简单、计算量小。但对于非对称的双L型阵列天线，其中阵元数目少的均匀直线阵会引起较大的DOA估计误差。为此进行PM算法的性能分析与误差讨论，在单个信号源的前提下提出一种改进的PM算法。理论分析与计算机仿真结果均表明，该改进的PM算法保持了PM本身计算量小的优点，能够实现实时二维DOA估计。同时提高了测角精度，降低了方差，且对双L型阵列的使用更具普遍性。     

基于遗传算法的平面相控阵天线综合

利用遗传算法对平面相控阵天线进行了综合，在一定的频率范围内对天线阵的阵元间距、馈电流幅度和相位进行了优化。这种方法在抑制副瓣电平的同时，使天线阵的相对带宽得到了较大的提高。良好的仿真结果表明，该遗传算法在阵列天线方向图综合中的应用是有效的，有良好的应用前景。     

灵活的全空域同时多波束测控技术

针对日益发展的多星同时测控需求,给出了一种灵活的全空域多波束同时测控阵列天线实现技术。在分析国外GDPAA(网格球顶相控阵天线)相控阵技术的基础上,提出了子阵有源相控阵+多面数字波束合成的综合实现架构,比较了多面拼阵和球面拼阵工程实现的优缺点;并在单元天线建模的基础上对多面拼阵和球面拼阵进行了系统仿真,验证了其半球覆盖的波束性能和全空域覆盖的可行性。考虑工程实现,给出了多面拼阵的实现建议,并对其发展构思、预期性能和主要关键技术进行了探讨,最后进行了归纳总结。     

基于最小熵的多通道SAR系统相位误差估计与补偿

采用多通道合成的方法来增加信号带宽,是提高合成孔径雷达(SAR)系统距离分辨率的一种有效技术手段。针对多通道间相位失配的问题,建立了通道相位误差的频域多项式模型,提出了一种基于最小熵的通道相位误差估计与补偿方法。以距离向压缩脉冲图像的信息熵作为目标函数,误差多项式系数为估计变量,基于最小熵准则建立了相位误差的最优化估计模型。该方法能有效弥补内定标或外定标方法的不足,且不依赖于成像场景的地物类型,只需抽取少量回波数据作为误差估计的样本,具有耗费存储空间少、收敛速度快、不损失信噪比的优点。对不同场景的八通道实测数据进行了处理,实验结果验证了本文方法的有效性和稳健性。     

干涉SAR相位展开算法的比较和改进

基于残差理论深入分析和比较了 2种最主要的干涉 SAR相位展开方法积分路径法和最小均方法的策略及性能。对加权最小均方算法从初始值和权值进行了讨论,给出了一种合成加权多重网格算法。该算法结合了分支阻断方法简单快速并有一致解的特点,使它为多重网格最小均方算法提供初始值,加速了多重网格算法的收敛;并采用由相位导数方差生成的二值质量图替代相关系数作为权值输入,增强了算法的适应能力及可靠性。实际 X-SAR数据的相位展开处理结果验证了本文的分析和结论。     

利用旋转双天线载波相位双差的欺骗干扰检测技术

有效的欺骗干扰检测是防止卫星导航接收机被欺骗干扰攻击的前提。提出了一种基于旋转双天线载波相位双差的卫星导航接收机欺骗干扰检测技术,在对接收机双天线匀速旋转时输出载波相位测量值进行载波相位双差处理后,利用广义似然比检验实现了对单一发射天线输出欺骗干扰信号的检测。进一步分析了旋转半径和数据长度对检测性能的影响,并与旋转单天线和天线阵载波相位双差欺骗干扰检测方法的性能进行了对比。最后,通过蒙特卡罗方法进行了仿真验证,结果表明了该检测方法和检测性能分析的正确性。     

卡尔曼滤波中模型噪声方差阵的自适应最大似然递推估计

本文运用最大似然(ML)估计方法给出滤波模型中噪声方差阵的递推自适应估计。仿真结果表明,本文所提供的方法改进了滤波性能,防止了滤波的发散。     

一种基于协方差矩阵加权的阵元误差补偿STAP处理

机载多通道阵列雷达天线在工程实践中不可避免地存在各类阵元误差,所产生的通道失配问题会对空时二维自适应处理的性能造成大的影响。对存在阵元误差时的阵列信号模型进行了分析,提出了一种基于协方差矩阵加权（CMT）的阵元误差补偿空时自适应处理（STAP）方法,在工程应用中该加权矩阵可通过地面天线定标及校飞过程确定,通过对总干扰协方差矩阵估计的加权预处理,可将实际阵元误差对STAP性能的影响控制在测量误差的影响范围,最后通过仿真验证了算法的有效性。     

运动单阵元被动合成阵列波达方向估计

 提出了一种运动单阵元被动合成阵列波达方向(DOA)估计算法。该算法基于被动合成阵列(PSA)的概念,结合空间谱估计的思想构建了运动单阵元被动合成阵列模型,通过多次不同速度合成阵列过程实现对信号DOA的无模糊估计。通过对单次匀速合成阵列过程进行分析得到,在假设信号频率已知条件下,合成阵列算法能够达到与同孔径实阵列多重信号分类（MUSIC）算法相当的DOA估计性能。仿真验证了被动合成阵列与同孔径实阵列的渐近等效性及算法的有效性。     

基于二元交替激励的一维线阵控制方法

为了得到一种简单有效的阵列天线方向图控制方法,首先,从二元阵天线的结构及方向图入手,结合方向图乘积定理,通过对阵元天线激励幅度和相位的控制,得出了一种基于二元阵交替激励的阵列天线方向图调控方法;然后,结合理论推导,对真实的阵列天线进行了激励控制实验,并对实验数据的分析,重点研究了阵列天线归一化方向图的变化,证实所研究方法的可行性。     

Ka波段高增益圆极化机载微带天线阵的设计与实现

设计、分析、制作了一种工作在Ka波段的4单元高增益、圆极化机载微带天线阵列。利用顺序旋转阵列和串并馈方式的微带线网络馈电,显著改善了天线的轴比带宽和驻波带宽,减少了馈线损耗,实现了高增益。采用L型微带调配枝节对贴片单元进行匹配,便于组阵,解决了阵列空间布局不合理的难题;馈电网络和天线单元集成在同一介质基板上,易于加工和制作。测试结果表明:该天线阵具有高增益和良好的圆极化特性,从而证实了该方法的正确性和实用性。本文所设计的天线由于具有体积小、质量轻、结构紧凑、易于集成等优点,在机载相控阵雷达以及卫星通信系统中具有很好的应用前景。     

加权最小二乘—卡尔曼滤波算法在动基座对准中的应用

利用卡尔曼滤波算法进行估计需要给定初始状态估计值和初始误差方差阵.通常,初始状态估计值和初始误差方差阵由经验给定,而初始状态估计值和初始误差方差阵的选取影响着卡尔曼滤波的估计精度.文中提出了加权最小二乘-卡尔曼滤波算法,并运用到惯导系统动基座初始对准中,进行了仿真.仿真结果表明,利用加权最小二乘算法可得到更加精确的卡尔曼滤波的初始状态估计值和初始误差方差阵,提高卡尔曼滤波的估计精度,进而提高了初始对准的精度.     

深空天线组阵宽带信号频域合成技术研究

分析了深空天线组阵中宽带信号合成需求,提出一种宽带信号频域波束形成方法,设计相应的信道化滤波器组,达到了近似完全重建的目的;采用多相FIR(Finite Impulse Response,有限脉冲响应)和FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)结合的方式降低了DFT(Discrete Fourier Transform,离散傅里叶变换)滤波器组的计算量。在此基础上开展了原理样机的研制,并通过数传基带对样机进行闭环BER(Bit Error Rate,比特误码率)测试,根据测试BER数据计算样机本身SNR(Signal Noise Ratio,信噪比)恶化和合成效率。测试结果表明:合成信噪比损失小于0.4dB,验证了设计的正确性和合理性。     

相位方向图不均匀对高精度测速系统的影响

基于高精度测速工程需求,就飞行器天线方向图对高精度测速的影响进行分析研究。通过对天线相位方向图不均匀模型的深入研究,定量分析了飞行器天线方向图相位不均匀性对测速精度的影响,有效估计了天线相位不均匀性造成的测速误差量级。