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。     

全空域数字多波束天线技术研究

针对航天领域全空域多目标管理使用需求,设计了一种基于富勒烯结构的赋型数字多波阵列天线,介绍了数字多波束信号收发处理工作原理及赋形阵列结构设计方案,研究了基于赋型阵列天线的波束滑动行走模式、多波束工作模式、波束增强模式,建立了赋形阵列天线数学仿真模型,对阵列天线波束增益一致性、波束宽度一致性、多波束方向图、波束增强性能进...     

多通道相控阵天线数字波束合成技术及实现

本文针对多通道相控阵天线数字波束合成的需求，研究多通道阵列波束数据采集和实时处理技术，实现了基于FPGA的多通道数字波束合成系统，完成了对16路阵列信号的数据同步采集、方向图波束合成、数据快速传输与实时处理。实验结果表明:该技术具备良好的工程可实现性，且实验系统工作稳定，合成的方向图各项指标能真实地反映多通道相控阵天线的性能优劣。     

一种自适应迭代宽带数字波束成形算法

为了克服传统宽带波束合成要求期望信号垂直入射阵面的苛刻要求,新算法首先利用数字时延滤波器对接收数据的时延进行补偿,使其等效为期望信号垂直入射,然后采用无需计算矩阵求逆的基于LMS的空时自适应滤波算法完成波束形成。方向图仿真表明,新算法能够实现宽带抑制,可高分辨率地使主瓣对准期望,零陷对准干扰;同时通过计算量分析,相对于DMI算法,新算法很大程度地降低了计算复杂度,减小了计算量,易于工程 实现。     

基于宽带数字波束形成的多通道均衡校正技术

宽带数字波束形成技术是实现多目标测控的一种较为理想的系统方案。首先介绍多目标测控系统的总体架构,然后给出一种基于频域均衡的宽带DBF通道校正算法,采用具有线性相位结构的FIR滤波器进行信道均衡。仿真及实测数据表明,算法能够准确补偿由于通道间差异引起的信号幅相误差,完成测控系统多通道校准。     

一种数字阵列雷达小视场快速成像方法

针对通道幅相误差和RCM(距离单元徙动)幅相误差同时出现导致数字阵列雷达近程成像效果不佳的问题,研究了一种在小视场条件下快速实现数字阵列雷达近程成像的方法。通过研究数字阵列雷达的回波信号模型,确定了DBF(数字波束合成)成像中幅相误差的来源,在此基础上,建立了数字阵列雷达小视场成像的快速DBF成像模型。理论仿真和实测数据表明:该方法在校准通道幅相误差时能有效实现RCM幅相误差的补偿,通过单次FFT(快速傅里叶变换)即可实现DBF成像。与现有小视场成像方法相比,该方法能在保证成像质量的前提下,显著提高成像效率,在系统性能评估测试等小视场应用中具有较好的应用前景。     

基于子空间追踪的无源信号检测技术

数字阵列瞬时全空域覆盖时,所需的波束数量随着阵列规模增大而增加,这将使得信号处理复杂度提升,设备量增大.为了减少大型阵列的设备量,提出了一种基于子空间追踪的无源信号检测技术.该技术利用辐射源信号在空域的稀疏性,用子空间追踪算法实时跟踪辐射源信号,将波束对准辐射源信号方向,进行自适应空域滤波,从而减少波束个数,降低计算量.该算法可以适应多信号形式,自适应地对多个辐射源的来波进行滤波,滤波之后的信号可以进行信号检测及信号分选,且波束个数不随阵列规模的增加而增加,可以大大减少大型阵列的设备量.     

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。     

星载多波束接收天线自适应宽带校正方法

射频通道的不一致性会严重影响阵列天线的性能,因此必须对各通道的失配进行补偿,提高各通道的幅相一致性。对星载多波束天线宽带接收通道而言,其不一致性表现为各通道频率响应的失配。针对星载应用,提出一种基于自适应滤波器的离线宽带校正方法,对通道间的失配进行补偿。同时分别对最小均方(LMS)算法及递归最小二乘(RLS)算法进行计算机仿真,并对两种算法的校正效果进行对比。分析校正效果与自适应滤波器抽头数之间的关系,并比较校正前后天线方向图性能指标。仿真结果表明,提出的方法能有效校正通道间的失配。     

基于数字多波束星载多通道VDES设计

阐述了甚高频数据交换系统(VDES)系统产生背景,针对目前普遍存在的系统通信速率受限以及自动识别系统(AIS)时隙冲突问题,提出一种全双工射频通信频段设计方法和时隙冲突解决途径。通过采用多个射频通道以及多个波束合成,利用阵列天线和数字波束合成(DBF)技术,将卫星大覆盖范围划分为多个相互独立区域,缩小单个天线波束视场覆盖范围,减少单波束范围内船舶数量,能有效降低AIS信号时隙冲突。以600 km卫星轨道为例,介绍了8通道及8个波束DBF设计方法,对波束视场和天线增益等进行了仿真计算。结果表明:多波束可覆盖±42°视场角范围,单波束视场角最大为±14°。     

GPS信号FFT捕获算法的有限字长效应分析

字长选择对于FFT捕获算法硬件实现时系统性能和资源消耗等有着点接影响。为分析有限宁艮效廊，本文提出了一种新的基于理论统计模型的分析方法，以替代繁琐耗时的样本统计过程。住根据GPS信号特点设定的简化条件下，由量化误差模型详细讨论算法结构各部分对GPS信号载噪比的影响，得出了在各种应用要求下的字长选择方案。硬件仿真实验表明了本方法估计字长效应的正确性，可以应用于工程分析。     

一种基于相干叠加的复合载波导航信号捕获方法

针对复合载波导航信号多载波结构特征,基于检测性能、运算复杂度、硬件资源占用情况三方面的综合考虑,提出了一套适用于该信号的捕获架构和处理方法。该架构采用PMF-FFT算法对复合载波各子载波进行分别或统一处理,然后利用各子载波频点间隔信息,对信号进行循环移位并相干叠加,以充分利用信号能量进行检测判决。理论分析和仿真实验表明,与传统的卫星导航信号单载波捕获架构相比,该架构在有限的硬件资源和计算能力的情况下获得了较好的检测性能。     

基于AD9954芯片的非线性调频信号实现

提出了一种基于新型直接式数字合成(DDS)AD9954芯片,用数字阶梯逼近法直接读取数据产生非线性调频(NLFM)信号的方法。介绍了NLFM信号的实现、PIC控制电路与接口,分析了方法的不足。研究表明,该法所用硬件资源少,适于小时宽频宽乘积的非线性调频脉冲信号的实现。     

一种单子样旋转矢量姿态算法

旋转矢量姿态算法可有效抑制高动态环境下捷联惯导系统(SINS)产生的圆锥误差。当 直接应用多子样旋转矢量姿态算法时,会降低系统姿态更新频率;若要保持姿态更新频率, 则需要提高采样频率,从而增加了导航计算机的硬件负担,并导致量化误差突出。针对上述 不足,提出了一种利用当前及前N个姿态更新周期角增量的单子样旋转矢量姿态算 法,并在典型圆锥运动条件下推导了算法补偿项系数。此外,由于陀螺输出经过数字滤波处 理后其幅频特性的改变会影响圆锥误差的补偿效果,根据滤波器特性推导了单子样旋 转矢量姿态算法的修正算法,以便于在工程中推广应用。该算法在不降低姿态更新频率 的同时,可获得较高的解算精度,适于高动态环境应用,实验结果验证了上述算法的正确性 和有效性。
     

观察方向差分约束的自适应数字波束形成算法

介绍利用自适应数字波束形成技术对接收信号进行空域滤波，讨论了一种修的Ｇｒａｍ－Ｓｃｈｍｉｄｔ自适应零点形成算法，以适应连续波体制雷达对付有源干扰。仿真结果表明，本抗干扰措施可有效抑制副瓣有源干扰。     

自适应数字波束形成的格式滤波算法

从矢量空间分析的角度，分析了格式滤波算法在自适应波束形成中的应用，以空间正交化原理为基础，得到了一种新的递推型格式滤波算法，使格式滤波器的阶次降为原来的一半，从而较少地减少了算法的运算量以及简化了硬件结构。     

多运动目标ISAR成像方法研究

当雷达波束中包含多个运动目标且目标在距离维无法分辨时,常规的逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法难以有效聚焦,成像质量很差。针对此问题,利用回波中多个目标平动多普勒分量近似线性变化但变化历史不同的特点,提出了一种新的多目标ISAR成像方法。该方法先采用基于调频斜率估计的信号分离(CRESS)方法对多目标回波数据中各个目标的回波分量进行分离,然后对分离后的数据分别做成像处理。仿真实验结果验证了该方法的有效性。     

基于DSP+CPLD的射频源控制

采用数字信号处理器(DSP)和可编程逻辑器件(CPLD)技术，设计了射频信号源控制电路板。介绍了控制部分硬件和软件的组成，并给出了所设计软件的主程序。用线性调频和脉冲两种信号进行了仿真实验。结果表明，所设计的射频源的输出符合要求，控制灵活。     

基于FPGA的角跟踪接收机误差信号平滑算法的实现

在星间链路自跟踪系统中，角跟踪接收机中误差信号的抖动大小决定系统天线跟踪精度和稳定度。为降低误差信号的抖动，结合工程实际应用情况，在FPGA上实现一种16点加权平均滑动窗算法。该算法首先对误差信号进行频谱分析，找出误差信号的频率分布范围。然后根据误差信号采样率和误差信号的频率分布范围，确定加权滑动窗点数和加权系数。最后在FPGA上对该算法进行实现，实现过程中采用桶形移位器方式，将15次加法和1次除法运算降低为1次加法，1次减法和1次截位操作，FPGA资源使用量显著降低。实际测试结果表明，该算法能有效对角跟踪接收机误差信号进行平滑，从而解决角跟踪接收机在低信噪比、高信息速率情况下误差信号抖动不满足指标要求的问题。误差信号抖动由0.25V左右降低为0.06V左右，这一方式显著改善了系统性能。