基于深度神经网络的自适应波束形成算法

自适应波束形成技术是航天领域中的旁瓣抗干扰关键技术之一。当回波数据量增多时,传统的波束形成算法无法进行快速的处理,而应用深度神经网络模型对数据进行预训练可以快速的进行波束形成,因此根据波束形成原理利用分段训练方式设计深度神经网络,应用Leaky-ReLU激活函数、Adam优化算法和Dropout正则化方法提升深度神经网络的性能,提出了基于深度神经网络的自适应波束形成算法。仿真结果表明,相比于传统的LMS算法,在实验环境下,基于深度神经网络的自适应波束形成算法的计算速度约有7~8倍的提高。     

一种快速高精度激光终端跟踪角度等效方法

激光光束良好的跟踪特性是建立激光通信链路进而实现稳定高质量通信的前提,目前为实现高精度的激光光束跟踪指标,激光终端通常采用粗精组合切换跟踪控制的方法。但由于粗跟踪环中耦合有反射镜和多个库德镜,使得粗精环等效角度转换过程变得十分复杂。为解决该问题,提出从端到端进行坐标解算和从两端到参考坐标系进行光束变化角度转换的思路,进而实现精跟踪环快速跟踪反射镜x、y方向角度值对出射、入射光束变化,与等效的粗跟踪环U型架的方位、俯仰角度变化的转换关系。在详细描述两种方法转换思路的基础上,借助MATLAB工具计算转换结果,仿真结果表明相对于第一种方法计算量大,等效误差较大,有时甚至出现无法解出等效解的问题,第二种方法简便快速且计算误差较小,对于对实时性要求较高的激光通信跟瞄系统实现其快速高质量跟踪通信具有重要意义。     

微小卫星多约束姿态机动规划方法

针对微小卫星姿态控制中存在的多重指向约束和角速率约束问题,提出一种基于对数型势函数的多约束姿态机动规划方法。首先针对微小卫星携带的光学传感器需躲避强光天体而天线需指向地面保证对地通信这一约束特性,采用对数型势函数方法保证约束姿态指向满足任务要求;其次,针对姿态角速率限制的问题,引入障碍Lyapunov函数确保姿态角速率始终处于约束范围内。与在线优化方法相比,该方法具有计算量小的显著优势,非常适合星上处理能力有限的微小卫星。此外,考虑外界干扰力矩的影响,引入自适应干扰估计律,增强了控制系统的鲁棒性。最后,通过数学仿真对本文方法进行了校验,仿真结果表明,该方法能够快速实现卫星姿态机动到期望指向,与此同时,在整个姿态机动过程中,均满足多重指向约束和姿态角速率约束 要求 。     

航天器蜂窝夹层板对称热变形分析及试验验证

分析了太阳同步轨道遥感卫星某遥感仪器安装板在平面温度场下的热变形特点,考虑蜂窝芯子横向胀缩,建立了对称热变形问题理论模型,给出控制方程和级数解。同时设计了热变形试验,采用数字近景摄影测量光轴指向变化。理论分析结果与试验结果一致性较好,表明可采用该模型对蜂窝板在轨热变形进行预示。典型高低温工况下蜂窝夹层板对称热变形造成安装其上的相机光轴指向变化在20″左右,选用相对稀疏、较矮的蜂窝芯子,可降低热变形的影响。     

星载抛物面天线视在相位中心确定方法及应用

星载抛物面天线成像过程中对波束的指向精度有较高要求,而波束指向精度在很大程度上取决于天线相位中心的位置精度。基于抛物面天线工作原理及视在相位中心的定义,提出一种抛物面天线视在相位中心的确定方法。在此基础上,通过卫星在轨多体系统仿真分析,给出了卫星机动过程中的视在相位中心坐标范围,并利用最小二乘法分析了视在相位中心坐标偏移量。进一步对比分析了有阻尼器和无阻尼器连接方式对天线视在相位中心偏移量的影响关系,为后续抛物面天线指向精度研究提供了理论基础。     

基于角度分集的机载超宽带MIMO天线设计

为了提高机载通信设备信道容量和进一步减小天线安装空间,提出一种采用角度分集技术的超宽带（UWB）多输入多输出（MIMO）天线。该天线将Vivaldi天线和超宽带槽天线进行了集成设计,无需采用解耦结构便可获得较高的端口隔离度,大大提高了数据传输率。通过在Vivaldi天线辐射臂上开一对方形缝隙和在介质板背面增加长方形辐射贴片,可以有效减小天线的尺寸,设计的UWB-MIMO天线尺寸为36 mm×36 mm×0.8 mm。给出了天线的设计流程,加工了天线实物,并对其进行了测量。仿真和实测结果表明MIMO天线具有超宽的阻抗带宽,可以覆盖整个3.1~10.6 GHz超宽带频段。Vivaldi天线阻抗带宽为2.8~15.9 GHz,UWB槽天线阻抗带宽为1.8~12.7 GHz,天线端口隔离度均在-10 dB以下。测量了天线的辐射性能和增益特性,实测结果与仿真结果吻合较好,证明了该天线的有效性。该天线可以应用于超宽带无线通信系统和机载阵列天线系统中。     

相控阵天线方向图仿真与分析

相控阵天线目前广泛应用于雷达中,促进了多目标、多任务雷达的发展。但随着电扫描角度的变化,其诸多指标也随之变化,对雷达的性能产生直接影响,因而对相控阵天线方向图进行实时定量分析具有重要意义。文章基于相控阵天线的基本原理,利用LabVIEW语言开发了相控阵天线方向图仿真软件。软件设置了相控阵天线各影响参数的输入控件,通过图形和数值2种方式进行仿真结果的显示,并以表格文件存储。通过不同条件下的仿真结果对比分析,软件可合理有效地对相控阵天线方向图进行实时定量的仿真分析,可应用于相控阵雷达的性能分析和评估中。     

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。     

基于电容加载的UHF-RFID近场长天线设计

针对近场长天线的电流相位分布空间跨度大这一难点,设计了一款基于多电容加载的超高频(Ultra-high frequency,UHF)频段近场长天线。通过对长度为250mm微带传输线在间隔48.8mm处分段加载1.6pF电容,利用电容对电流的相位补偿作用改善了天线近场均匀性。在端口增加金属匹配枝节及负载电阻进行阻抗匹配。仿真及实测表明,该长天线回波损耗在918~933 MHz频段内低于-10dB,长天线正上方300mm处近场场强差值最大仅为3.2dB,天线正上方不同位置处最大读取距离差值波动不超过95mm,验证了该天线良好的近场均匀性。搭建射频识别(Radio frequency identification,RFID)系统并进行测试,进一步验证该款长天线在近距离RFID系统中的实用性。     

星载柔性可卷天线固有频率提升方法研究

柔性可卷天线是以卷曲方式收拢的新型可展天线,由于空间环境的复杂性,天线的动力学特性将直接影响其形状保持与形面精度,进而影响卫星的通信。针对天线展开后刚度不足的问题,采用有限元方法分析了天线的前两阶模态,对应的振型是阵面与伸展臂的耦合振动。为提升前两阶模态频率,从天线各组成部分的几何尺寸、材料等方面改变天线结构,发现天线整体的固有频率与伸展臂的刚度近似成线性关系,随柔性阵面的质量增大而降低。为此,结构加强的重点应放在伸展臂上,并优先选择轻质的阵面。此外,为避免悬臂式结构布局,提出了两种拉索设计方案,比较了拉索预紧力、拉索刚度对固有频率的影响,采用刚度足够大的拉索可使天线的固有频率提升至2Hz以上。