基于矩阵束方法的星载MEB SAR俯仰向DBF处理方法

俯仰向数字波束形成(DBF)处理是距离向多波束体制(MEB)星载合成孔径雷达(SAR)系统实现较高分辨率、超宽幅成像的关键。但是,由于存在卫星姿态误差等因素的影响,星载MEB SAR系统的DBF接收波束指向会出现偏差,这将导致在对具有强散射体的区域(如存在船舶的海面、港口等区域)进行成像时会出现鬼影目标。针对这一问题,该文提出一种基于矩阵束方法的俯仰向DBF处理方法。首先对俯仰向通道回波数据进行匹配滤波处理,并根据预设阈值寻找强散射体的峰值位置;然后利用矩阵束方法准确估计强散射体的波达角;最后利用这些信息调整俯仰向DBF加权矢量,确保DBF接收波束指向正确,从而消除鬼影目标的干扰。仿真实验验证了该方法的有效性。     

一种适用于北斗短报文通信的天线波束指向算法

针对北斗短报文通信中载体天线波束指向北斗卫星的问题,该文提出一种天线波束指向算法。该算法根据载体所处的地理位置和姿态,计算出指向北斗卫星的天线波束指向角。根据载体天线的合成波束增益和所处地理位置的北斗卫星波束增益,选择出最优的北斗卫星,并将天线波束指向该卫星。该方法可以保证载体运动过程中,天线合成波束实时指向最优北斗卫星,最大限度地提高了北斗短报文通信性能。     

一种适用于北斗短报文通信的天线波束指向算法

针对北斗短报文通信中载体天线波束指向北斗卫星的问题,该文提出一种天线波束指向算法.该算法根据载体所处的地理位置和姿态,计算出指向北斗卫星的天线波束指向角.根据载体天线的合成波束增益和所处地理位置的北斗卫星波束增益,选择出最优的北斗卫星,并将天线波束指向该卫星.该方法可以保证载体运动过程中,天线合成波束实时指向最优北斗卫星,最大限度地提高了北斗短报文通信性能.     

DBF同时多波束测角方法研究及工程实现

本文介绍了一种采用数字波束形成技术(DBF)实现同时多波束进而进行单脉冲测角的方法,给出了一种采用该方法的三坐标搜索雷达的系统组成.文中还详细讲述了相移DBF的数学模型、多波束单脉冲和差测角方法以及测角误差修正方法.仿真和实测结果表明,本文介绍的方法实现简单,测角精度等同于单脉冲测角,具有较高的实用价值.     

一种共形阵星地通信地面接收波束形成器设计

为了满足卫星和地面实现通信的需求,设计了一种共形阵的星地通信面接收波束形成器.采用球面阵圆极化天线的形式,在FPGA平台上完成信号处理.系统可以完成对信号的接收、下变频和数字波束形成等功能.系统内置整套卫星定位和数字波束形成算法,可根据上位机给出的星历平根数据,自主完成实时计算卫星位置、波束指向角度和权系数,可同时完成...     

基于脉内波束指向的单相位中心多波束星载SAR系统接收端DBF处理

该文将单相位中心多波束(SPCMB)星载SAR系统与脉内波束指向相结合,有效地解决了传统SPCMB- SAR系统方位模糊较大的问题。该文推导了接收端方位向、距离向及2维联合数字波束形成(DBF)的处理方法,并归纳出先方位向DBF后距离向DBF,先距离向DBF后方位向DBF,以及2维DBF 3种处理流程。同时分析了该系统的主要系统参数,对比了3种处理流程的数据率和计算复杂度。仿真验证了3种处理方法的有效性,并通过模糊度分析证明采用该系统能降低方位模糊和距离模糊,有效实现高分辨率宽测绘带成像。     

一种宽带恒定束宽DBF技术实现方法

针对常规DBF方法不适用于宽带信号的问题提出一种宽带恒定束宽DBF方法.根据空间重采样理论将均匀线阵视为空间离散采样,利用内插定理得到各阵元在不同频点上的加权系数矩阵.利用维纳滤波理论设计宽带波束合成器拟合加权系数矩阵,实现宽带内波束指向一致,宽度相等.给出了理论分析依据及仿真结果,仿真结果表明了该方法具有计算复杂度低、稳健性强的优点.     

基于Capon 谱估计的星载SAR 自适应DBF 研究

在地形起伏较大的山地区域,星载SAR 利用传统俯仰向数字波束形成(DBF)方法接收场景回波时,都会出现波束指向偏差的问题,这一偏差使得回波接收增益与信噪比降低。针对这一问题,该文提出一种基于Capon 空间谱估计的星载SAR 自适应DBF 方法。该方法首先通过有限的回波数据来准确地估计出各距离门内信源的波达角(AOA),而后利用这些信息来更新接收波束的加权矢量,从而能够在任何时刻都使接收波束准确地指向信源位置,以此来改善回波增益与信噪比。仿真实验结果表明,该方法较传统的俯仰向波束扫描(SCORE)法有较大的性能改善,同时它还对系统及信源参数的变化有很强的鲁棒性。      

GEO卫星波束指向地面轨迹的计算与应用

由于受到各种空间因素的影响,GEO卫星通常工作在小倾角轨道,通过姿态偏置控制可以维持卫星多波束天线的中心视轴对地指向点固定,但除视轴外的其他波束中心以天为单位,进行周期性移动,在工程中会造成地面站指向偏移,影响卫星多波束资源的使用。通过理论分析与公式推导,给出了卫星多波束天线中任意波束中心指向地面轨迹的解算过程,并对其进行了仿真计算与分析,可以作为实际工程应用的理论参考。     

广播电视卫星数字传输技术 第一章 概论

由图7可知，通信卫星的主要设备包括如下7大系统。 （1）位置与姿态控制系统 从理论上讲，静止卫星的位置相对于地球来说是静止不动的，但是实际上它并不是经常能够保持着这种相对静止的状态，这是因为地球并不是一个真正的圆球形状，使得卫星对地球的相对速度受到影响，同时当太阳、月亮的辐射压力发生强烈变化时，由于它们所产生的对卫星的干扰力矩的影响，也往往会破坏卫星对地球的相对位置，这些都会使卫星漂移出轨道，使通信无法进行。负责保持和控制自己的轨道上的位置就是轨道控制系统的任务之一，仅仅使卫星保持在轨道上的指定位置还不够，还必须使它在这个位置上有一个正确的姿态，因为星上定向天线的波束必须永远指向地球中心或覆盖区的中心，由于定向波束只有十几度或更窄，波束指向受卫星姿态变化的影响相当大，再加卫星距地球表面有36000km，姿态差之毫厘，将导致天线的指向谬以千里.     

天基监视中的双星相对运动模型研究

以天基监视为背景,依据几何学原理和矢量计算工具,主要研究了双星相对运动模型。一方面,突破力学求解方式,采用一种区别于传统轨道根数的卫星轨道生成规则,可清晰直观地描述卫星轨道;另一方面,结合光电跟踪系统,研究了双星运动过程中的相对方向变化。通过对异面太阳同步圆轨和共面地球同步圆轨双星相对运动模型的仿真计算,获得了卫星轨道、相对距离、方位角、俯仰角、方位角速率、俯仰角速率的变化结果,分析结果证明了此方法的合理性,可为天基监视中的工作区域选择、卫星轨道设计、监视系统设计和捕获跟踪瞄准控制系统设计等物理问题和关键技术提供定性和半定量参考。     

Mapping spatial distribution of comm-satellite's beam based on ground omni-antennas

The current satellite communications (SatComs) systems are composed of a large number of satellites, beams and terrestrial devices. Due to their multinode dynamic nature, the usage of frequency resources is variable, complex and difficult to characterize. In particular, with the development of satellite-borne phased array antenna technology, SatCom beams carrying different frequencies are directionally and dynamically distributed in global scale. Mapping and locating the spatial beam distributions of communication satellite (comm-satellite) are the bases of intersystem cofrequency interference mitigation and spatial frequency reuse. In this paper, we design a data selection–multiparameter fitting iteration (DS-MFI) algorithm on the basis of ground-based omnidirectional antennas. The proposed approach can effectively map the spatial distribution of comm-satellite's beam, including satellite transmitter position, equal-gain off-axis angle, and beam pointing in azimuth and elevation. Simulation results verify the effectiveness of the proposed approach for satellites with fixed or steerable beams at different altitudes. Furthermore, the results become increasingly accurate as the dense of ground omni-antenna increases.     

星载平台地面目标测向定位仿真研究

星载平台地面目标定位是卫星侦察中的一项重要任务。针对星载平台的特点,给出了一套基于对地面辐射源目标测向定位的仿真计算方法。通过测量地面辐射源信号的俯仰角和方位角,结合卫星的位置和轨道信息,利用球面几何定位方法求解地面目标的地理经纬度。还分析了测向误差和俯仰角对定位精度的影响,并通过将多次定位数据融合来提高定位精度。仿真实验中采用STK卫星轨道仿真软件生成卫星位置数据和目标相对于卫星的俯仰角及方位角数据,比较了不同测向精度下的目标定位效果,分析了多次定位融合的收敛情况及融合定位精度与俯仰角和目标位置之间的关系。最后给出了一些工程实践性的建议,具有一定的工程参考意义。     

利用坐标变换法计算卫星轨道辐射热流

卫星轨道辐射热流的计算对于卫星的热控设计和卫星红外特征研究等都具有重要意义。论文根据描述卫星运动模型参数的卫星轨道六要素,利用坐标变换方法确立了卫星任一表面与太阳、地球的位置角度关系,建立了卫星的表面辐射热流计算模型,可用以计算任意轨道参数的卫星在任意时刻太阳辐射、地球反照和地球辐射等主要轨道辐射热流,并以某轨道上六面体卫星为例给出了其不同表面在整个轨道运行期间的接收到的辐射热流计算结果。结果表明:卫星不同表面接收到的辐射热流密度随时间的变化是不一样的,主要取决于各表面与太阳和地球的角度关系。     

基于元数据文件的ZY-3轨道和姿态参数的精确获取

高精度卫星轨道和姿态参数的获取对卫星数据产品的推广应用具有重要意义。对“资源三号”卫星元数据文件（.AUX）的数据格式、参数意义以及量纲进行了深入的研究和分析,拟合得到任意时刻卫星的轨道和姿态参数。对拟合精度的分析表明,“资源三号”卫星轨道运行平稳,利用二次多项式拟合卫星轨道,精度可达到米级,与星上GPS设计的5米测量精度保持了很好的一致性。成像期间,其姿态变化相当稳定。该值可以作为外方位元素的初始值应用于卫星的在轨几何检校与影像的精确定位。     

宽带星载DBF相控阵天线设计与实现

针对低轨卫星通信天线波束"等通量"覆盖的赋形要求,采用遗传算法对天线阵列进行了多目标平衡优化综合.根据SHA阵和波束覆盖的空间旋转对称性,在波束空间和阵元空间内进行阵元分组,将波束形成矩阵自由度降为1/3,简化了遗传算法参数数量,为波束形成因子复用奠定基础.针对16波束宽带输入,利用DFT滤波器组、复用式波束形成网络、单音闭环校正等算法设计了分布式数字波束形成器和幅相校正单元,运算量降为原来的4.5%,节省硬件资源80%.最后首次完成了16波束61阵元星载DBF相控阵天线样机的研制,暗场测试结果表明波束增益达到等通量覆盖要求,验证了以上算法和工程设计的正确性与有效性.     

低轨近圆轨道根数变化特征的一种分析方法

低轨近圆轨道卫星运行周期短，所受摄动力影响大，轨道变化复杂，但在短期内轨道根数的主要变化特性比较简单，主要分为多项式和周期项两部分，这样就可以建立简单的数学模型，进行轨道拟合和预报，从而避免了复杂的摄动模型的求解。研究工作针对某一实际型号的轨道数据，对该卫星轨道第一类无奇点根数进行频谱分析，数学模型的建立，用最小二乘法对数学模型中的参数进行求解。计算结果表明，对低轨近圆轨道根数变化特征的分析正确，轨道根数数学模型简单，拟合结果较好，支持短时间预报，该方法可用于星载 GPS 定位结果的平滑和预报。     

一种低轨卫星通信终端的数字波控方法

针对低轨卫星通信场景下地面终端需自动追星的问题,提出了基于相控阵的波束控制方法.首先利用卫星的位置以及终端的位姿信息计算终端对星的初始指向角,并用该指向角计算相控阵各阵元的移向量完成初始对星,然后利用相控阵在数字域进行圆锥扫描实现对星的精跟踪.仿真结果表明,所提方法能较好完成终端的对星工作.     

一种面向全空域覆盖阵列的和差比幅测角跟踪方法

针对和差比幅方法在全空域相控阵系统应用扩展中出现的辅助波束指向计算、角度估计问题,分别给出了一种基于辅助坐标系的指向计算方法和一种基于方向图高斯拟合的目标角度解算方法,并针对角度跟踪滤波环节的角误差向量估计方法进行了优化。仿真分析结果表明,面向子阵化全空域阵列,和差比幅方法表现出了优越的差波束性能,且在和差比相方法跟踪失效的条件下,该方法仍然能够实现优于0.1倍波束宽度的角跟踪精度。