全空域测控系统数字波束形成技术研究

随着我国航空航天事业的飞速发展,无人机集群和卫星星座的出现给地面测控站提出了更高的要求。全空域多目标测控系统的建设提上日程。和其他波束形成方式相比,基于软件无线电的数字多波束形成技术在全空域测控系统中具有独特的优势,值得深入研究。介绍了全空域测控系统对波束形成设备的需求,进而提出了基于射频采样的波束形成模块的实现,并对共形球面阵数字波束形成技术进行了分析。实测结果验证了基于射频采样的数字波束形成方案的可行性。     

全空域球面相控阵波束形成器的优化设计

针对目前全空域球面相控阵测控系统工程应用中波束数量、信号瞬时带宽等数字波束形成器性能和复杂度难以兼顾的问题,分析了常规波束形成方法在基于半球形结构的S频段大型共形天线阵列工程应用中的局限,给出了一种基于子阵划分的宽带数字波束形成器优化设计方法,通过优化幅相和时延补偿方式,使算法不受子阵尺寸限制,工程实现复杂度较低。系统建模和仿真验证表明该方法可以获得良好的瞬时带宽性能,具有较好的工程应用价值。     

全空域球面相控阵测控系统角跟踪方法概论

全空域球面相控阵测控系统是一类新的测控系统.在介绍该系统角跟踪技术特点的基础上,概述了角跟踪系统设计方法以及单脉冲角跟踪、圆锥扫描跟踪、变口径跟踪、多目标跟踪和过顶跟踪等技术,可供该领域相关人员参考.     

全空域多目标测控天线波束合成的频响特性

为了控制全空域多目标测控天线波束合成对全空域多目标系统设计的影响,研究了数字波束合成后的信号频响特性。通过分别对天线子阵以及所组成的球面阵进行数学建模,仿真得到相应波束的幅频特性、相频特性与群延迟特性,并分析了其变化原理。分析结果表明,全空域多目标测控天线波束合成频响特性与阵列流形、相控方式和扫描方式有关。研究结论可用于指导全空域多目标测控系统的设计。     

新型靶场全空域全数字相控阵测控系统设计

针对后续靶场多发齐射等新型试验任务的测控保障需求,提出了基于全空域覆盖多频段综合孔径天线阵列、分布式数据采集与传输、多功能通用“资源池”为基础的新一代靶场多功能综合测控系统。针对靶场遥测常用的S频段和安控常用的P频段,给出了双频段共阵面全空域覆盖相控阵的具体实现方式,并仿真分析了核心指标。仿真结果表明,全空域增益波动在1 dB内,第一副瓣电平均小于-13.0 dB。此外,该系统架构具有可扩展性。     

全空域多目标测控天线技术研究

航天技术的快速发展使得在轨飞行器的数量迅速增长,传统上基于抛物面天线的测控技术已经不能满足未来全空域内同时多目标测控的需求,为此,提出了一种解决方案,采用共形阵列天线和数字多波束形成技术,在全空域内同时形成多个波束,每个波束指向一个测控目标,实现同时对多目标的测控。根据提出的方案,研制了原理样机,进行了外场试验,结果表明样机的功能和主要技术指标与设计相符合,证明了技术方案的正确性。     

全空域球面相控阵测控系统的一种过顶跟踪方法

针对球面相控阵天线在跟踪高仰角过顶的动态目标时因方位角跳变引起的跟踪中断问题,提出了一种基于坐标系旋转的过顶跟踪方法。仿真表明,该方法很好地满足了相控阵天线角跟踪设计需要,能有效解决球面阵天线高仰角的跟踪过顶问题。目前,该方法已经成功应用于工程项目。     

全空域多目标测控天线零点约束方向图综合方法

针对全空域多目标测控天线相互干扰的问题,提出了一种基于零点约束的全空域多目标测控天线方向图综合方法.该方法对多个干扰目标方向进行零点约束,求取逼近给定方向图的最优权矢量的闭合解,生成具有干扰抑制能力的优化波束方向图.仿真结果表明,所提方向图综合方法在维持原有给定方向图特性的前提下,可在多个方向形成有效零点.在等效2m口径全空域多目标测控实物天线对该方法开展试验验证,结果表明在干扰方向抑制能力大于60 dB,证明了方法的正确性.     

基于相控阵的全空域多目标测控天线分析

基于抛物面天线的测控系统,已经不能满足全空域内同时多目标测控的需求。针对单站全空域多目标测控中存在的问题,提出了基于球面相控阵的全空域多目标测控天线体制。比较了全空域多目标相控阵测控天线形式,在研究球面相控阵天线原理的基础上,对辐射单元及子阵布局进行了分析与设计,对波束合成后的天线方向图进行了仿真。结果表明:基于球面相控阵的全空域多目标测控天线能够有效解决未来全空域多目标同时测控的需求。     

全空域球面数字多波束天线波束控制方法研究

为适应全空域导航星座的管理需求,提出了一种全空域球面数字多波束天线系统的方案,在全空域内同时形成多个波束,实现同时多目标测控。针对球面阵列天线波束控制问题,提出了波束滑动扫描算法,研究了球面阵波束交叉过渡、功率增强的方法。通过对波束方向图的仿真分析,验证了波束控制方法的可行性和正确性。     

球面全空域多波束天线的分析与验证

针对多星测控和高精度测量的需求,介绍了“半球面+柱面+全数字波束形成、收发一体的球形全空域多波束天线实现方案”的比较分析过程和实验验证结果。实验结果表明,采用该天线的测控系统能在实现多目标同时遥测遥控的同时大幅提高跟踪性能,测量精度与传统测控站相当,满足未来多星环境下全空域高可靠跟踪、高精度测量的要求。     

数字多波束相控阵测控系统角跟踪环路设计

为了解决相控阵天线对目标的自跟踪问题,基于数字锁相环路理论,提出了一种相控阵天线数字角跟踪环路设计方案。通过数学建模与仿真验证了方案的正确性,同时表明方案对不同的通道时延具有良好的收敛特性。该方案已成功应用于工程项目。     

相控阵测控系统概论

相控阵测控系统是一类新的测控系统。本文介绍了这种系统的技术特点,概述了它的波束形成、分时多波束和同时多波束、自适应时-空二维滤波、单脉冲角跟踪、边扫描边跟踪(TWS)和多目标跟踪、共形相控阵和宽角扫描以及降低造价等问题。     

测控通信系统球面相控阵的全空域覆盖波位设计

针对现有测控通信系统球面相控阵的波位设计方法难以满足大空域或全空域条件下的高效波位编排问题,从波束覆盖模型入手,研究了波束以及相邻波位在空域覆盖上的若干几何性质,并以此为基础提出了一种用于球面相控阵的波位设计方法。该方法以天顶方向为起始,自顶向下分圈实现设计,利用波位覆盖的几何性质以及最大化波束利用率准则计算各圈次的具体波位,从而实现全空域无缝覆盖条件下的高效波位编排。最后给出仿真示例说明波位设计方法的有效性。     

DSP在卫星测控多波束系统中的应用

本文介绍了卫星测控多波束系统DSP模块的设计以及功能实现,在DSP模块的设计中使用了两片TigerSHARCDSP芯片并行连接,在500ms内完成测向和波束合成权值的计算。高性能的DSP芯片和优越的阵列信号处理算法保证信号能够得到及时准确的处理,满足了系统的需求。     

数字多波束形成系统的分析设计

数字波束形成技术在阵列信号处理中应用愈来愈广泛，采用数字波束形成技术实现多波束具有很高的灵活性。论文对数字式多波束形成系统进行了较详细的分析，对工程设计中波束宽度、影响波束合成效率的主要因素进行了仿真分析，对系统的幅相校准方法进行了讨论。文中给出设计完成后的系统硬件及说明。     

平面相控阵系统自适应数字波束形成技术

面阵是雷达系统的主要形式之一，文中主要研究平面相控阵系统的自适应数字波束形成算法。面阵系统所用阵元数多，数据量大，要实现DBF有很大难度，目前针对面阵DBF技术的研究也较少。文中介绍了基于面阵的SMI自适应DBF算法，该算法有较好的性能，适于大型阵列的处理实现。为了提高实时性，改善SMI算法的副瓣性能，常常采用对角加载（DL）技术。DL加载值的选择非常关键，对此也进行了详细的讨论，并提出对角加载不仅可以改善SMI算法的副瓣性能，还可以在一定程度上抑制阵列通道幅相起伏误差对算法性能的影响。     

相控阵天线数字波束形成浅述

用模拟技术形成的波束的缺点主要是旁瓣电平高，稳定性差，更重要的是对有源干扰无自适应能力。针对上述问题，本文重点讨论数字波束形成的原理和实现的方法。     

全景多波束卫星测控系统容量分析

相比于跟踪波束卫星测控系统,全景多波束卫星测控系统具有航天器进入覆盖区域内即可实现测控、系统容量大等优点。其使用码分多址区分用户,由于扩频码不完全正交,接收信号会引入多址干扰并影响系统容量。针对全景多波束卫星测控系统的多址干扰问题,分析了存在多址干扰时的信干噪比,在测距精度和误比特率约束的基础上,推导了理想功控和非理想功控时的系统容量并进行数值计算。结果表明,该系统能够同时支持500个航天器,但功率控制误差会使系统性能恶化1.6 dB。     

极化域空域联合匹配波束形成技术研究

针对普通相控阵雷达可能因存在天线极化失配而导致对接收信号的损失问题,提出采用极化阵列天线体制的办法。研究了完全极化情况下极化阵列雷达的波束形成技术。提出了极化域-空域联合匹配滤波方法,推导了极化阵列波束形成的具体解析表达式,并与普通相控阵雷达进行比较,得到了极化阵列雷达具备更强的稳健性:极化阵列雷达不仅能控制波束的指向,而且,还能调整极化与接收信号在极化域空域上联合匹配,增强目标信号,提高信噪比。例分析和仿真结果验证了理论模型正确性。