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。     

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。     

全空域相控阵测控系统波束形成分析

全空域相控阵测控系统作为下一代地基航天测控系统发展趋势,其系统架构和波束形成等关键技术值得深入研究。介绍了全空域相控阵测控系统实现方案,分析比较了3种备选波束形成方法。在此基础上,对共形球面阵波束形成技术进行了分析与仿真,仿真结果验证了系统波束形成设计思路。     

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。     

发射数字多波束天线技术研究

介绍了数字波束形成和发射数字多波束技术的原理和实现方法,并对阵列天线的权值产生进行了论述。讨论了采用单波束叠加方法时波束之间的相互影响。给出了仿真结果以及对16单元直线阵发射数字多波束天线原理样机试验验证的测试结果。     

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。     

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.     

数字多波束天线的校准测试方法

针对数字多波束天线所特有的多波束性能测试和精密测距性能校准的需求,结合数字多波束天线的工作原理,分析比较了基于远场和近场的2种校准和测试方法,提出了数字多波束天线波束指向、波束电平和相位中心的修正方法,并结合实际系统完成了试验验证。试验结果表明:该测试和校准方法可高效率完成数字多波束天线系统的校准和测试工作,提高系统的测量精度,具有很强的实用价值。     

卫星监测多波束天线技术研究

本文综述了三种主要形态的多波束天线,并分别给出其工作原理图,对三种基本多波束天线进行了性能比较.     

Geometric Design of Pyramidal Antenna Arrays for Hemispherical Scan Coverage

An approach is presented for optimizing the geometry of pyramidal antenna arrays, given a full azimuth and a full or limited elevation scan requirement. It involves choosing the best face elevation and number of faces of the pyramid, which minimize the maximum scan angle while maximizing the geometric directivity. The analysis shows that the 4-face pyramid is the best choice. The derivation assumes that the distance to the antenna is infinite (the true far-field case). However, when finite distances are considered, the maximum scan angle increases only slightly at the minimum far-field distance used for low sidelobe pattern measurement     

数字多波束天线精密测距精度分析

针对数字多波束天线在精密测距应用中所遇到的多通道信号合成处理问题,分析了单元天线相位中心、阵列天线相位中心、通道间时延不一致性和天线孔径渡越时延对测距精度的影响,给出了通道间时延偏差与合成波束测距结果之间的关系,并进行了试验验证。研究表明:在一定范围内,各通道的时延偏差在波束形成输出端体现为统计平均效果,合成波束的整体测距误差会因统计平均效果而得到改善,合成波束测距误差也可以由通道时延的偏差来估计。     

星座通信数字多波束天线技术

本文简要介绍了星座通信星载多波束天线的应用现状和发展趋势,分析比较了几种典型多波束天线的性能特点,提出了数字波束形成(DBF)技术应用于星座通信系统星载多波束天线的可行性方案,针对星座通信系统特点,对数字多波束天线的关键技术问题进行了初步探讨.     

Geometric Design and Comparison of Multifaceted Antenna Arrays for Hemispherical Coverage

We address the optimization of the geometric design of two classes of multifaceted antenna arrays, namely, pyramids and pyramidal frusta. The optimization involves choosing the face elevation and the number of arrays. The optimal face elevation minimizes the maximum scan angle encountered by the arrays, given a general hemispherical coverage requirement. Firstly, an approach is presented to compute the face elevation of the pyramidal frustum, based on equalizing the maximum scan angles. It is demonstrated that the equalization-based approach is not always optimal. Secondly, a new optimal approach based on minimax optimization is presented and used for both pyramids and pyramidal frusta, along with a comparison of the two approaches. Finally, the choice of the number of arrays is addressed using different cost functions including scan angles, scan losses, antenna dimensions, geometric directivity, and total number of antenna elements. Quantitative guidelines on how to choose among planar, pyramidal, and pyramidal frustum antenna systems are outlined.     

数字多波束天线测试研究

探讨数字多波束天线的测试方法,对于数字多波束天线远场、近场测试的基本原理及优缺点进行了研究。详细分析了近场环境下数字多波束天线测试误差,研究了误差消除的方法。通过对误差的修正,得到较好的测试效果,从而得出数字多波束天线在近场测试结果完全可以代替远场测试的结论。     

全空域多面阵天线性能分析与遮挡判决

为适应全空域多目标测控对天线的需求,提出一种基于多面阵拼接的全空域覆盖天线。与球面阵天 线相比,多面阵天线在工程实现和波束控制方面具有明显优势。分析了不同阵面数对天线波束性能的影响。考虑 到实际应用中遮挡效应对天线方向图的影响,介绍了一种有效的遮挡判决算法。该算法首先将处于亮区的阵面投 影到来波投影面中,而后采用线段相交原理确定投影面是否相交,最后根据相交投影面景深大小判断它们的遮挡关 系。理论分析与仿真结果表明,多面阵天线全空域增益相对稳定,遮挡判决算法可行有效。     

一种全空域电扫球面相控阵单脉冲角跟踪方法

针对目前全空域球面相控阵测控系统在过顶跟踪时存在跟踪性能下降的问题,对角跟踪系统进行建模分析,得出了常规角跟踪系统过顶性能下降原因,提出了一种基于三维直角坐标系表示的方向矢量角跟踪方法。该方法通过优化角跟踪系统架构,设计合适的角跟踪环路滤波器参数,能够避免常规角跟踪方法跟踪变量的非线性转化,从而实现对全空域无盲区稳定跟踪。仿真验证显示该方法在全空域均有很好的跟踪性能,具有较好的工程应用价值。