异地天线组阵相关处理技术研究

深空探测的发展对信噪比的要求越来越高,异地天线组阵利用现有天线设施合成信号,显著提高信号SNR。针对异地天线组阵基线长、钟差大和信号到达时间不一致等特点对异地天线组阵信号合成效率的影响,结合现有集群结构的性能,给出天线组阵信号合成并行算法与Sumple算法相结合的处理方案,并在计算仿真中心上实现4路组阵信号全频谱合成,理论上有6 dB的增益。     

深空天线组阵相关合成算法的Simulink仿真与分析

为对深空网天线组阵中几种相关合成算法进行分析比较,构建了一种新的Simulink仿真模型。将其应用于某测控站天线组阵试验数据,验证了模型的可行性。在此仿真模型下,对Simple、Sumple和Matrix-free 算法进行了频标同源/频标不同源、弱信号/强信号、2/3/6个天线等组阵情况下的仿真分析。三种算法在频标同源情况下的合成效率均优于不同源的情况;强信号组阵情况下,三种算法的信噪比合成性能基本相当;Simple算法在6天线情况下,信噪比合成性能下降;Sumple算法在组阵的天线数目很少时,合成信噪比较低且不稳定,在天线数目较多时性能良好;Matrix-free算法性能稳健,合成效率始终大于95%。该Simulink仿真模型对于进行天线组阵信号相关算法的分析具有一定的价值。     

天线组阵中基于SUMPLE的联合信号检测

针对低信噪比下天线组阵信号的检测问题,本文提出了一种基于SUMPLE合成的联合检测算法。传统信号检测算法在低信噪比下的检测效率很低,并且难以直接应用于多天线组阵系统。本算法综合利用SUMPLE合成时权值收敛特性以及各路信号之间强相关性,对信号存在性进行检测。理论分析和仿真结果表明,该算法具有适用于多天线组阵系统以及检测概率高的优势。并且在接收信号信噪比低至-12dB时,算法仍然有80%以上的检测概率,提高了传统多天线组阵信号检测的性能。      

大型船载测量雷达天线的两轴稳定

给出某大型测量船实测船摇频谱，讨论了大型船载测量雷达天线两轴稳定的隔离效果及实测结果。     

天线组阵中基于循环相关的BPSK信号合成方法研究

深空网天线组阵中的干扰信号会严重影响信号的合成性能.针对全频谱合成方式下的SIMPLE合成算法,推导了干扰相关时合成信号的信噪比计算公式.分析了基于循环互相关的载波相位差估计方法,提出了BPSK信号循环自相关的相位差估计方法,并首次将两种方法应用到了天线组阵信号合成技术中.理论分析和仿真实验表明,在不增加额外计算量的基...     

非均匀天线组阵SUMPLE合成相位补偿及信号强度估计

SUMPLE相关算法是深空网天线组阵中信号合成最重要的方法之一.在对SUMPLE相关算法分析的基础上,将均匀天线阵SUMPLE相位漂移补偿方法推广到了非均匀天线阵.根据权值系数的计算方法,提出一种非均匀阵各天线信号强度的估计算法.理论分析与仿真结果表明,所推导的相位补偿方法能有效消除非均匀阵合成信号的相位漂移问题;所提出的天线信号强度估计方法具有较高的估计精度.进行补偿相位估计时,应对权值系数进行低通或卡尔曼滤波,以降低权值系数的随机噪声.     

稀疏阵列时间反演脉冲信号空间功率合成方法

时间反演电磁波具有时空二维同步聚焦特性.基于时间反演电磁波原理建立了稀疏阵列脉冲信号相干合成的数学模型, 通过理论分析与蒙特卡洛实验相结合的方法研究了合成信号幅度最大时刻目标点合成效率值的统计特征与相位误差及阵元数的关系.分析表明, 在工程实践中, 除尽可能提高相控精度外, 可以通过增加阵列的阵元数来减小目标点合成效率的方差, 以降低相控误差的影响.利用仿真计算研究了相位误差及信号形式对时间反演脉冲信号合成效果的影响, 证实了稀疏阵列时间反演脉冲信号空间功率合成的可行性; 分析方法和结果可以为工程实践中如何折衷需求与条件确定相位误差的控制精度提供理论依据.     

基于三自由度扰动模型的光电测量设备抗扰动系统

提出了一种基于三自由度扰动模型的测量船光电测量设备抗船摇扰动系统。利用坐标轴旋转的方法将目标的引导数据从大地坐标系转化为甲板坐标系,利用最小二乘法对测量船的姿态角数据进行处理获得测量船的船摇数据,建立了包括横摇、纵摇和艏摇在内的三自由度位置扰动模型和速度扰动模型,并利用前馈控制实现对船摇扰动的补偿。通过仿真得到了与理论分析一致的结果,证明基于三自由度扰动模型的前馈系统能有效提高光电测量设备的跟踪和捕获精度。     

群时延失真对天线组阵合成信噪比的影响分析

为量化分析天线信道间群时延失真分布的差异性对天线组阵合成信噪比的影响,首先建立了天线组阵信道群时延失真分布特性的数学模型,并基于该数学模型,利用分数时延全通滤波器对群时延全通滤波器进行补偿,从而建立了能够准确模拟数学模型群时延分布特性的仿真模型,而后通过理论分析得到了点频和宽带两种信号形式的合成信噪比损失计算公式,最后仿真验证了理论分析的正确性。研究结果表明,天线数越多、带宽越宽、群时延分布差异性越大,合成信噪比损失越大,对于天线数为100,带宽为1GHz的大规模宽带天线组阵,当频带边缘群时延的标准差大于4 ns时,合成信噪比损失大于0.5 dB。      

阵列天线在UXB系统标校中的应用

测量船基地现有标校塔与测量船距离只有980 m,无法满足高频段统一X频段（UXB）系统天线的远场标校距离条件。针对这一难题,提出了一种利用阵列天线合成准平面波的方法,实现在近场距离条件下的远场标校。在现有标校塔上架设安装阵列天线设备,利用16个单喇叭天线组成4×4的天线阵,并通过控制单个喇叭天线元的幅度和相位,使得传播到测量船UXB天线口面处由阵列天线合成的电磁波是准平面波,满足X频段天线远场标校要求。综合运用最优化理论和遗传算法,对阵列天线元的幅度和相位权值进行调节和优化,使得合成的电磁波更为接近准平面波。计算机仿真实验和外场条件下的实际测试均验证了该方法生成的准平面波能够满足UXB天线远场标校要求。     

大规模天线组阵信号并行合成方法

在通用计算平台上进行数字信号处理是软件无线电的发展方向之一,为大规模天线组阵的信号合成提供了新思路。针对通用计算平台上大规模天线组阵的合成问题,研究了基于任务分解原理的多天线组合成方法(MAGM)和基于数据分解原理的多信号块合成方法(MSBM)。两种方法的实时性分析结果表明,MSBM比MAGM更适用于通用计算平台。MSBM要求各信号块的合成是独立的,故提出一种SUMPLE算法的积分时段内迭代方法。仿真结果表明,该迭代方法与传统迭代方法具有同等合成性能。     

船载通信天线控制系统的稳定设计

为解决船体姿态的变化对天线视轴的影响问题,采用陀螺检测和前馈补偿的方法.该系统利用3个陀螺检测船摇量在三维空间的分量的方法,生成对天线3个视轴的船摇扰动的附加角速度,加入天线控制系统的速度环输入进行补偿,消除其对天线跟踪的影响.工程使用结果表明,实测隔离度指标达到46.4 dB,跟踪精度达到0.031°,与传统方法相比有效解决了船摇引起的抗扰动问题.     

天线上行组阵空间功率合成性能初步分析

天线上行组阵是空间功率合成技术中的重要应用之一,将极大提高天线远场EIRP值。重点对上行组阵中空间功率合成的性能进行理论分析和仿真验证。首先介绍了空间功率合成的基本概念、方法原理、主要优点;然后对天线上行组阵空间功率合成的理论进行了公式推导,并从天线远场方向图的角度进行了简要分析;最后通过Matlab软件对天线上行组阵空间功率合成性能进行了仿真,通过改变阵元个数或者调整天线间相位差,观察干涉条纹变化,可实现合成功率改变。仿真在理论上验证了天线上行组阵实现空间功率合成的可行性。     

测量船外测数据的四矢量误差分析方法

航天测量船外测数据处理精度对航天测控具有着重要的意义。针对测量船测量机理复杂的难题,在分析测量船主要误差源的基础上,提出了测量船四矢量误差的概念,并分析了其对航天测量船外测精度的影响。结果表明,设备本身的测量误差是主导因素,船摇测量误差次之,变形测量和船位测量的误差处于较小量级,最后通过实际应用验证了四矢量误差分析的准确性和实用性。     

相关噪声条件下SUMPLE算法权值估计方法

天线组阵技术是提高深空探测微弱信号信噪比的有效方法。随着大规模天线组阵中单个天线接收信号信噪比的降低,来自背景天体的相关噪声的影响不容忽视。针对相关噪声对天线组阵SUMPLE算法权值估计的影响进行了分析,给出了一种基于频域的抑制相关噪声影响的处理方法。计算机仿真结果表明:在相关噪声背景下,该方法能有效地提高SUMPLE算法权值相位的估计精度,抑制相关噪声的干扰。     

测量船外测数据的四矢量误差分析方法

航天测量船外测数据处理精度对航天测控具有着重要的意义。针对测量船测量机理复杂的难题,在分析测量船主要误差源的基础上,提出了测量船四矢量误差的概念,并分析了其对航天测量船外测精度的影响。结果表明,设备本身的测量误差是主导因素,船摇测量误差次之,变形测量和船位测量的误差处于较小量级,最后通过实际应用验证了四矢量误差分析的准确性和实用性。     

动目标显示雷达平台运动和天线扫描的同时补偿

在动目标显示型雷达系统中,平台运动效应和天线扫描效应同时得到补偿。对天线扫描效应来讲,利用来自天线辅助子阵的信号来补偿由天线主子阵来的信号。然后,来自主子阵的经延时和扫描补偿的信号与来自主子阵的未经延时和补偿的信号合成,以形成补偿扫描运动和平台运动效应的信号。第一种装置在每个对消级上提供一个具有运动补偿的杂波对消器。第二种装置为作进一步动目标显示处理提供多个(N个)在时间和相位上同步的运动补偿信号。     

非均匀天线组阵中引入对角加载的合成算法

针对非均匀天线组阵中常用的SUMPLE与PMFM(Proposed Matrix-Free Method)算法合成性能较差的问题,分别在SUMPLE与PMFM算法模型中引入对角加载技术,提出了一种新的信号合成算法.该算法利用权值幅度估计各路噪声功率,并对角加载到权值迭代算法中以得到准最优复权值向量.理论分析与数值仿真均表明,在不明显增加计算量的基础上,新算法在非均匀组阵中的合成损失明显低于SUMPLE与PMFM算法,同时新算法的收敛速度也与各自模型算法相当,因此更加适用于实际组阵系统,具有重要的工程应用价值.     

船载角跟踪系统船摇模拟器设计

舰船等航海设备在大海中航行会受到海洋气象环境的影响发生摇荡,其角跟踪性能会受船摇影响,可能难以跟踪目标,需要预先进行模拟分析以减小危害.角跟踪系统模拟船摇时,根据船摇信息,通过对无船摇影响的位置矢量进行欧拉角旋转,得到受船摇影响的位置矢量;利用矩阵变换解算出受船摇影响的轨道参数,进而推导出受船摇影响的和差支路信号功率及相位变化数据,实现船载角跟踪系统模拟器对船摇的模拟.试验表明,模拟船摇并采取相应隔离措施,角跟踪系统能够快速收敛.     

航天测量船外测数据异常值自适应处理算法设计

航天测量船外测数据中蕴含有复杂的变形和船摇周期,增加了数据检择难度.针对船测数据特性,对多种辨识方法的检择效果进行了专题研究,结合滑动中值平滑估计模型,构建了参数自适应信息检择算法,利用周期图方法实现了平滑区间的动态调整,解决了测量船外测数据的纠错难题.