基于ADS星载天线的建模与干涉仪测向仿真分析7

首先ADS微波仿真软件为平台,对侦察卫星的有效载荷之一--星载天线进行了建模与仿真,天线的输入端为携带了卫星和辐射源方位信息的一束窄带QPSK信号,该信号也是在ADS中产生的.对于星载天线的形式,考虑了目前最常用的三种天线阵列:L阵,十字交叉阵以及均匀圆阵.然后,以五元非均匀L阵列为例,在Matlab中采用了时域鉴相法和长短基线联合估计的干涉仪测向算法,对天线输出的信号进行了DOA估计.最后,通过将估计结果与来波的方位角进行比较,验证了天线建模的正确性.     

共形阵列天线MUSIC算法性能分析

该文在建立了三维共形天线阵列流形的数学模型基础上,将经典高分辨波达方向(DOA)估计方法多重信号分类(MUSIC)算法移植到共形阵列天线中;详细分析推导了MUSIC算法在共形阵列天线 (锥面阵列、柱面阵列、球面阵列)中的估计方差、克拉美-罗界(CRB);通过计算机仿真试验对比MUSIC算法在面阵(均匀线阵、均匀圆阵)与共形阵列中的性能函数以及估计方差,给出了MUSIC 算法在不同阵列形式中DOA估计性能的评估与比较,仿真结果显示MUSIC算法在不同阵列形式中的估计性能均随阵元个数以及信噪比的增加而变好,验证了理论分析的正确性。     

基于NC-MUSIC算法的均匀圆阵DOA估计及性能分析

近年来基于非圆信号的DOA估计算法由于其优良的估计性能,受到越来越多的关注。在接收阵列为均匀圆阵的情况下,对入射信号进行方位角和俯仰角的联合估计。依据非圆信号的DOA估计数学模型及阵列模型,采用NC-MUSIC算法完成对均匀圆阵方位角和俯仰角的联合估计。通过计算机仿真,得出该算法对均匀圆阵方位角和俯仰角的估计是比较准确的,并且通过NC-MUSIC与MUSIC算法仿真性能的分析比较,得出在接收阵列为均匀圆阵的情况下,NC-MUSIC算法也优于MUSIC。     

分布式嵌套阵列及其DOA估计

提出了一种分布式嵌套阵列天线结构,由两个相互独立的四级嵌套子阵构成。两个子阵间存在一个基线长度,且满足一定条件。对该阵列天线接收到的信号进行高阶累积量和Khatri-Rao积运算可以得到三个完全相同的均匀直线阵列天线结构。针对新得到的阵列天线结构,使用基于空间平滑技术的双尺度酉旋转不变子空间( ESPRIT)波达方向( DOA)估计算法对信号进行DOA估计。该方法可以有效地提高阵列天线的自由度,进而达到提高估计精度的目地。仿真结果证明了基于所提出阵列天线结构的DOA估计方法的有效性。     

一种基于阵列天线的卫星导航欺骗干扰检测与抑制方法

提出了一种基于阵列天线的卫星导航欺骗干扰检测与抑制方法。利用真实卫星导航信号从上半球空间多个方向入射到阵列天线而欺骗干扰信号则是从同一方向入射到阵列天线的差异性进行干扰检测判决。首先,对阵列天线每个阵元单元通道接收信号进行多颗卫星并行解扩从处理;其次,利用解扩后的阵列数据对每颗卫星进行方位估计;再次,根据估计卫星来向数据的一致性进行干扰检测判决;最后,在判决存在欺骗干扰时利用欺骗干扰的方向信息重构协方差矩阵,采用自适应调零算法对欺骗干扰进行抑制。通过计算机仿真试验对所提方法的正确性和有效性进行了验证。     

大规模阵列天线方向图成形预编码性能仿真*

大规模阵列天线技术可用于解决下一代无线通信的频谱有效性和功率有效性问题,对大规模阵列天线成形性能进行了仿真,得出了天线数目增加对均匀线阵方向图成形的影响,并通过计算比较了不同规模天线阵列的波瓣宽度,并仿真分析了不同规模均匀圆阵的方向图,最后研究了信道估计准确度对大规模天线阵列方向图成形性能的影响,仿真得出了信道估计矩阵存在误差时阵列天线方向图的变化。     

锥面共形阵列天线盲极化DOA估计算法

 由于共形载体曲率的影响,共形阵列天线中各阵元单元方向图具有不同的指向,使得共形阵列天线具有了多极化特性(Polarization Diversity),为了描述共形阵列天线的多极化特性,通常在共形阵列天线的快拍数据模型中引入阵列入射信号的极化参数,因此共形阵列天线的DOA(Direction-Of-Arrival)估计需要与阵列入射信号极化参数联合估计.本文提出了一种盲极化DOA估计算法,通过在锥面共形阵列天线中设置三对特殊子阵,利用ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)算法,将入射信号极化参数与二维角参数去耦合,在入射信号极化参数未知条件下实现了高分辨DOA估计,并对估计性能进行了理论分析与推导,给出了参数估计的CRB(Cramer-Rao Bound),通过Monte Carlo仿真实验验证了DOA估计算法的有效性.     

一种基于子阵列合成的DOA估计算法

在卫星通信中,由于星上资源有限,导致星载信号处理接收机的数目一般少于阵列天线的阵元数.在某些应用中需要在这样的条件下实现DOA估计:信号达波数大于星载信号处理接收机数目但是可能小于阵列天线的阵元数.实质上是要求能够用较少数量的接收机进行接收、处理含有较多阵元的阵列天线上的信号.针对这类应用要求,本文提出一种基于子阵列合成的DOA估计算法.通过子阵列输出协方差矩阵合成等效的大阵列输出协方差矩阵,基于等效大阵列输出协方差矩阵实现达波DOA超分辨率估计;讨论了子阵列天线选择优化问题.对算法性能进行了仿真验证,结果表明算法是有效的.     

共享孔径交错稀疏阵列天线互耦误差建模与校正

共享孔径交错稀疏阵列天线是实现多功能阵列天线的有效途径。现有的参数化互耦消除方法都是针对均匀阵列天线展开的,其研究的互耦矩阵都是规则的方阵,对共享孔径交错稀疏阵列天线的互耦矩阵模型并不适用。在充分考虑共享孔径交错稀疏阵列天线中子阵内互耦的“稀疏”和“方位依赖”的特殊性后,通过将常规的互耦矩阵扩展表示为“非方”的“增广互耦矩阵”来对交错稀疏阵列天线子阵内和子阵间的耦合效应进行建模,并通过“增广互耦矩阵”的参数化估计最终实现了共享孔径交错稀疏阵列天线互耦误差的建模与校正。仿真结果证实了所提方法的有效性和可行性。     

一种优化非均匀阵列天线测向性能的方法

本论文给出了一种新的优化非均匀天线阵列阵元排布的方法阵元微调法。非均匀阵列天线具有许多均匀阵列天线不具备的优点,可以在节省设备量的同时增加天线孔径,但是利用非均匀阵列天线测向时也容易产生估计模糊。解决非均匀阵列天线估计模糊问题的途径之一就是调整天线阵列的排布。计算机仿真证实,经过微调法优化的非均匀阵列的测向性能有很大改善。     

一种十字形天线阵及其性能研究

本文提出一种智能天线阵列,使用样本相关矩阵直接求逆算法(DMI)通过Matlab仿真得出阵列的方向图,输出信噪比与输入角度及输入噪声幅度的关系图,在同等条件下对阵元数相同的均匀直线阵、均匀圆阵进行仿真,与之对比.比较结果表明其方向图优于均匀直线阵和均匀圆阵,克服了均匀直线阵主瓣波束对称出现干扰信号与期望信号对称于出现时天线不能正常工作的问题;输出信噪比与均匀直线阵相当,优于均匀圆阵;天线尺寸比均匀直线阵大大减小,比均匀圆阵大.     

共形阵列非圆信号波达方向估计算法

受共形载体变曲率结构的影响,各天线单元指向不尽相同,使得共形天线阵列呈现极化多样性。因此,共形天线阵列的建模过程中需考虑不同阵元的极化响应特性。基于柱面共形天线阵列的快拍数据模型,利用非圆信号的特性对阵列输出进行扩展,基于秩亏理论和子空间原理实现信号波达方向（DOA）估计,所提方法估计精度高,不需要参数配对。存在相干信源时,提出对扩展后的虚拟阵列进行划分,对划分出的子阵进行虚拟的空间平滑,实现解相干的预处理操作。仿真结果表明该方法能有效应用于柱面共形阵列非圆信号DOA估计,并提高了空间分辨率。      

一种小尺寸极化阵列及其高精度定位波束形成

提出一种偶极子天线单元构成的极化敏感阵列用于全球卫星导航信号的接收,经过阵列信号波束形成后,在抗干扰的同时保留卫星导航信号中载波相位测量值的准确性,可用于基于载波相位测量的高精度差分定位。与传统的圆极化天线阵列相比,该阵列具有阵元构造简单、尺寸小的特点。通过建立极化阵列接收信号模型,分析了天线极化和波束形成算法对卫星导航信号相位的影响,给出了相适应的相位中心稳定的数字波束形成算法。仿真验证了分析的正确性和算法的有效性。     

基于ANM的非均匀圆阵二维DOA估计

传统的基于原子范数最小化（Atomic Norm Minimization, ANM）的波达方向（Direction of Arrival, DOA）估计算法无法直接应用于不满足范德蒙德结构的非均匀圆阵,针对这一问题提出了一种基于虚拟阵列变换的改进方法。以某非均匀圆阵作原始阵列为例,首先通过虚拟阵列变换处理原始阵列接收的数据,使其转换为虚拟的均匀L阵接收数据,将非均匀圆阵上的DOA估计问题转化为两个均匀线阵上的DOA估计问题,再利用基于ANM的DOA估计算法与L型阵的二维角度关系还原出方位角和俯仰角。通过仿真与实测实验验证了所提算法应用于非均匀圆阵的可行性,并分析其DOA估计结果,证明其拥有较高的估计精度。     

基于L型和差嵌套阵的二维波达方向估计

针对传统L型均匀阵列二维波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计中可估计信源数目受限于阵元数、分辨率低等问题,提出了一种新的L型和差嵌套阵列结构。该L型阵列的两个子阵布置相同,是非均匀的稀疏阵,通过阵元位置之间的差分、求和操作达到虚拟扩展阵元数目的效果,从而提升阵列的自由度。采用该阵列进行二维DOA估计时,两个子阵分别先进行一维的DOA估计,再采用PSCM（Pair-matching Signal Covariance Matrices）算法进行一维角度配对。每个子阵进行一维波达方向估计时,先采用VCAM（Vectorized Conjugate Augmented MUSIC）算法生成非均匀稀疏阵的求和求差协方差矩阵,再采用矩阵重构的方法恢复协方差矩阵的秩,最后对协方差矩阵采用MUSIC（Multiple Signal Classification）算法进行DOA估计。实验仿真表明,本阵列有着更高的自由度和估计精度。      

基于任意麦克风阵列的声源二维DOA估计算法研究

对基于麦克风阵列的声源定位技术进行了研究,分析了基于麦克风阵列的远场信号模型,并结合子空间的方法推导出了声源二维(水平角和俯仰角)DOA估计——2D-MUSIC算法,该算法适用于任意拓扑结构的麦克风阵列。利用MATLAB仿真工具,对几种典型阵列结构进行了对比分析,提出了2种新型的三维麦克风阵列:均匀球面阵和三维均匀直线阵。仿真结果表明,提出的DOA估计算法在二维的均匀圆阵、三维的均匀球面阵和三维均匀直线阵中,均能得到较好的DOA估计效果。     

宽带干扰背景下的多阵元卫星导航信号模拟

近年来全球导航卫星系统(GNSS)抗干扰技术逐渐成为研究热点,在抗干扰研究中,宽带干扰背景下的多阵元卫星导航信号模拟发挥着至关重要的作用。为了提高抗干扰研究效率,通过Matlab模拟的方法研究了卫星导航软件接收机入口数字中频信号的模拟问题。根据信干噪比进行功率控制,分别对卫星导航信号、干扰信号和噪声信号进行建模,计算阵列天线带来的延时,最后模拟了宽带干扰背景下阵列天线的卫星信号并设计了图形用户(GUI)界面。在模拟完成后,将信号输入到抗干扰算法的研究系统进行测试,解决了抗干扰研究中复杂的干扰信号源模拟问题,提高了抗干扰研究的工作效率,同时验证了本研究的实用性和正确性。     

基于GNSS多通道跟踪接收机的阵列反欺骗方法

近年来,基于阵列天线的空域处理方法被认为是最有效的欺骗检测和抑制手段之一。提出了一种基于卫星导航接收机多通道跟踪能力的阵列反欺骗方法。多通道跟踪接收机对每一个捕获到的导航信号在所有阵元通道后均进行跟踪处理并提取信号幅度和载波相位观测量,首先计算载波相位双差平方和进行欺骗检测,然后利用载波相位单差和信号幅度比估计信号导引矢量,从而进行基于子空间投影的欺骗信号抑制或基于波束形成的真实卫星信噪比提升。理论分析和仿真试验证明,该方法可有效检测并消除同一来向的欺骗信号且不影响真实卫星信号质量。由于前端非理想因素带来的幅度和相位偏移都已包含在接收机跟踪通道提取的观测量内,实际应用时对阵列天线校准和射频通道均衡的要求明显降低。     

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.     

小型X波段贴片天线设计、匹配及测试

应对接收X波段(8.44～8.46 GHz)卫星信号,以及小型化的需要,设计了同轴侧馈式矩形微带天线.理论计算好各参数尺寸后在HFSS中建模,仿真效果良好,在ADS中画出电路板生成GERBER文件,加工成板子后用网络分析仪进行调试,生成的S2P文件导入ADS软件与HFSS的仿真图形对比.最后采用中科院上海天文台余山25 m卡式天线作为接收天线对方向图进行观测.