阵列天线抑制欺骗式导航干扰信号方法研究

针对欺骗式干扰影响飞行器卫星导航信号后引起的定位测姿错误问题,提出了一种适用于飞行器导航的基于阵列天线的欺骗式干扰检测和消除方法.使用接收阵列天线的载波相位双差测量值作为干扰检测依据,通过载波相位单差测量方程求出干扰信号的方向矢量,给出了提高干扰方向测量精度的方法,并使用其正交向量在干扰方向形成零陷,同时通过调整波束指向,在待测信号方向形成阵列增益,以达到抗干扰和增强导航信号的目的.使用这种方法可以对导航信号中的欺骗式干扰信号进行有效的识别和消除,适用于复杂环境下的飞行器导航.     

面向高轨航天器的北斗导航特性分析

利用卫星导航信号实现高轨航天器的自主定轨与导航已成为当前国内外的研究热点， 高轨星载导航接收机面临可见卫星数少、接收导航信号微弱、动态性较大等问题。针对以上问题， 分析了高轨环境下星载导航接收机获取到的信号功率、可见星数、DOP 值及多普勒频移状态。首先建立了北斗星座模型与高轨航天器动力学模型，构建星间测距链路，对高轨卫星的可见性进行了仿真分析，结果表明当星载接收机功率为-177 dBw 时，可见星数能达到 4 颗以上，能满足定轨需求；然后对高轨卫星的定轨精度进行了仿真，DOP 值的均值为 15.657 8；最后对导航卫星和高轨卫星之间的多普勒频移进行了分析，仿真的多普勒范围为±14 kHz。相关研究结果可支撑高轨航天器星载接收机的开发。     

面向星间链路的机械加电扫相控阵天线指向权值算法

为了实现“北斗”星间链路地面设备使用单相控阵天线与全空域的“北斗”导航卫星建链的目的,设计了一种面向导航卫星的机械加电扫相控阵天线装置。通过对其建立全空域分割模型,提出了基于机械扫描加电波束扫描复合跟踪的天线指向权值动态赋值算法。以某型号星间链路地面设备为基础,通过暗室试验对该装置指向权值赋值后的指向精度进行了测试,结果表明该方法切实可行。     

空间分集MIMO雷达的DOA估计新方法

多输入多输出(MIMO)雷达分布式布阵获得空间分集增益,但DOA估计是一个难题。该文分析了DOA估计的旁瓣一致现象,从空间分集MIMO雷达信号模型出发,推导了发射正交PCM信号,在接收端匹配滤波信号分选构造虚拟子阵的过程,提出了一种谱值优选算法进行空间分集MIMO雷达DOA估计。该算法得到目标在各子阵的最优估计,在发射端获得空间分集增益抑制目标闪烁的同时,在接收端进行稳健的多目标波达方向超分辨估计。最后仿真实验与相控阵进行了比较,表明了该算法的有效性,以及抑制目标闪烁改善DOA估计的能力。      

利用参考波形估计导航信号测距偏差

针对卫星导航信号存在的微小信号畸变,研究了因导航信号畸变而引起的测距偏差的估计问题。基于理想矩形脉冲波形和真实信号波形的上升沿零交叉点信息,给出参考波形定义,并以此为基础估计测距偏差。该方法可用于定量评估卫星导航信号波形畸变对测距偏差的影响及比较卫星之间的测距差异。以二阶模型为基础产生畸变波形,验证了该方法的有效性,并分析了估计精度与信噪比关系。通过大口径天线采集“北斗”卫星B1频点信号,利用该方法获得了B1频点I/Q支路信号的测距偏差,表明该方法可用于在轨卫星信号的测距性能评估。     

宽带阵列雷达波束合成技术研究

在宽带相控阵雷达天线波束合成时,由于天线孔径渡越时间影响,会引起不同频率分量信号合成的天线波束指向相互偏离,造成信号能量损失。本文提出了一种对宽带信号不同频率分量分别进行补偿的算法,使宽带相控阵雷达在整个信号带宽内形成的天线波束最大增益指向保持不变,确保不同频率分量信号能量有效叠加,以提高宽带相控阵雷达目标探测距离和角度分辨力。     

多星座卫星导航对抗测试系统设计与实现

对卫星导航设备进行导航对抗性能测试,实现测试场景的可重复和可控性,需要在暗室内实现对外场测试环境的仿真,模拟卫星星座信号和各个来向的干扰信号。针对测试需求,设计了一种基于导航暗室的多星座卫星导航对抗测试系统,能够模拟多星座卫星导航信号和干扰信号的空域特征,仿真卫星信号及干扰信号的分布场景,在时间上能覆盖导航卫星星座的整个信号周期,在空间上可模拟接收信号的来波方向及静态、动态空间特性。     

基于北斗导航信号的高轨卫星定位性能分析

随着我国自行研制和发展的北斗卫星导航系统的日益成熟,利用北斗导航系统对高轨卫星定位正逐渐成为研究的热点。对基于北斗导航信号的高轨卫星定轨性能展开研究,首先对高轨卫星建立动力学模型,然后对北斗信号传播链路建模,对导航卫星的接收功率、可见性、定位精度因子(DOP值)、多普勒性能建立相应的模型并开展仿真研究。仿真结果表明:高轨卫星GEO、HEO星载接收机接收功率分别为-174d BW和-180d BW时,可见星数至少4颗,满足导航定位需求;GEO的平均几何精度因子(GDOP)的均值为31.9535,HEO的平均几何精度因子(GDOP)为25.2012;GEO的多普勒频移范围约为8k HZ,HEO的多普勒频移范围约为31k HZ。该研究为后续弱信号捕获跟踪提供了理论依据和数据支撑。     

基于导航卫星的InBSAR信号处理与实验验证

基于导航卫星的干涉双基地SAR（InBSAR）系统采用在轨的导航卫星作为照射源,通过共享导航信号实现雷达与导航功能的信号级融合,具备时间、空间同时双连续形变监测能力。本文讨论了高自由度对大幅度提升该系统多角度成像、多基线干涉与层析性能的物理机理。由于导航卫星自有的同时可见多星、多星座的特点,基于导航卫星的InBSAR具有系统自由度极高的优势。本文同时总结并分析了图像融合、三维形变和层析成像等信号处理算法。最后对近年来相关领域的最新研究进展进行了综述和分析,指出了该项技术的后续发展方向。      

面向低轨通信星座的导航定位方法比对研究

当前基于低轨卫星的导航定位方法研究成为国内外热点,其中基于低轨通信卫星的导航定位技术更是当前研究的重点方向。然而低轨通信星座较低的时空基准精度给导航定位带来了较大的挑战,针对弱时空基准约束的低轨卫星导航定位体制设计还处在研究的初级阶段。本文针对低轨通信星座的导航定位服务需求,基于LEO通信卫星的伪码测距信号与多普勒测频信号,开展精度因子（Dilution of Precision,DOP）及定位精度均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分析,并对两类测量体制下的低轨通信星座导航定位服务性能进行分析论证。理论分析与仿真结果表明,在设定低轨通信卫星10 m～30 m弱时空基准误差的约束下,多普勒测频体制具有更优的导航定位精度,其周期平滑后的三维RMSE值为1.28 m,相比伪码测距体制下的三维RMSE值优化了86.8%;二维RMSE值为0.99 m,相比于伪码测距体制提升了52.9%。本文提出了一种较为可靠的低轨通信星座多普勒定位方案,为未来低轨通信卫星用于导航定位服务提供了有益参考。     

宽带相控阵测向技术研究

相控阵天线要实现宽带处理一直是一个难题,带宽宽天线波束指向会发生偏移,由于孔径渡越会引起信号发生畸变。通过对带宽影响的机理分析和无源测向机理的分析,提出了一种宽带有源相控阵测向实现方法。利用该方法可以在一定工程可实现的边界约束条件下完成宽带相控阵测向。     

卫星干扰信号转发天线设计

本文介绍了一种高增益卫星信号转发天线,天线阵元采用十字交叉阵子形式,通过宽带功分移相网络实现圆极化,并采用泰勒综合方法优化了阵面方向图。该阵列具备工作频带宽、 高增益和低副瓣等特点。仿真结果表明,该阵列天线增益大于 12 dBi,旁瓣抑制大于 25 dB,轴比小于 3 dB,适用于多种卫星导航干扰信号的转发。     

K频段斐波那契网格稀疏阵列分析与设计

针对低轨宽带卫星通信网、5G通信网应用中对K/Ka频段多波束有源相控阵天线的需求,对斐波那契网格阵列进行改进,提出一种大规模低旁瓣稀疏阵列的高效设计方法。首先从数学上对斐波那契网格阵列的栅瓣抑制特性进行解释,进而对阵列进行数值计算和全尺寸三维电磁仿真,最后结合实际工程应用给出一种K频段高密度集成有源相控阵多波束天线的阵面及射频芯片的布板方案。这种大间距阵列在大扫描角域和大带宽内具有低副瓣、无栅瓣、高增益等优良特性,非常适用于通信应用中的高密度集成有源相控阵天线。     

An adaptive calibration and beamforming technique for a GEO satellite data relay

High throughput data links from low Earth orbit satellites through a geostationary orbit satellite data relay have been proposed to increase the available contact times to ground stations. Accurate antenna beam pointing and tracking of moving targets are key requirements for the relay satellite. In this work, we propose an adaptive calibration and beamforming methodology on the basis of least mean squares, which is suitable for a geostationary orbit data relay. The target system consists of the combination of a high gain reflector fed by a digitally steerable patch antenna array. The proposed method is first presented by numerical cosimulation of the antenna and the calibration algorithm. The results are then validated in an outdoor experimental setup with all digital signal processing implemented in a field‐programmable gate array. We demonstrate the tracking ability and pointing performance of the digitally enhanced reflector antenna with gain fluctuations smaller than 3 dB over a field of view of at least 2,5°. The demonstrated performance shows that the digitally enhanced reflector antenna is a suitable candidate for long‐distance space communications.     

可重构全息超表面辅助卫星通信关键技术

超密集低地球轨道卫星通信网络能弥补传统地面网络频谱资源稀缺、覆盖范围有限的不足,有潜力提供全球大规模接入的高速率服务。由于卫星的高速移动性,卫星通信对天线性能,如波束控制能力和天线增益等,也提出了更为严苛的要求。因此,对一种新型的超材料天线——可重构全息超表面（reconfigurable holographic surface,RHS）辅助卫星通信展开了研究。RHS采用全息原理对超材料单元进行电控,从而实现波束成形。基于 RHS 的硬件结构和全息工作原理,提出了一种 RHS 辅助多卫星通信方案,该方案同时考虑卫星跟踪和数据传输。同时,设计了全息波束成形优化算法以最大化和速率。仿真结果验证了所提方案的有效性并表明了相较于传统相控阵天线,RHS提供了一种成本效益更高的卫星通信支持方式。     

基于MUSIC和LCMV的自适应波束形成系统

提出了在基于来波方向估计和自适应波束成形的相控阵天线系统中,用多重信号分类(MUSIC)算法实现来波方向估计,并使用线性约束最小方差(LCMV)的自适应算法控制天线的主瓣方向,实现对期望信号的跟踪,同时实现对干扰信号的零陷处理。仿真结果表明,MUSIC算法可以有效识别相控阵天线接收端的信号的入射方向,LCMV算法可以实现对有用信号的自适应跟踪和对干扰信号的抑制。     

相控阵雷达空域检测性能分析

在空域监视和目标跟踪中，相控阵雷达采用不同波束指向和不同波形，以满足工作模式和战术要求。本文以地基空间监视相控阵雷达为例，分析和研究相控阵波束指向和波形参数变化情况下相控阵雷达在空域的检测性能。     

S模式交叠信号的PA分离算法性能分析

为了提升高密度信号背景下对S模式应答的接收能力,投影算法(PA)在阵列接收的基础上采用投影技术分离S模式交叠信号,因其具有良好的稳定性和实用性而成为经典的信号分离方法。首先,分析了PA算法针对的问题在各种空中流量密度下的发生概率;其次,在PA算法的基础上推导了交叠信源数检测与信号到达方向的关系,进一步分析了信号到达角(DOA)与噪声增益之间的关系,并说明了信号DOA对分离后的信号解码的影响;最后,以均匀线阵(ULA)为例仿真说明了信号DOA对信源数检测、噪声增益的影响。结果表明,对于两个S模式交叠的情况,PA算法在六阵元ULA下可以达到80%以上的检测成功率,并有较好的分离效果。