姜雯献;李朝海
【摘 要】针对高速运动平台与中继卫星之间稳定的双向信息传输需求，开展弹载平台二维有源相控阵卫星自跟踪技术的研究，完成二维相控阵天线跟踪系统方案的设计，为弹载中继终端大规模二维有源相控阵的研制奠定基础。首先给出相控阵跟踪系统方案并对相控阵自跟踪系统的关键技术进行了分析：角度搜索/捕获，角度测量，角度跟踪；随后对相控阵卫星跟踪系统的测角方法和角度跟踪滤波算法进行研究，分析了具体原理并对测角精度和跟踪精度进行了仿真研究。%According to the demand of two-way information transmission between the high-speed motion platform and the repeater satellite,the research on the automatic satellite tracking technology for missile-borne active two-dimensional phased array is carried out.The design the tracking system would lay the foun-dation for the development of large-scale two-dimensional active phased array radar for the missile-borne re-peater terminal.At first,the project of the phased array tracking system is introduced and then the key tech-nologies of the tracking system are analyzed,such as angle searching/capturing,a
ngle measurement and an-gle tracking.The paper focuses on the angle measurement and the algorithm of angle tracking filtering for the system,analyzing the main principles and carrying out the simulation study on the angle measurement track-ing accuracy and tracking accuracy.
【期刊名称】《雷达科学与技术》
【年(卷),期】2015(000)002
【总页数】5页(P190-194)
【作 者】姜雯献;李朝海风机盘管电机
【作者单位】电子科技大学电子工程学院，四川成都 611731;电子科技大学电子工程学院，四川成都 611731
【正文语种】中 文
【中图分类】TN958.92;TN957
0 引言
在各类卫星通信系统中,由于载体在运动过程中,姿态和地理位置发生变化,会使天线的指向偏离卫星,造成通信中断。为了能达到最佳通信效果,需要天线在通信过程中始终对准卫星,必须对载体的这些变化进行隔离,使天线始终对准卫星[1],自跟踪系统的作用就在于此。
自跟踪接收系统将天线馈源处接收到的射频微弱信号放大、变频、滤波及角误差(包括方位误差和俯仰误差)检测,并把角误差信号传入跟踪滤波器,通过稳健的跟踪滤波算法实现对卫星目标位置的准确预测,控制天线波束对准目标信号[2],实现对目标信号的自动跟踪,最终使双向微波综合信道达到最佳的通信效果。 本文所研究的课题正是在上述背景下产生,设计并实现对相控阵天线接收到的卫星信号的预处理和角度测量,为后续自跟踪系统提供信息,并对跟踪算法进行分析。
1 系统方案设计
0204电话录音>伞齿轮传动
天线波束自跟踪系统架构设计如图1所示,采用单脉冲跟踪方式[3],利用接收阵列接收到的信号完成对通信卫星的连续跟踪,并控制发射波束自动指向卫星方向。
图1 天线波束自跟踪系统架构图
实现相控阵天线角度测量的方法主要有比相和差波束法、比幅和差波束法、顺序波瓣法、基于空间谱估计的测角法。根据项目的具体特点,本系统采用子阵相关测角方法。
为实现基于相位比较的单脉冲跟踪,需将接收阵列划分成若干个子阵,这里按最小子阵数设计,划分成4个2×4的子阵。各天线单元的信号合成4个子阵,进行4路A/D变换,得到的基带数字信号在接收信号处理部分形成和波束,得到的和波束接收信号通过信号输出端,送给解调、解码分系统。同时在图1中的接收信号处理部分采用比相法提取出角度误差信息,送入数字波束定向系统进行跟踪滤波运算,得到波束指向控制的跟踪滤波结果,处理过程中将利用运动平台主机送达的平台姿态角信息,完成单脉冲闭环跟踪处理,实时调整收发阵列波束指向,确保收发天线波束[4]一直对准卫星方向。
本文所要完成的任务为框图中深部分,即接收信号处理,包括下变频、滤波、抽取、角误差参数测量等。利用Matlab完成对角度误差测量的仿真及角度跟踪仿真。
DAPS(数字天线波束自定位)系统是根据卫星在惯性空间的初始位置信息,给出波束在惯性空间的搜索方向指向(实际中为惯性空间方向余弦参数),利用平台姿态数据将波束指向信息转换为平台和天线坐标系下的波束指向,实现对搜索波束的指向控制。搜索/捕获的方案设计如图2所示,对每一个驻留波位,DAPS系统首先进行4通道接收,利用子阵间的信号互相关进行信号检测,若超过检测门限,则利用下面介绍的顺序多波束方法实现方向捕获,来波方向经捕获过程确定后,在来波方向形成接收和波束,对信号进行解扩、解调等,以确认接收的信号是期望的协作通信信号,然后转入跟踪模式;否则进入下一个波位重新搜索。
氧气过滤器
图2 搜索/捕获模式实现原理
在跟踪状态下,各模块之间控制与连接的逻辑关系如图3所示。接收阵列接收得到的信号经过A/D采样变成数字信号[5],经数字下变频、滤波、抽取过程,变成适宜于实时处理的数字信号,再经相关处理剔除噪声的影响,保留子阵之间的相位差信息;这些相位信息包含了入射信源相对于接收阵列的角度偏差εα,εβ。利用运动平台惯性设备传递过来的平台姿态数据,可以将阵面坐标系下的角度信息转化成惯性坐标下的角度信息;跟踪滤波器完成惯性坐标系下的角度跟踪,再将预测角信息转换到阵面坐标系下,用于控制接收阵列的波束指向,最终完成
对入射信源的角度跟踪。此时,角度预测信息还送至发射阵列,用于控制其波束对准卫星方向。
图3 波束跟踪状态软硬件实现逻辑关系离线语音识别方案
2 测角算法与角度跟踪算法
粉末冶金烧结炉2.1 天线位置与角度定义
如图4所示,在相控阵雷达目标探测等应用场合,阵列通常垂直放置(如图中的4子阵),阵面的法线方向指向水平方向,仍以X轴为参考,角度的定义有:方位角φ,-90°～90°,射线在XOZ面投影与Z轴(法线)的夹角;俯仰角θ,-90°～90°,射线与XOZ面投影的夹角。
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