TDRSS反向链路通道频偏非一致性研究

发布时间：2017-08-30 10:46

  本文关键词：TDRSS反向链路通道频偏非一致性研究

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【摘要】：跟踪与数据中继卫星系统(Tracking and Data Relay Satellite System,TDRSS)是为中低轨飞行器与地面站之间提供数据中继、跟踪与轨道测控服务的系统。TDRSS作为一种新型的天基测控系统,相对于传统的“地基”测控系统,具有高速率、高覆盖率的优势,在构建全球化天地一体网络中起到了重要作用。本文结合国家自然科学基金项目“TDRSS反向链路星下DBF性能恶化机制及提升技术研究”,针对反向信道频谱非一致性问题进行深入的研究,揭示了30路阵元信号的频偏规律,分析了非一致性频偏对星下DBF性能的影响,探索了校正通道非一致频偏的方法。本文主要研究内容如下:针对星-地链路存在的多普勒频移现象,研究了从卫星星历文件获得中继星轨道参数的方法,并实现了卫星轨道参数从J2000.0地心惯性坐标系到地心地固坐标系的转换,再根据中继星与地面站的相对运动模型计算中继星与地面站的多普勒频移,同时结合TDRSS反向链路FDM传输体制,深入分析了30路阵元信号的频偏规律,分析表明中继卫星与地面站之间存在最大±800Hz的多普勒频移,且各通道的多普勒频移表现出非一致性。在TDRSS反向链路中,中继卫星通过频分复用的方式将相控阵天线各阵元接收信号传输至地面站,并由地面站进行数字波束形成。由中继卫星与地面站相对运动引入的普勒频移破坏了各阵元信号的幅相一致性,为了分析信道频谱非一致性对星下DBF性能的影响,通过研究经典的MUSIC算法,推导了非一致性频偏影响DOA估计的数学模型,并搭建了星下DBF体制的TDRSS反向链路仿真系统。仿真结果表明非一致性频偏将使DOA估计角度发生周期性变化,MUSIC谱峰降低,波束图指向漂移、主瓣展宽。为改善通道非一致性频偏引起的DBF性能恶化,在经典频偏估计算法的基础上探索了星下DBF通道频偏补偿技术,根据TDRSS反向链路多通道传输的特点,采用频偏估计结合自适应相位补偿的方式设计了通道频偏补偿器,通过仿真验证,该频偏补偿器能有效实现通道非一致性频偏的校正,从而消除了DOA估计角度的周期性变化,提升谱峰高度,稳定了波束图指向,降低主瓣宽度,进而改善了星下DBF性能。
【关键词】：跟踪与数据中继卫星系统 非一致性频偏 数字波束合成 频偏估计
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V556
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景8
• 1.2 国内外现状综述8-11
• 1.3 论文内容与结构11-13
• 2 TDRS系统概述13-21
• 2.1 引言13
• 2.2 TDRS系统介绍13-15
• 2.2.1 TDRS系统组成13-14
• 2.2.2 TDRS系统工作原理14-15
• 2.3 TDRS系统传输链路15-17
• 2.3.1 前向链路15-16
• 2.3.2 反向链路16-17
• 2.4 TDRS系统SMA通信业务17
• 2.5 星上处理与星下处理17-20
• 2.6 本章小结20-21
• 3 TDRS系统非一致性频偏21-28
• 3.1 引言21
• 3.2 多普勒频移数学模型21-24
• 3.3 通道间非一致性频偏分析24-27
• 3.4 本章小结27-28
• 4 通道间非一致性频偏对TDRSS性能的影响28-45
• 4.1 引言28
• 4.2 阵列信号处理理论28-33
• 4.2.1 等距线阵的阵列响应28-29
• 4.2.2 波束形成29-32
• 4.2.3 波达方向估计32-33
• 4.3 非一致性频偏对DOA估计影响33-38
• 4.3.1 DOA估计数学模型34-35
• 4.3.2 性能仿真分析35-38
• 4.4 非一致性频偏对DBF性能影响38-44
• 4.4.1 DBF算法39-40
• 4.4.2 性能仿真分析40-44
• 4.5 本章小结44-45
• 5 非一致性频偏的补偿45-60
• 5.1 引言45
• 5.2 信号模型45-46
• 5.3 经典频偏估计算法46-49
• 5.3.1 Tretter算法46-47
• 5.3.2 Kay算法47-48
• 5.3.3 Fitz算法48
• 5.3.4 L&R算法48-49
• 5.4 残余频偏校正方法49-51
• 5.5 非一致性频偏的补偿51-59
• 5.5.1 通道间频偏补偿器结构51-52
• 5.5.2 非一致性频偏补偿系统实现52
• 5.5.3 频偏估计算法性能分析52-55
• 5.5.4 自适应相位补偿算法收敛性分析55-57
• 5.5.5 DOA估计分析57-58
• 5.5.6 DBF性能分析58-59
• 5.6 本章小结59-60
• 6 总结与展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 附录66
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文66
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目66

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本文编号：758872