相控阵卫星跟踪系统原理与角度测量研究

发布时间：2017-09-26 00:00

  本文关键词：相控阵卫星跟踪系统原理与角度测量研究

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【摘要】：相控阵天线以其快速的波束扫描能力等特点,在角跟踪系统中得到广泛应用。“相控阵卫星自跟踪系统”是针对导弹等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。在自跟踪系统中二维角度快速测量是其关键技术之一,角度搜索/捕获过程,角度跟踪过程都要应用到角度测量,角度测量精度直接影响到角度跟踪精度。结合项目需求,本文侧重对自跟踪系统中二维角度快速测量算法进行详细的论述与研究,并完成微波暗室实验,实验验证了二维角度快速测量算法的可行性和有效性,主要工作包括以下几点:(1)对相控阵卫星跟踪系统结构和系统方案进行设计,给出自跟踪系统硬件架构,数据处理流程和系统工作流程。然后对方案中几个关键过程进行简要阐述,包括:角度搜索/捕获过程,角度跟踪过程,系统工作时序。(2)对相控阵天线原理进行介绍,对相控阵平面阵列进行分析,并对天线的波束控制进行阐述;研究项目应用的关键技术:数字移相器虚位技术,同时分析数字移相量化误差给系统带来的影响。(3)对二维角度测量算法进行论述,明确系统阵列形式和坐标系定义,给出二维角度测量算法的推导,处理方法分为直接法和间接法,对本系统所用方法进行说明。然后对测角算法进行仿真,分为理想情况和非理想情况。在理想情况下考虑SNR、快拍数、入射角度对测向精度的影响;在非理想情况下考虑幅相不一致对测角精度的影响,同时对幅相误差来源进行分析。(4)对二维角度测量算法进行微波暗室实验。对实验所用数据采集硬件和接收天线安装方式进行介绍;然后说明实验操作方法以及数据处理方法。通过比对理论值和测量值,分析二维测角方法的可行性。通过五组不同实验数据,验证了方位角、俯仰角的测角精度,在不同码速率和不同发射功率下对测角误差的影响,系统的稳健性。通过实验可知实际测量与理论分析相符,进而验证了测角算法的正确性和可行性。
【关键词】：相控阵天线 自跟踪 角度测量 虚位技术
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN821.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景与意义11
• 1.2 研究动态与发展现状11-14
• 1.3 主要工作及内容安排14-16
• 第二章 系统架构与总体方案设计16-26
• 2.1 系统框图与流程16-20
• 2.1.1 系统硬件框图16-17
• 2.1.2 系统数据流程17-19
• 2.1.3 系统工作流程19-20
• 2.2 总体方案设计20-25
• 2.2.1 角度搜索/捕获过程20-23
• 2.2.2 角度跟踪过程23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 相控阵天线波束控制与虚位技术研究26-37
• 3.1 平面阵列和波束控制27-30
• 3.2 虚位技术研究30-36
• 3.2.1 波束跃度30-31
• 3.2.2 数字移相器虚位技术31-35
• 3.2.3 数字移相量化误差的影响35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 相控阵天线比相法角度测量仿真研究37-64
• 4.1 阵列形式与坐标定义37-38
• 4.2 二维测角算法38-41
• 4.2.1 二维测角直接法38-39
• 4.2.2 二维测角间接法39-40
• 4.2.3 系统实际处理方法40-41
• 4.3 仿真实验验证41-42
• 4.3.1 基本思想41-42
• 4.3.2 仿真流程42
• 4.4 理想情况下的测角仿真42-47
• 4.4.1 理想情况下测向精度随SNR变化情况42-44
• 4.4.2 理想情况下测向精度随快拍数变化情况44-45
• 4.4.3 理想情况下侧向精度随入射角变化情况45-47
• 4.5 非理想情况下的仿真结果47-60
• 4.5.1 只考虑幅度不一致性47-52
• 4.5.2 只考虑相位不一致性52-58
• 4.5.3 幅度和相位误差都考虑的情况58-60
• 4.6 幅相误差来源分析60-63
• 4.6.1 数字式移相器与衰减器的误差61
• 4.6.2 虚位技术引入的误差61-62
• 4.6.3 馈电网络的误差62
• 4.6.4 阵元失效的误差62
• 4.6.5 其它的随机误差62-63
• 4.7 本章小结63-64
• 第五章 比相法二维角度测量实验研究64-74
• 5.1 测试方案设计64-66
• 5.1.1 数据采集系统硬件介绍64-65
• 5.1.2 接收天线安装方式65-66
• 5.2 实验操作与数据处理66-67
• 5.2.1 实验操作说明66
• 5.2.2 实验数据处理66-67
• 5.3 暗室测量结果与分析67-71
• 5.3.1 俯仰角测角精度实验验证67-68
• 5.3.2 不同码速率对测角误差影响68
• 5.3.3 不同发射功率对测角误差影响68-69
• 5.3.4 系统稳健性实验验证69-70
• 5.3.5 二维测角精度实验验证70-71
• 5.4 实验测试误差分析71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 结束语74-76
• 6.1 本文工作总结74
• 6.2 下一步研究方向及内容74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间的研究成果80-81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李相平;张刚;李亚昆;李世忠;;FPGA在相控阵波束控制器中的应用[J];电子工程师;2008年01期

2 刘宏伟,张守宏;平面阵线性约束自适应单脉冲测角算法[J];电子与信息学报;2001年03期

3 吴国栋;韩冰;何煦;;精密测角法的线阵CCD相机几何参数实验室标定方法[J];光学精密工程;2007年10期

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本文编号：920282