基于和差波束测角的角度跟踪仿真研究

发布时间：2019-08-05 13:20

【摘要】：飞机、导弹等高速运动载体与卫星系统实时通信过程中,载体的姿态变化,会影响通信质量。为使载体上的相控阵天线始终对准卫星方向,保持载体与卫星正常通信,提出了一种角度跟踪系统设计方案,对系统关键部分的功能进行说明;针对均匀对称的矩形阵列,在单脉冲测角理论和卡尔曼滤波算法的基础上进行研究和改进,提出了基于和差波束测角和自适应α-β滤波的角度跟踪算法,实现了对来波的角度测量与跟踪。通过仿真,对系统测角精度与跟踪精度进行说明,结合算法原理分析影响系统跟踪精度的因素。
【图文】：

基于和差波束测角的角度跟踪仿真研究

引导信息，给出初始天线波束指向。并根据系统搜索捕获状态下给出的波位调整信息，实时地对波束指向作出调整。对每一个波位，系统对四子阵输出信号Ａ／Ｄ采样后，经预处理模块后对子阵间信号作互相关运算，若超过检测门限，则对其和波束进行解扩、解调等，确认是期望的协作通信信号，则捕获成功，系统转入角度跟踪状态；否则，捕获失败，反馈信息至波控单元，按照设定的波位编排方案调整波束指向，继续对来波方向进行搜索／捕获。图２搜索／捕获实现逻辑框图系统波位顺序设定了两种状态［６］，如图３所示。系统初始化获取引导信息，将引导信息中的指向作为初始波束指向的中心波位，按照状态１的顺序调整波束指向进行搜索。若遍历状态１中５个波位均未搜索／捕获信号，说明此时系统初始引导信息精度较差，则将状态１中的中心波位（波位１）按照状态２的顺序进行调整，在状态２中９个中心波位依次按照状态１方式形成５个搜索波位，，进行搜索／捕获。若遍历状态２波位仍未捕获信号，则系统重新初始化，更新引导信息。图３波位编排两种状态系统跟踪状态主要包括和差波束角度测量和自适应α－β滤波两部分。跟踪状态硬件实现逻辑框图如图４所示。图４跟踪状态实现逻辑框图各子阵接收信号经数字板上Ａ／Ｄ采样、数字下变频、低通滤波与抽取等，得到基带数字信号［７］。６９２０１７年第１期马越：基于和差波束测角的角度跟踪仿真研究逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄

基于和差波束测角的角度跟踪仿真研究

在提高信噪比的同时，保留子阵信号间的相位差信息。完成和差波束法角度测量，并将测量结果（φ，θ）实时地送入ＤＳＰ中进行跟踪滤波，得到下一时刻来波方向的预测值（φ０，θ０），反馈到波控单元，用于调整阵列天线波束实时地对准卫星。２和差波束测角算法针对上节所述的系统角度跟踪状态中角度测量模块，本文提出一种基于和差波束测角的角度测量方法，主要包括和差波束形成、相位差计算和角度测量三部分。２．１阵列天线模型均匀矩形面阵的几何结构以及阵列天线角度坐标定义如图５所示。相控阵雷达接收阵列位于ｘｏｙ平面上，设阵元数为Ｍ×Ｎ，平行于ｘ轴和ｙ轴方向均匀分布的阵元且间距分别为ｄｘ和ｄｙ。记入射信号在ｘｏｙ平面上的投影与ｘ轴夹角为方位角φ，取值范围为－９０°～９０°；记入射信号与ｚ轴夹角为俯仰角θ，取值范围为０°～９０°。图５均匀矩形面阵的几何结构信号的方向向量为ｒ＝－［ｓｉｎθｃｏｓφｓｉｎθｓｉｎφｃｏｓθ］Ｔ（１）以第１子阵为参考子阵，第２，３，４子阵的坐标分别是ｐ２＝［０，Ｄｙ，０］ｐ３＝［Ｄｘ，０，０］ｐ４＝［Ｄｘ，Ｄｙ，０］（２）若入射信号先到达第２，３，４子阵，根据相控阵空域滤波相关理论，可以得到第２，３，４子阵相对于参考子阵的相移分别为鐖２＝２πＤｙλｓｉｎθｓｉｎφ（３）鐖３＝－２πＤｘλｓｉｎθｃｏｓφ（４）鐖４＝鐖２＋鐖３（５）式中，Ｄｘ＝Ｍｄｘ／２，Ｄｙ＝
【作者单位】：电子科技大学电子工程学院;
【分类号】：TN927.2

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