基于行星际闪烁（IPS）望远镜的数字多波束合成技术研究
发布时间：2021-11-21 17:17
通过研究行星际闪烁现象,可以研究致密源的角结构,并测量太阳风速度和太阳风等离子体不规则结构,观测数据对理论研究和实际应用都有重要作用。本文对于拟建设的子午工程二期明安图行星际闪烁望远镜关键技术—数字多波束合成技术—进行了研究。利用此技术可形成多个主波束,实现对天空多个射电源同时观测。一、对常规波束合成算法和自适应波束合成算法进行了原理性介绍,并着重介绍了最小方差无畸变（MVDR）算法、线性约束最小方差（LCMV）算法、最大信干噪比（MSINR）算法和最小均方误差（MMSE）算法,这4种常用自适应波束合成算法原理。然后,通过基于Matlab对上述不同数字波束合成算法进行了仿真。第一种情况,设置不同的阵列孔径,通过对比分析返回的波束宽度值,验证了波束宽度和阵列孔径成反比的关系。第二种情况,通过设置相同的阵列条件,对常规波束算法和最小方差无畸变（MVDR）算法、线性约束最小方差（LCMV）算法、最大信干噪比（MSINR）算法和最小均方误差（MMSE）算法5种数字波束算法性能进行了对比,这5种都未能到达明安图行星际闪烁望远镜旁瓣技术指标要求。二、针对现有数字波束合成算法无法满足行星际闪烁望远镜...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳-行星际分系统计划新研制探测设备行星际空间作为联接日地的纽带，是个非线性传输通道，对理解空间天气扰
目前，它在射电天文、雷达、声呐、导航、无线电通信和地震监测等多方面得到了广泛应用。本文主要讨论数字多波束合成在射电望远镜上的应用。数字多波束合成实质是充分利用天线阵列在不同位置的阵元所获得的空间信号信息，通过对各阵元进行加权，达到增强期望信号、抑制干扰的目的。其优点有：可形成单个或多个独立可控的波束而不损失信噪比；波束特性由权矢量控制，灵活多变；天线具有较好的自校正和低旁瓣能力；方便后续进行阵列信号处理，以获得优良性能。利用这一技术可形成多个主波束，实现对天空多个射电源同时观测，见图1-2。图1-2多波束合成示意图
第一章绪论5已升级为Ooty宽视场阵列（OWFA），它既具有更大的瞬时带宽，且具有更大的视场，积分时间为1秒，灵敏度提高到8mJy，OWFA可以观测到10000多个射电源。在射电源的分配中，它们中的80％以上可用作IPS源。这些射电源的观测对研究太阳风的瞬变以及周围的太阳风非常有用，见图1-3。图1-3印度ORT望远镜我国的行星际闪烁观测始于中国科学院国家天文台（原北京天文台）密云观测基地的综合孔径射电望远镜。密云米波综合孔径射电望远镜工作频率在232MHZ，由28面口径为9米的单天线组成，天线阵列东西方向排列，基线长度为1164米，进行行星际闪烁观测时，密云米波综合孔径射电望远镜采用相位叠加模式，有效接收面积约为900平方米，相当于一面口径为47米抛物面天线，同时其分辨率相当于口径为1200米射电望远镜，IPS观测模式为单站单频模式，如图1-4所示。密云综合孔径射电望远镜是我国第一个进行行星际闪烁观测的观测设备，为我国行星际闪烁观测打下很好的基矗2008年5月，国家天文台开始在乌鲁木齐南山站25米射电望远镜上进行行星际闪烁观测研究，其为子午工程行星际闪烁分系统的预研，它的观测模式也是单站单频，不同于密云米波综合孔径射电望远镜的是，其为单口径天线，而不是天线阵列。2015年年初，对该系统进行升级，并首次在射电望远镜上采用了单站双频的观测模式。国家天文台密云观测基地作为子午工程的参加单位之一，在密云观测基地的50米射电望远镜上也进行行星际闪烁观测的研究，采用的模式也是单站双频的观测模式，目前该系统已经能接收到很好的太阳风速和闪烁指数等信息[3]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗阵列流形误差的稳健低旁瓣波束优化设计[J]. 董鹏飞. 舰船电子工程. 2019(11)
[2]稳健的子带子阵级导向最小方差波束形成算法[J]. 周胜增,杜选民. 声学学报. 2019(04)
[3]子阵级LCMV循环优化自适应波束形成算法研究[J]. 肖宇彤,周渊平,肖骏,周鑫. 电子技术应用. 2019(07)
[4]基于非均匀子阵的双和/三差通道同时抑制主副瓣干扰[J]. 孙晨伟,陶海红,郭晓双,宋嘉奇. 电子学报. 2019(04)
[5]基于FPGA的千兆以太网接口应用研究与实现[J]. 吴长瑞,徐建清,蒋景红. 现代电子技术. 2018(09)
[6]行星际闪烁望远镜选址电磁环境测试[J]. 李沙,颜毅华,王威,陈志军,陈林杰. 中国无线电. 2017(07)
[7]我国行星际闪烁观测概述[J]. 刘丽佳,彭勃. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(06)
[8]基于LMS算法的波束形成天线通道幅相校正[J]. 金燕. 现代导航. 2013(01)
[9]FAST L波段多波束馈源设计的初步分析[J]. 詹德志,金乘进,于金龙,甘恒谦,朱凯,刘鸿飞. 天文研究与技术. 2010(04)
[10]行星际闪烁单站单频数据处理[J]. 刘丽佳,彭勃. 天文研究与技术. 2010(01)
博士论文
[1]基于低复杂度自适应信号处理的波束成形技术研究[D]. 秦博雅.浙江大学 2015
硕士论文
[1]基于千兆以太网的FPGA高速数据采集传输系统的设计与实现[D]. 李皛.北京邮电大学 2019
[2]阵天线同时多波束原理与方法研究[D]. 邓金花.电子科技大学 2016
[3]自适应数字波束形成以及稳健技术研究[D]. 白登潘.西安电子科技大学 2014
[4]自适应波束形成及在多信号识别中的应用[D]. 隋莉莉.哈尔滨工程大学 2014
[5]LTE-A系统中的turbo编码及其并行译码研究与实现[D]. 吴昌强.电子科技大学 2013
[6]基于幅度加权的面阵波束指向性研究[D]. 李艳艳.西北大学 2010
本文编号：3509913
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳-行星际分系统计划新研制探测设备行星际空间作为联接日地的纽带，是个非线性传输通道，对理解空间天气扰
目前，它在射电天文、雷达、声呐、导航、无线电通信和地震监测等多方面得到了广泛应用。本文主要讨论数字多波束合成在射电望远镜上的应用。数字多波束合成实质是充分利用天线阵列在不同位置的阵元所获得的空间信号信息，通过对各阵元进行加权，达到增强期望信号、抑制干扰的目的。其优点有：可形成单个或多个独立可控的波束而不损失信噪比；波束特性由权矢量控制，灵活多变；天线具有较好的自校正和低旁瓣能力；方便后续进行阵列信号处理，以获得优良性能。利用这一技术可形成多个主波束，实现对天空多个射电源同时观测，见图1-2。图1-2多波束合成示意图
第一章绪论5已升级为Ooty宽视场阵列（OWFA），它既具有更大的瞬时带宽，且具有更大的视场，积分时间为1秒，灵敏度提高到8mJy，OWFA可以观测到10000多个射电源。在射电源的分配中，它们中的80％以上可用作IPS源。这些射电源的观测对研究太阳风的瞬变以及周围的太阳风非常有用，见图1-3。图1-3印度ORT望远镜我国的行星际闪烁观测始于中国科学院国家天文台（原北京天文台）密云观测基地的综合孔径射电望远镜。密云米波综合孔径射电望远镜工作频率在232MHZ，由28面口径为9米的单天线组成，天线阵列东西方向排列，基线长度为1164米，进行行星际闪烁观测时，密云米波综合孔径射电望远镜采用相位叠加模式，有效接收面积约为900平方米，相当于一面口径为47米抛物面天线，同时其分辨率相当于口径为1200米射电望远镜，IPS观测模式为单站单频模式，如图1-4所示。密云综合孔径射电望远镜是我国第一个进行行星际闪烁观测的观测设备，为我国行星际闪烁观测打下很好的基矗2008年5月，国家天文台开始在乌鲁木齐南山站25米射电望远镜上进行行星际闪烁观测研究，其为子午工程行星际闪烁分系统的预研，它的观测模式也是单站单频，不同于密云米波综合孔径射电望远镜的是，其为单口径天线，而不是天线阵列。2015年年初，对该系统进行升级，并首次在射电望远镜上采用了单站双频的观测模式。国家天文台密云观测基地作为子午工程的参加单位之一，在密云观测基地的50米射电望远镜上也进行行星际闪烁观测的研究，采用的模式也是单站双频的观测模式，目前该系统已经能接收到很好的太阳风速和闪烁指数等信息[3]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗阵列流形误差的稳健低旁瓣波束优化设计[J]. 董鹏飞. 舰船电子工程. 2019(11)
[2]稳健的子带子阵级导向最小方差波束形成算法[J]. 周胜增,杜选民. 声学学报. 2019(04)
[3]子阵级LCMV循环优化自适应波束形成算法研究[J]. 肖宇彤,周渊平,肖骏,周鑫. 电子技术应用. 2019(07)
[4]基于非均匀子阵的双和/三差通道同时抑制主副瓣干扰[J]. 孙晨伟,陶海红,郭晓双,宋嘉奇. 电子学报. 2019(04)
[5]基于FPGA的千兆以太网接口应用研究与实现[J]. 吴长瑞,徐建清,蒋景红. 现代电子技术. 2018(09)
[6]行星际闪烁望远镜选址电磁环境测试[J]. 李沙,颜毅华,王威,陈志军,陈林杰. 中国无线电. 2017(07)
[7]我国行星际闪烁观测概述[J]. 刘丽佳,彭勃. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(06)
[8]基于LMS算法的波束形成天线通道幅相校正[J]. 金燕. 现代导航. 2013(01)
[9]FAST L波段多波束馈源设计的初步分析[J]. 詹德志,金乘进,于金龙,甘恒谦,朱凯,刘鸿飞. 天文研究与技术. 2010(04)
[10]行星际闪烁单站单频数据处理[J]. 刘丽佳,彭勃. 天文研究与技术. 2010(01)
博士论文
[1]基于低复杂度自适应信号处理的波束成形技术研究[D]. 秦博雅.浙江大学 2015
硕士论文
[1]基于千兆以太网的FPGA高速数据采集传输系统的设计与实现[D]. 李皛.北京邮电大学 2019
[2]阵天线同时多波束原理与方法研究[D]. 邓金花.电子科技大学 2016
[3]自适应数字波束形成以及稳健技术研究[D]. 白登潘.西安电子科技大学 2014
[4]自适应波束形成及在多信号识别中的应用[D]. 隋莉莉.哈尔滨工程大学 2014
[5]LTE-A系统中的turbo编码及其并行译码研究与实现[D]. 吴昌强.电子科技大学 2013
[6]基于幅度加权的面阵波束指向性研究[D]. 李艳艳.西北大学 2010
本文编号：3509913
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