TDRSS反向链路非线性和群时延失真研究

摘要

跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS），是为中、低轨道航天器与航天器之间及航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨道测控服务的系统，简称中继系统。它的“天基”设计思想，增大了对中低轨道航天器的覆盖率、减少地面测控站的数量，从根本上解决了通信测控的高覆盖率问题，在空间技术发展中起到了重要作用。
　　为减轻中继星（TDRS）星上处理负担，中继星将30个阵元接收的信号进行频分多址（FDM），FDM信号上变频并馈送到星上功率转发器（HPA），进行功率增益后发往地面。地面站用30路FDM分离滤波器组提取30路窄带FDM信号，再根据30路阵元信号的相对相位和幅度，在地面端完成数字波束形成（DBF）。HPA的非线性特性和由FDM分离滤波器组带来的群时延，会使得各阵元信号的相对相位和幅度遭到破坏，导致 DBF性能恶化，制约着我国下一代TDRS系统的建设和发展。
　　论文基于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”，针对上述问题，开展了以下主要研究：
　　(1)深入研究TDRS系统反向链路的信道特性，分析TDRS系统非线性和群时延失真的来源，以及产生非线性和通道间群时延非一致性特性的机理；
　　(2)研究了非线性和群时延失真对DBF性能的影响。建立数学模型，利用数学公式推导分析了非线性和群时延失真对DBF性能的影响；建立仿真模型，从非线性失真的两个方面和群时延失真的两个方面分析了两种失真对DBF性能的影响。
　　(3)通过自适应均衡技术补偿了非线性和群时延失真对TDRS系统DBF性能的影响；通过均衡前后仿真效果的对比，验证了本文提出的改进型LMS均衡算法的有效性；结合TDRSS功率转发器的功率效益，提出了动态均衡的思想。
　　通过对TDRS系统反向链路群时延失真和非线性失真对TDRS系统的DBF性能影响的研究，获得了一些重要的结论，为我国下一代TDRS系统的建设提供了理论依据和技术指标。

目录

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外现状综述

1.3 论文内容与结构

2 TDRSS传输链路

2.1 TDRSS系统介绍

2.2 星上DBF体制和星下DBF体制比较

2.3基于星下DBF体制的TDRSS链路分析

2.4 本章小结

3 TDRSS非线性和群时延失真特性

3.1 非线性失真特性分析

3.2 功率放大器的数学模型

3.3 TDRSS通道间群时延失真

3.4 本章小结

4 非线性和群时延失真对DBF性能的影响

4.1 数字波束形成原理

4.2 非线性和群时延失真对DBF性能的影响的数学模型

4.3非线性和群时延失真对DBF性能影响仿真

4.4 本章小结

5 非线性和群时延失真的校正

5.1 均衡器的基本原理

5.2 均衡器的结构和类型

5.3自适应均衡算法

5.4均衡技术对非线性失真和通道间群时延非一致性的校正

5.5 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录