相控阵角度跟踪系统关键技术与实现

摘要

空中高速运动的载体在飞行过程中需要利用卫星来实现通信信号传输。导弹在飞行运动中，天线安装在弹体上，需要天线根据弹体和卫星的相对运动规律来不断的自动调整其天线的波束指向，使得天线的波束方向不偏离卫星信号方向，从而保证运行过程中通信不中断。当前阶段，利用相控阵天线常作为载体上发射以及接收天线，完成快速波束指向调整。利用相控阵的阵列信号处理技术，根据导弹平台收到的初始角度信息完成目标的稳定跟踪具有重要的研究意义。本文针对相控阵天线角度稳定跟踪的闭环系统展开算法研究与实现。根据角度闭环跟踪的系统方案，侧重于系统搜索、捕获和稳定跟踪三种角度跟踪中的不同工作状态仿真设计，并完成系统跟踪的闭环仿真。同时设计模拟实验平台和实现其中上位机模块。
　　首先对相控阵的数字波束形成及方向图原理进行介绍，并对角度跟踪平台的系统总体结构和系统工作流程进行了说明，明确了将要展开研究的主要内容。
　　随后，针对系统的搜索、捕获和跟踪状态中的主要算法进行研究，即搜索过程中的波位排列和互相关检测方法，捕获过程中的伪单脉冲测角和跟踪状态的子阵相关测角方法阐述各自特点，并对叠加不同通道误差后的测角性能进行仿真研究。同时对于可用角度跟踪系统进行跟踪滤波的卡尔曼滤波和自适应α-β滤波方法做了介绍。
　　接下来本文详细对系统闭环仿真整体设计进行研究。包括坐标变换，相对运动轨迹建立以及搜索、捕获和跟踪状态各自的具体仿真设计，以实现闭环跟踪仿真研究。结合工程实现经验，以自适应α-β滤波作为系统跟踪滤波算法并对角度跟踪在理想情况和非理想情况下的系统跟踪性能做了仿真分析，验证了仿真设计能够有效的实现角度的连续跟踪。
　　最后为了对跟踪系统的硬件实现进行模拟验证，完成了模拟实验平台设计和实现上位机模块的图形界面、数据通信和多线程设计，为平台的硬件实现奠定基础。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外发展现状

1.3 本文工作及内容安排

第二章 相控阵波束控制与跟踪平台系统设计

2.1 相控阵波束形成

2.2 跟踪平台系统设计

2.3 本章小结

第三章 角度跟踪平台主要算法研究

3.1 搜索检测方法

3.2 卫星视线角测量方法

3.3 卫星跟踪滤波方法

3.4 本章小结

第四章 角度跟踪闭环仿真系统设计

4.1 仿真系统概述

4.2 坐标变换与运动模型建立

4.3 阵列接收信号设计

4.4 角度跟踪仿真设计

4.5 自适应滤波闭环仿真实验

4.6 本章小结

第五章 模拟闭环实验平台原理及上位机设计

5.1 模拟实验平台框架

5.2 上位机模块设计

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 后续工作

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果