相控阵卫星跟踪系统原理与角度测量研究

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。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究动态与发展现状

1.3 主要工作及内容安排

第二章 系统架构与总体方案设计

2.1系统框图与流程

2.2 总体方案设计

2.3 本章小结

第三章 相控阵天线波束控制与虚位技术研究

3.1 平面阵列和波束控制

3.2 虚位技术研究

3.3 本章小结

第四章 相控阵天线比相法角度测量仿真研究

4.1 阵列形式与坐标定义

4.2 二维测角算法

4.3 仿真实验验证

4.4 理想情况下的测角仿真

4.5 非理想情况下的仿真结果

4.6 幅相误差来源分析

4.7 本章小结

第五章 比相法二维角度测量实验研究

5.1 测试方案设计

5.2 实验操作与数据处理

5.3 暗室测量结果与分析

5.4 实验测试误差分析

5.4 本章小结

第六章 结束语

6.1 本文工作总结

6.2 下一步研究方向及内容

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果