TDRSS反向链路信道群时延失真研究

论文摘要

跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)是近代航天测控通信技术的重大突破。它的“天基”设计思想,增大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极其重要的作用。为了同时跟踪和转发多个目标,以及降低中继星的研制难度,TDRSS的中继卫星上通常采用基于波束形成的相控阵天线,即用30个独立的螺旋天线来接收用户星信号,采用频分复用(FDM)方式将各阵元输出信号送往地面,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)。为了消除邻道干扰,通常要求30路FDM信号分离滤波器过渡带陡峭,而滤波器过渡带陡峭导致群时延会很大,且30路FDM滤波器群时延特性不相关,所以30路通道群时延一致性难以保证,各阵元信号的相对相位和幅度遭到破坏,这严重影响TDRS系统DOA估计和DBF的性能,制约着我国下一代TDRS系统的建设和发展。针对这一技术背景,本文通过理论研究和计算机仿真,分析TDRS系统信道群时延失真对DOA估计和DBF性能的影响,并采用自适应均衡技术来补偿群时延失真对TDRS系统DBF性能的影响。本文的主要研究内容和贡献如下:①深入研究TDRS系统反向链路的信道特性,分析TDRS系统群时延失真的来源,以及产生TDRS系统通道间群时延非一致性特性的机理;②分析了群时延失真对DOA估计性能的影响,搭建仿真模型,结合MUSIC算法,通过计算机仿真分析群时延失真对DOA估计的影响;③分析了群时延失真DBF性能的影响,搭建仿真模型,通过计算机仿真分析群时延失真对DBF性能的影响,并采用自适应均衡技术来补偿群时延失真对TDRS系统DBF性能的影响。通过对TDRS系统反向链路群时延失真特性对TDRS系统的DOA估计和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。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外现状综述
• 1.3 论文内容和组织结构
• 2 TDRS 系统概述
• 2.1 TDRS 系统介绍
• 2.1.1 基于星下DBF 的TDRS 系统
• 2.1.2 TDRS 系统组成
• 2.1.3 TDRS 系统工作原理
• 2.2 TDRS 系统链路分析
• 2.2.1 TDRS 前向链路
• 2.2.2 TDRS 反向链路
• 3 TDRS 系统群时延特性研究
• 3.1 群时延的概念
• 3.2 TDRS 系统群时延来源
• 3.3 TDRS 系统中群时延特性分析
• 3.4 群时延滤波器的设计
• 3.4.1 FRM 滤波器原理
• 3.4.2 FRM 滤波器设计
• 4 通道间群时延非一致性对 DOA 估计影响的研究
• 4.1 DOA 估计概述
• 4.2 基于MUSIC 算法的DOA 估计
• 4.2.1 通道间群时延特性对DOA 估计影响模型分析
• 4.2.2 通道间群时延特性对DOA 估计影响的数学模型分析
• 4.2.3 基于MUSIC 算法的DOA 估计模型分析
• 4.3 仿真分析与结果
• 4.3.1 通道间最大群时延失真相同时的DOA 估计
• 4.3.2 通道间最大群时延失真服从正态分布时的DOA 估计
• 4.4 本章小结
• 5 通道间群时延非一致性对 DBF 性能影响及改善措施
• 5.1 数字波束形成原理
• 5.1.1 DBF 概述
• 5.1.2 DBF 系统结构和信号模型
• 5.1.3 数字波束形成算法准则
• 5.2 通道间群时延非一致性对DBF 性能的影响仿真分析
• 5.2.1 通道间群时延非一致性对DBF 性能影响模型
• 5.2.2 通道间群时延非一致性对DBF 性能影响的仿真分析
• 5.3 通道间群时延非一致性均衡技术
• 5.3.1 信道均衡概论
• 5.3.2 最小均方误差（LMS）算法
• 5.4 通道间群时延非一致性均衡技术仿真分析
• 5.5 本章小结
• 6 结束语
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 进一步研究工作
• 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