TDRSS反向链路非线性失真研究及解决措施

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,在整个卫星通信系统中有着重要的地位,具有广阔的应用前景。为了同时跟踪和转发多个用户星,以及提高天线增益解决用户星信号功率微弱问题,TDRSS的中继星上采用相控阵天线,即用30个独立的螺旋天线来接收用户星信号。为了降低中继星研制难度,采用频分复用（FDM）方式将各阵元输出信号送往地面,把相控阵复杂的信号处理,如数字波束形成（DBF）,交由地面站完成,这就是所谓的星下DBF技术。但将FDM信号传输到地面需要高功率放大器,由于高功率放大器的非线性特性,使得多路FDM信号出现严重的互调干扰,进而使得DBF性能恶化,制约了我国下一代TDRSS建设和发展。本文针对这一技术背景,结合“TDRSS星下DBF性能恶化机理研究及改善措施”的国家自然科学基金项目和某军工项目,通过数学公式推导和计算机仿真分析了高功率放大器的非线性特性对星下DBF性能的影响,并采用自适应均衡技术来补偿非线性失真对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TDRSS中高功放的非线性失真特性,通过数学公式推导和计算机仿真分析了高功率放大器的两种非线性失真（AM-AM变换和AM-PM变换）对30路FDM信号的幅相一致性的影响;2).研究了采用星下DBF方案的TDRSS反向链路结构,通过数学公式推导和计算机仿真分析了AM-AM变换和AM-PM变换对星下DBF性能的恶化程度;3).研究了补偿非线性失真的解决方案,探讨了采用自适应均衡技术校正非线性失真的可能性,采用LMS算法补偿非线性失真对DBF性能的影响,理论推导和仿真结果表明,自适应均衡技术能有效补偿非线性失真。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 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 前向链路
• 2.2 反向链路
• 2.3 SMA 通信业务
• 2.4 星上处理与星下处理比较
• 2.5 本章小结
• 3 数字波束形成
• 3.1 数字波束形成原理
• 3.2 均匀直线阵天线
• 3.3 幅度加权
• 3.4 相位加权
• 3.5 本章小结
• 4 非线性失真对 DBF 性能的影响
• 4.1 非线性失真特性
• 4.1.1 非线性定义及其衡量指标
• 4.1.2 AM-AM 变换
• 4.1.3 AM-PM 变换
• 4.1.4 几种中继星转发器功率放大器的介绍
• 4.1.5 载波数量与互调影响的关系
• 4.2 非线性失真对DBF 性能影响分析
• 4.2.1 AM-AM 变换对DBF 性能影响的分析
• 4.2.2 AM-PM 变换对DBF 性能影响的分析
• 4.3 本章小结
• 5 自适应均衡技术对非线性失真的补偿措施
• 5.1 均衡器的基本原理
• 5.2 均衡器的结构与分类
• 5.2.1 线性横向均衡器
• 5.2.2 判决反馈均衡器
• 5.3 LMS 算法
• 5.4 自适应均衡器对非线性失真的校正分析
• 5.4.1 系统模型和自适应均衡器设计
• 5.4.2 多路信号收敛性比较
• 5.4.3 自适应均衡技术对DBF 的影响分析
• 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