一种新型的阵列天线对编队卫星的跟踪

论文摘要

自90年代以来,微电子技术、纳米技术的迅猛发展,为现代小卫星技术的发展提供了技术和物质基础。目前,关于小卫星及其应用研究也已进入了一个新的阶段。作为小卫星应用的一个重要方面,小卫星的编队飞行也被普遍认为是未来小卫星应用模式的必然趋势。而对于小卫星的跟踪及星间通讯是首当其冲要解决的问题。目前,相控阵天线基本上还是平面阵列天线,平面型的阵列电扫描空域可达120°,计算模型简单,技术趋于成熟。但是平面阵列天线存在一些固有的缺点,所以应用受到一定的限制。本文首先总结讨论了最简单的二元阵及三种常用的阵列形式,对它们的方向图函数特性进行了分析。在此基础上提出了一种新型的阵列天线,三维立体天线,可以通过选择不同的阵元组成不同的阵型来扫描空间。本文分析了三种组合:对角面阵,梯形阵和曲面阵。比较了三种阵的波形与普通的面阵的区别,以及阵元间距和阵元数目对波形的影响,并介绍了最大阵元间距选择的依据。本文还分析了三种常用的自适应算法(LMS,DMI,RLS)的性能,探讨了中继星与目标航天器的位置关系,采用MATLAB软件仿真了中继星对目标星的跟踪过程,并对两种经典的自适应跟踪算法(LMS,DMI)进行了研究。通过分析信号干扰比的变化,比较两种算法的跟踪性能。最后仿真了三维天线用两种自适应算法(LMS,DMI)对目标的跟踪过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 相控阵技术的发展
• 1.3 研究的主要内容
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 阵列的基本原理
• 2.1 空间信号表示
• 2.2 平稳过程
• 2.3 阵列信号模型及空间采样
• 2.4 阵列处理的统计模型
• 2.4.1 窄带信号的延迟
• 2.4.2 连续时间信道模型
• 2.4.3 阵列信号处理的统计模型
• 2.5 基带信号
• 2.6 窄带信号的调制与解调
• 2.7 中频采样 ADC 和基带采样 ADC
• 第三章 常用阵列天线的种类和特点
• 3.1 天线阵相乘原理
• 3.2 远区条件
• 3.3 二元阵
• 3.3.1 等幅同相二元阵
• 3.3.2 等幅反相二元阵
• 3.3.3 等幅异相二元阵
• 3.4 直线阵列
• 3.4.1 直线阵列原理
• 3.4.2 可见区与非可见区，栅瓣及其抑制
• 3.5 平面阵列
• 3.5.1 方阵
• 3.5.2 圆阵
• 3.6 三种阵的波形比较
• 3.7 共形阵天线
• 第四章 三维立体阵列天线
• 4.1 三维立体方阵
• 4.2 对角面阵
• 4.3 梯形阵
• 4.4 曲面阵
• 4.5 阵元间距对波瓣的影响
• 4.6 阵元数目的选择
• 4.7 分析
• 4.8 阵元间距及阵元数目的选择
• 4.9 结论
• 第五章 自适应算法
• 5.1 自适应阵列技术的发展
• 5.2 自适应算法
• 5.2.1 LMS（最小均方）算法
• 5.2.2 DMI（直接矩阵求逆）算法
• 5.2.3 RLS（递推最小二乘）算法
• 5.2.4 小结
• 5.3 LMS、DMI 算法的目标跟踪
• 5.3.1 中继星和目标的位置关系
• 5.3.2 中继星对目标的跟踪规律
• 5.3.3 结束语
• 5.4 三维天线的跟踪
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文