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一种新型的阵列天线对编队卫星的跟踪

作　者: 赵艳秋
导　师: 陆宇平；宗鹏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 编队卫星相控天线三维天线方向图曲面阵阵元间距自适应算法跟踪
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-15
第一章绪论  15-19
  1.1 研究背景及意义  15-16
  1.2 相控阵技术的发展  16-17
  1.3 研究的主要内容  17-18
  1.4 论文结构安排  18-19
第二章阵列的基本原理  19-30
  2.1 空间信号表示  19-21
  2.2 平稳过程  21-22
  2.3 阵列信号模型及空间采样  22-24
  2.4 阵列处理的统计模型  24-26
    2.4.1 窄带信号的延迟  24
    2.4.2 连续时间信道模型  24-25
    2.4.3 阵列信号处理的统计模型  25-26
  2.5 基带信号  26-27
  2.6 窄带信号的调制与解调  27-28
  2.7 中频采样 ADC 和基带采样 ADC  28-30
第三章常用阵列天线的种类和特点  30-45
  3.1 天线阵相乘原理  31-32
  3.2 远区条件  32-34
  3.3 二元阵  34-37
    3.3.1 等幅同相二元阵  35-36
    3.3.2 等幅反相二元阵  36
    3.3.3 等幅异相二元阵  36-37
  3.4 直线阵列  37-39
    3.4.1 直线阵列原理  37-39
    3.4.2 可见区与非可见区，栅瓣及其抑制  39
  3.5 平面阵列  39-42
    3.5.1 方阵  40-41
    3.5.2 圆阵  41-42
  3.6 三种阵的波形比较  42-43
  3.7 共形阵天线  43-45
第四章三维立体阵列天线  45-60
  4.1 三维立体方阵  45-47
  4.2 对角面阵  47-48
  4.3 梯形阵  48-50
  4.4 曲面阵  50-51
  4.5 阵元间距对波瓣的影响  51-54
  4.6 阵元数目的选择  54-56
  4.7 分析  56-58
  4.8 阵元间距及阵元数目的选择  58-59
  4.9 结论  59-60
第五章自适应算法  60-80
  5.1 自适应阵列技术的发展  60-61
  5.2 自适应算法  61-69
    5.2.1 LMS（最小均方）算法  62-67
    5.2.2 DMI（直接矩阵求逆）算法  67-68
    5.2.3 RLS（递推最小二乘）算法  68-69
    5.2.4 小结  69
  5.3 LMS、DMI 算法的目标跟踪  69-77
    5.3.1 中继星和目标的位置关系  70-71
    5.3.2 中继星对目标的跟踪规律  71-76
    5.3.3 结束语  76-77
  5.4 三维天线的跟踪  77-80
第六章结论  80-81
参考文献  81-84
致谢  84-85
在学期间的研究成果及发表的学术论文  85

一种新型的阵列天线对编队卫星的跟踪

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