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小卫星通信系统以其高度的灵活性和低成本优势在远程情报采集、指令传递、人员调度等方面具有其它通信系统无法替代的作用。由于信道环境复杂,小卫星移动通信信号实质上为多径传播,需要采用各种信号增强技术,以提高系统接收性能。
智能天线技术最初应用于雷达、声纳、军事抗干扰等方面。通常分为两大类:多波束天线和自适应天线。其基本思想:多波束天线利用数字信号处理技术,对天线阵元信号进行加权处理,产生多个定向波束,实现信号的空分复用。自适应天线则实时调整天线方向图,使天线主波束对准用户信号的到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,实现天线阵的自适应跟踪。
采用智能天线阵列的小卫星通信接收机,可通过一定的信号处理,从空间上区分信号和干扰,并且多个阵元还可获得分集增益,从而改善通信质量。自适应阵列天线信号处理的问题可以归结为二个方面:波达方向(Direction of Arrival)的多用户检测和数字波束形成(Digital Beamforming,DBF)。本文针对小卫星通信接收机智能天线技术问题做了以下几个方面研究:
(1)本文首先研究了非相关信号条件下,传统算法和基于特征子空间的MUSIC算法DOA估计性能并进行了仿真研究。把一维算法成功推广到二维小卫星天线阵列,并将两种DOA算法进行了分辨率比较;
(2)分析了小卫星天线阵列的排列特点,利用其排列特点提出了两种相干信号DOA判断算法中角度模糊问题的解决方案:十字形阵列平滑技术和六边形平移技术。对两种技术的可行性进行了理论论证并通过仿真实验验证了其可行性;
(3)分析了数字波束形成的最佳权向量及其自适应调整算法,并对小卫星天线阵列波束形成进行了Matlab仿真实验;
(4)在上述算法仿真的基础上编写了C语言源代码,并在DSP C5510仿真平台上调试通过。