论文部分内容阅读
跟踪与数据中继卫星系统(Tracking and Data Relay Satellite System,TDRSS)是一个利用地球同步卫星和地面终端站,对中、低轨道航天器进行高覆盖率的轨道测控、数据中继以及连续跟踪的系统,具有极高的战略价值,已成为重点发展的对象。因此,对TDRSS的研究具有十分重要的意义。基于星下数字波束形成(DBF)技术的TDRSS,中继星上的30路阵元信号通过频分复用方式经过远距离传输到地面终端站的过程中,由于星地之间的相对运动、高频段载波的使用、多次变频等因素,30路通道将存在非一致频偏,这将严重影响星下DBF性能。针对该问题,本文结合国家自然基金项目“TDRSS反向链路星下DBF性能恶化机制及提升技术研究”,通过数学建模以及计算机仿真验证了TDRSS反向链路通道间非一致性频偏的存在性,分析了通道间非一致性频偏对星下波达方向(DOA)估计以及DBF性能的影响,探索了非一致性频偏的补偿方法。本文的主要研究内容为:(1)利用卫星星历中的轨道参数以及地面终端站的地理位置,采用几何矢量法,建立了TDRSS反向链路通道的多普勒频移数学模型。深入分析了系统其他因素(如信号变频过程中频率源不稳定、太阳和月亮的引力牵引而导致中继星的轨道发生漂移等)对通道间非一致性频偏所带来的影响。(2)研究了采用星下DBF体制的TDRSS反向链路结构,利用数学建模以及计算机仿真分析了非一致性频偏对DOA估计以及DBF性能的影响。理论以及仿真结果表明,通道间存在的非一致性频偏会对DOA估计以及DBF性能产生严重影响,恶化系统性能,并呈现时间累积效应。(3)研究了非一致性频偏的补偿措施。提出采用一种基于最速下降算法的自适应频偏算法对非一致性频偏进行补偿,同时对该算法的固定步长做出了变步长的改进。通过仿真平台验证此改进的自适应频偏补偿算法在减小指向误差、降低迭代次数等方面具有明显的优势。TDRSS采用该算法进行补偿后,其DOA估计精度以及DBF指向性能都得到了明显的提高。