全通帶多天線信號合成關鍵技術研究.pdf

1、近年來，人們在深空探索領域取得了許多偉大的成就。隨著深空探索的不斷深入，探測距離越來越遠，支持深空通信的方式也發(fā)生著巨大的變化。多天線信號合成技術應運而生，已發(fā)展成為當前深空通信領域對低信噪比信號進行可靠接收的重要分支。與傳統(tǒng)單個大天線接收方式相比，多天線信號合成技術可以對弱信號進行更有效的接收，而且工作模式也更為穩(wěn)健。鑒于多天線信號合成技術的諸多優(yōu)勢，得到了眾多航天大國的高度重視。
　　本論文圍繞多天線信號合成技術應用于多目標信

2、號的背景，針對高斯信道下多天線信號時延與相位對準及信號合成問題展開了研究。論文主要工作及創(chuàng)新點如下：
　　1．針對多信號條件下的一體化合成問題，設計了基于頻域處理的全通帶多天線信號合成框架，在此處理框架下提出了一種基于固定參考的聯(lián)合時延相位對準的合成算法。區(qū)別于傳統(tǒng)的面向單信號的多天線信號合成處理模式，在多信號條件下，利用信號頻域可分的特點，提出了全通帶多天線信號合成的思路，設計了一種基于信號頻域處理的全通帶多天線信號合成通用處理

3、框架。基于此框架，在各目標信號頻譜信息已知的前提下，借鑒了一種頻域分量最大比算法的思想，利用在高斯信道條件下目標信號頻帶內相位差隨頻率線性變化的特點，提出了一種基于固定參考的聯(lián)合時延相位對準的合成算法（SIM-JTPAC）。仿真結果表明，SIM-JTPAC算法是一種適合多信號一體化合成的算法，在較高信噪比條件下，合成性能接近理論合成性能。
　　2．針對SUMPLE算法存在的隨機性相位中心與相位漂移問題，提出了一種基于雙參考的算法，

4、達到了相位中心可控、無相位漂移的目的。首先分析了SUMPLE算法的優(yōu)勢與產生相位漂移原因，基于全通帶多天線信號處理框架，討論了相位漂移對頻域合成產生的嚴重影響，因此提出了一種雙參考算法（MSUMPLE）。MSUMPLE算法在相關運算時以“準合成信號”為參考，而相位中心又以選定的某路天線信號為參考，從而能克服SUMPLE的相位漂移問題。理論證明表明了MSUMPLE算法的相位中心可控，且在收斂速度與相位對齊精度方面均與SUMPLE算法一致。

5、仿真結果表明，MSUMPLE算法的相位中心會靠攏到選定天線的相位，相位中心可控，且相位漂移得到明顯改善。
　　3．針對SIM-JTPAC算法在低信噪比條件下合成性能大幅下降的問題，引入了雙參考算法，提出了基于雙參考的聯(lián)合時延相位對準的合成算法。在全通帶多天線信號合成的處理框架下，結合MSUMPLE算法，提出了基于頻域的逐頻點MSUMPLE合成算法。仿真結果表明，逐頻點MSUMPLE算法在低信噪比條件下依然保持約8dB的信噪比增益，

6、特別地，逐頻點MSUMPLE算法可以在未知信號頻譜信息的情況下實現(xiàn)盲合成處理。由于目標信號頻帶內各頻率分量的能量有差異，使得利用逐頻點MSUMPLE算法后各頻率分量的相位對齊程度存在差異，這在一定程度上造成了合成性能的損失?？紤]到各天線間在目標信號頻帶內的相位差是隨頻率變化的線性函數，將由逐頻點MSUMPLE算法得到的權值向量的相位采用最小二乘算法擬合以權值進行修正，修正后的權值更符合頻帶內相位變化的規(guī)律，因此提出了一種基于雙參考的聯(lián)合

7、時延相位對準的合成算法（MSUM-JTPAC）。仿真結果表明，由于利用了信號頻譜相位差是隨頻率線性變化的特征，MSUM-JTPAC算法比逐頻點MSUMPLE算法擁有更好的合成性能。
　　4．結合理論研究成果，設計并實現(xiàn)了全通帶多天線信號合成并行處理系統(tǒng)。針對全通帶多天線信號合成處理中數據量大、處理時間長的問題，基于并行可行性分析，設計了并行處理系統(tǒng)的總體方案；然后進行模塊化分解，針對每一個模塊完成了并行化設計。搭建了8天線全通帶多