一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪系统与方法转让专利
申请号 : CN202110263928.9
文献号 : CN113093257B
文献日 : 2022-04-12
发明人 : 李靖 , 潘申富 , 蒋宝强 , 李强 , 智开宇 , 杨锁强
申请人 : 中国电子科技集团公司第五十四研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪系统,其特征在于,包括:接收子阵单元(10)、子阵延迟补偿单元(20)、波束合成网络(30)、跳频解跳单元(40)、波束跟踪单元(50)、波束控制单元(60)和组合惯导(70);
所述的接收子阵单元(10)包括多个接收子阵,分别用于在波束控制单元(60)的控制下调整波束指向,并接收跳频来波信号,经子阵内部移相、衰减以及合路,完成第一级波束形成,将第一级波束形成信号输出至子阵延迟补偿单元(20);
所述的子阵延迟补偿单元(20)包括多个子阵延迟补偿模块,分别用于根据波束控制单元(60)的控制补偿第一级波束形成信号中由于跳频造成的当前频率与移相频率不同而产生相位误差,将补偿后的子阵信号输出至波束合成网络(30);
所述的波束合成网络(30)用于接收补偿后的子阵信号,完成第二级波束形成,将第二级波束形成信号输出至跳频解跳单元(40);
所述的跳频解跳单元(40)用于在跳频图案同步前,根据波束控制单元(60)的控制逐个频率点值守接收跳频信号;并在跳频图案同步后,在波束控制单元(60)转发的频率信息以及同步脉冲控制下,对第二级波束形成信号进行跳频信号同步解跳,输出稳定的解跳信号;
所述的波束跟踪单元(50)用于基于跳频信号的特征提取技术,进行高度随机的宽带高速跳频信号的接收和去扰,提取出波束指向误差,并输出至波束控制单元(60),并在波束控制单元(60)的控制下补偿波束偏轴增益损失;
所述的波束控制单元(60)用于在跳频图案同步前,根据信道终端送来的星历信息以及组合惯导(70)采集的载体位置、时间、速度和姿态信息,实时计算天线波束理论指向角,控制接收子阵单元(10)的波束指向,并接收信道终端送来的本地频率及同步脉冲,控制跳频解跳单元(40)逐个频率点值守接收跳频信号,控制子阵延迟补偿单元(20)进行相位补偿;
在波束主瓣指向卫星,启动大步进跟踪后,结合波束跟踪单元(50)提取的波束指向误差,控制接收子阵单元(10)调整波束指向;在跳频图案同步后,接收信道终端送来的下一跳频率及同步脉冲信息,控制子阵延迟补偿单元(20)进行相位补偿,控制跳频解跳单元(40)进行跳频信号同步解跳;还用于根据组合惯导提供的姿态变化信息计算相应的波束指向变化,并通过查询预先存储的天线波束偏轴损失表,控制波束跟踪单元逆向补偿波束偏轴增益损失;
所述的组合惯导(70)用于采集开环对星所需的载体位置、时间、速度和姿态信息,输出至波束控制单元(60)。
2.根据权利要求1所述的基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪系统,其特征在于,波束控制单元(60)包括跟踪控制单元(601)、波控码下发单元(602)、延迟控制单元(603)和跳频同步控制单元(604);
跟踪控制单元(601)用于在跳频图案同步前,接收组合惯导(70)采集的载体位置、时间、速度和姿态信息,以及信道终端送来的星历信息,计算天线波束指向角,输出至波控码下发单元(602);在波束主瓣指向卫星,启动大步进跟踪后,接收波束跟踪单元(50)输出的波束指向误差,重新计算天线波束指向角,输出至波控码下发单元(602);还用于根据组合惯导提供的姿态变化信息计算相应的波束指向变化,并通过查询预先存储的天线波束偏轴损失表,控制波束跟踪单元逆向补偿波束偏轴增益损失;
波控码下发单元(602)用于将天线波束指向角转换为移相波控码,下发到接收子阵单元(10)的各个接收子阵,控制各个接收子阵的波束指向;
跳频同步控制单元(604)用于在跳频图案同步前,接收信道终端送来的本地频率及同步脉冲,控制跳频解跳单元(40)逐个频率点值守接收跳频信号,同时通过延迟控制单元(603)模块控制子阵延迟补偿单元(20)进行相位补偿;在跳频图案同步后,接收信道终端送来的下一跳频率及同步脉冲,控制跳频解跳单元(40)进行同步解跳,同时通过延迟控制单元(603)模块控制子阵延迟补偿单元(20)进行相位补偿。
3.一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪方法,其特征在于,包括以下步骤:①波束控制单元根据星历信息,并结合组合惯导采集的载体位置、时间、速度及姿态信息,计算天线波束指向的理论角,控制接收子阵单元的波束指向该理论角;同时,波束控制单元根据本地频率及同步脉冲,控制子阵延迟补偿单元和跳频解跳单元逐个频率点值守接收跳频信号;
②接收子阵单元调整波束指向后接收跳频来波信号,进行波束形成并依次经子阵延迟补偿单元、波束合成网络和跳频解跳单元后送入波束跟踪单元;
③波束跟踪单元基于接收的信号或噪声,进行去扰和特征值提取,判断是否接收到跳频信号,若有,则根据信号强度进一步判断波束主瓣是否指向卫星;如果波束主瓣指向卫星,则波束控制单元控制天线波束顺序偏转,并利用波束跟踪提取的波束指向误差维持波束指向,等待信道终端完成跳频图案同步;如果没有接收到跳频信号或波束主瓣未指向卫星,则波束控制单元控制各接收子阵启动扇扫模式,在特定范围内搜索卫星,同时根据本地频率顺序接收特定频率信号;
④跳频图案同步后,波束控制单元接收信道终端送来的下一跳本地频率和同步脉冲,控制子阵延迟补偿单元完成实时相位补偿,同时控制跳频解跳单元完成同步解跳;
⑤波束跟踪单元接收解跳后的业务载波信号,提取出波束指向误差信息,送入波束控制单元,波束控制单元控制接收子阵单元进行波束指向闭环自跟踪。
4.根据权利要求3所述的一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪方法,其特征在于,步骤③中波束控制单元控制各接收子阵启动扇扫模式,包括“回”字形、“十”字形和螺旋散发形。
5.根据权利要求3所述的一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪方法,其特征在于,在跳频图案同步前,接收到跳频信号且波束主瓣指向卫星时,设置 的大偏转角度,在该位置开展大步进波束偏转跟踪;在跳频图案同步后,设置 的小偏转角度,开展小步进高精度波束偏转跟踪,其中,θ0.5为半功率波束宽度角。
6.根据权利要求3所述的一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪方法,其特征在于,还包括:
波束控制单元根据组合惯导提供的姿态变化信息计算相应的波束指向变化,并通过查询预先存储的天线波束偏轴损失表,控制波束跟踪单元逆向补偿波束偏轴增益损失,隔离天线波束自身偏轴增益下降与波束偏离卫星带来的的信号损失。
说明书 :
一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪系统与方法
技术领域
宽带、高速跳频应用。
背景技术
都得到了广泛的应用。
高。
抗截获的目的,通常不会设置信标信号用于目标的捕获跟踪;而且,卫星倾角运动导致的卫
星位置漂移,用户终端相控阵天线波束无法采用理论指向角对准卫星,必须有扫描捕获、闭
环自跟踪系统。因此,要实现快速指向对准卫星,必须在跳频图案同步前,利用高度随机的
宽带高速跳频信号完成卫星的指向跟踪,为建立稳定的通信链路奠定基础。
发明内容
步后的宽带高速跳频信号完成卫星的高精度跟踪,建立稳定的通信链路。
组合惯导70;
成,将第一级波束形成信号输出至子阵延迟补偿单元20;
生相位误差,将补偿后的子阵信号输出至波束合成网络30;
同步脉冲控制下,对第二级波束形成信号进行跳频信号同步解跳,输出稳定的解跳信号;
制单元60的控制下补偿波束偏轴增益损失;
制接收子阵单元10的波束指向,并接收信道终端送来的本地频率及同步脉冲,控制跳频解
跳单元40逐个频率点值守接收跳频信号,控制子阵延迟补偿单元20进行相位补偿;在波束
主瓣指向卫星,启动大步进跟踪后,结合波束跟踪单元50提取的波束指向误差,控制接收子
阵单元10调整波束指向;在跳频图案同步后,接收信道终端送来的下一跳频率及同步脉冲
信息,控制子阵延迟补偿单元20进行相位补偿,控制跳频解跳单元40进行跳频信号同步解
跳;还用于根据组合惯导提供的姿态变化信息计算相应的波束指向变化,并通过查询预先
存储的天线波束偏轴损失表,控制波束跟踪单元逆向补偿波束偏轴增益损失;
下发单元602;在波束主瓣指向卫星,启动大步进跟踪后,接收波束跟踪单元50输出的波束
指向误差,重新计算天线波束指向角,输出至波控码下发单元602;还用于根据组合惯导提
供的姿态变化信息计算相应的波束指向变化,并通过查询预先存储的天线波束偏轴损失
表,控制波束跟踪单元逆向补偿波束偏轴增益损失;
模块控制子阵延迟补偿单元20进行相位补偿;在跳频图案同步后,接收信道终端送来的下
一跳频率及同步脉冲,控制跳频解跳单元40进行同步解跳,同时通过延迟控制单元603模块
控制子阵延迟补偿单元20进行相位补偿。
控制单元根据本地频率及同步脉冲,控制子阵延迟补偿单元和跳频解跳单元逐个频率点值
守接收跳频信号;
卫星,则波束控制单元控制天线波束顺序偏转,并利用波束跟踪提取的波束指向误差维持
波束指向,等待信道终端完成跳频图案同步;如果没有接收到跳频信号或波束主瓣未指向
卫星,则波束控制单元控制各接收子阵启动扇扫模式,在特定范围内搜索卫星,同时根据本
地频率顺序接收特定频率信号;
设置 的小偏转角度,开展小步进高精度波束偏转跟踪,其中,θ0.5为半功率波束
宽度角。
隔离天线波束自身偏轴增益下降与波束偏离卫星带来的的信号损失。
附图说明
具体实施方式
单元60和组合惯导70;
束形成,将第一级波束形成信号输出至子阵延迟补偿单元20;
率与移相频率不同而产生相位误差,将补偿后的子阵信号输出至波束合成网络30;
同步脉冲控制下,对第二级波束形成信号进行跳频信号同步解跳,输出稳定的解跳信号;
制单元60的控制下补偿波束偏轴增益损失;
制接收子阵单元10的波束指向,并接收信道终端送来的本地频率及同步脉冲,控制跳频解
跳单元40逐个频率点值守接收跳频信号,控制子阵延迟补偿单元20进行相位补偿;在波束
主瓣指向卫星,启动大步进跟踪后,结合波束跟踪单元50提取的波束指向误差,控制接收子
阵单元10调整波束指向;在跳频图案同步后,接收信道终端送来的下一跳频率及同步脉冲
信息,控制子阵延迟补偿单元20进行相位补偿,控制跳频解跳单元40进行跳频信号同步解
跳;还用于根据组合惯导提供的姿态变化信息计算相应的波束指向变化,并通过查询预先
存储的天线波束偏轴损失表,控制波束跟踪单元逆向补偿波束偏轴增益损失;
下发单元602;在波束主瓣指向卫星,启动大步进跟踪后,接收波束跟踪单元50输出的波束
指向误差,重新计算天线波束指向角,输出至波控码下发单元602;还用于根据组合惯导提
供的姿态变化信息计算相应的波束指向变化,并通过查询预先存储的天线波束偏轴损失
表,控制波束跟踪单元逆向补偿波束偏轴增益损失;
模块控制子阵延迟补偿单元20进行相位补偿;在跳频图案同步后,接收信道终端送来的下
一跳频率及同步脉冲,控制跳频解跳单元40进行同步解跳,同时通过延迟控制单元603模块
控制子阵延迟补偿单元20进行相位补偿。
号解跳数字化后,在数字域实现子阵延迟、二级波束形成。
波束主瓣实现对星跟踪,包括步骤:
控制单元根据本地频率及同步脉冲,控制子阵延迟补偿单元和跳频解跳单元逐个频率点值
守接收跳频信号;
卫星,则波束控制单元控制天线波束顺序偏转,并利用波束跟踪提取的波束指向误差维持
波束指向,等待信道终端完成跳频图案同步;如果没有接收到跳频信号或波束主瓣未指向
卫星,则波束控制单元控制各接收子阵启动扇扫模式,在特定范围内搜索卫星,同时根据本
地频率顺序接收特定频率信号;其中,波束控制单元控制各接收子阵启动扇扫模式,包括但
不限于“回”字形、“十”字形和螺旋散发形;
设计不同的波束偏转跟踪策略,并充分考虑相控阵天线波束扫描特点,进行频域的延迟补
偿和空域的偏轴增益补偿,包括:
控制接收子阵单元10的波束指向;
单元601和波控码下发单元602使波束维持指向卫星,配合本地频率集搜索,等待跳频图案
同步;
号,提取波束偏离目标的误差信息,经跟踪控制单元601和波控码下发单元602,控制波束实
现高精度跟踪卫星;
提供的姿态变化信息计算相应的波束指向变化,通过查询预先存储的天线波束偏轴损失
表,送到波束跟踪单元50逆向补偿波束偏轴增益损失,隔离相控阵天线波束自身偏轴增益
下降与波束偏离卫星带来的的信号损失。
不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的
保护范围。