全通帶多天線信號合成關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，人們在深空探索領(lǐng)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(yuǎn)，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(shù)應(yīng)運(yùn)而生，已發(fā)展成為當(dāng)前深空通信領(lǐng)域?qū)Φ托旁氡刃盘栠M(jìn)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(shù)可以對弱信號進(jìn)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(shù)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(shù)應(yīng)用于多目標(biāo)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(zhǔn)及信號合成問題展開了研究。論文主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1．針對多信號條件下的一體化合成問題，設(shè)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(zhǔn)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(diǎn)，提出了全通帶多天線信號合成的思路，設(shè)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?；诖丝蚣埽诟髂繕?biāo)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(biāo)信號頻帶內(nèi)相位差隨頻率線性變化的特點(diǎn)，提出了一種基于固定參考的聯(lián)合時延相位對準(zhǔn)的合成算法（SIM-JTPAC）。仿真結(jié)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(jī)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(dá)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(chǎn)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(chǎn)生的嚴(yán)重影響，因此提出了一種雙參考算法（MSUMPLE）。MSUMPLE算法在相關(guān)運(yùn)算時以“準(zhǔn)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(jié)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(zhǔn)的合成算法。在全通帶多天線信號合成的處理框架下，結(jié)合MSUMPLE算法，提出了基于頻域的逐頻點(diǎn)MSUMPLE合成算法。仿真結(jié)果表明，逐頻點(diǎn)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(diǎn)MSUMPLE算法可以在未知信號頻譜信息的情況下實(shí)現(xiàn)盲合成處理。由于目標(biāo)信號頻帶內(nèi)各頻率分量的能量有差異，使得利用逐頻點(diǎn)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(biāo)信號頻帶內(nèi)的相位差是隨頻率變化的線性函數(shù)，將由逐頻點(diǎn)MSUMPLE算法得到的權(quán)值向量的相位采用最小二乘算法擬合以權(quán)值進(jìn)行修正，修正后的權(quán)值更符合頻帶內(nèi)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(zhǔn)的合成算法（MSUM-JTPAC）。仿真結(jié)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(diǎn)MSUMPLE算法擁有更好的合成性能。
　　4．結(jié)合理論研究成果，設(shè)計并實(shí)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(shù)據(jù)量大、處理時間長的問題，基于并行可行性分析，設(shè)計了并行處理系統(tǒng)的總體方案；然后進(jìn)行模塊化分解，針對每一個模塊完成了并行化設(shè)計。搭建了8天線全通帶多