本文關鍵詞：TDRSS反向鏈路通道頻偏非一致性研究

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【摘要】：跟蹤與數據中繼衛(wèi)星系統(tǒng)(Tracking and Data Relay Satellite System,TDRSS)是為中低軌飛行器與地面站之間提供數據中繼、跟蹤與軌道測控服務的系統(tǒng)。TDRSS作為一種新型的天基測控系統(tǒng),相對于傳統(tǒng)的“地基”測控系統(tǒng),具有高速率、高覆蓋率的優(yōu)勢,在構建全球化天地一體網絡中起到了重要作用。本文結合國家自然科學基金項目“TDRSS反向鏈路星下DBF性能惡化機制及提升技術研究”,針對反向信道頻譜非一致性問題進行深入的研究,揭示了30路陣元信號的頻偏規(guī)律,分析了非一致性頻偏對星下DBF性能的影響,探索了校正通道非一致頻偏的方法。本文主要研究內容如下:針對星-地鏈路存在的多普勒頻移現象,研究了從衛(wèi)星星歷文件獲得中繼星軌道參數的方法,并實現了衛(wèi)星軌道參數從J2000.0地心慣性坐標系到地心地固坐標系的轉換,再根據中繼星與地面站的相對運動模型計算中繼星與地面站的多普勒頻移,同時結合TDRSS反向鏈路FDM傳輸體制,深入分析了30路陣元信號的頻偏規(guī)律,分析表明中繼衛(wèi)星與地面站之間存在最大±800Hz的多普勒頻移,且各通道的多普勒頻移表現出非一致性。在TDRSS反向鏈路中,中繼衛(wèi)星通過頻分復用的方式將相控陣天線各陣元接收信號傳輸至地面站,并由地面站進行數字波束形成。由中繼衛(wèi)星與地面站相對運動引入的普勒頻移破壞了各陣元信號的幅相一致性,為了分析信道頻譜非一致性對星下DBF性能的影響,通過研究經典的MUSIC算法,推導了非一致性頻偏影響DOA估計的數學模型,并搭建了星下DBF體制的TDRSS反向鏈路仿真系統(tǒng)。仿真結果表明非一致性頻偏將使DOA估計角度發(fā)生周期性變化,MUSIC譜峰降低,波束圖指向漂移、主瓣展寬。為改善通道非一致性頻偏引起的DBF性能惡化,在經典頻偏估計算法的基礎上探索了星下DBF通道頻偏補償技術,根據TDRSS反向鏈路多通道傳輸的特點,采用頻偏估計結合自適應相位補償的方式設計了通道頻偏補償器,通過仿真驗證,該頻偏補償器能有效實現通道非一致性頻偏的校正,從而消除了DOA估計角度的周期性變化,提升譜峰高度,穩(wěn)定了波束圖指向,降低主瓣寬度,進而改善了星下DBF性能。
【關鍵詞】：跟蹤與數據中繼衛(wèi)星系統(tǒng) 非一致性頻偏 數字波束合成 頻偏估計
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V556
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-13
• 1.1 課題研究背景8
• 1.2 國內外現狀綜述8-11
• 1.3 論文內容與結構11-13
• 2 TDRS系統(tǒng)概述13-21
• 2.1 引言13
• 2.2 TDRS系統(tǒng)介紹13-15
• 2.2.1 TDRS系統(tǒng)組成13-14
• 2.2.2 TDRS系統(tǒng)工作原理14-15
• 2.3 TDRS系統(tǒng)傳輸鏈路15-17
• 2.3.1 前向鏈路15-16
• 2.3.2 反向鏈路16-17
• 2.4 TDRS系統(tǒng)SMA通信業(yè)務17
• 2.5 星上處理與星下處理17-20
• 2.6 本章小結20-21
• 3 TDRS系統(tǒng)非一致性頻偏21-28
• 3.1 引言21
• 3.2 多普勒頻移數學模型21-24
• 3.3 通道間非一致性頻偏分析24-27
• 3.4 本章小結27-28
• 4 通道間非一致性頻偏對TDRSS性能的影響28-45
• 4.1 引言28
• 4.2 陣列信號處理理論28-33
• 4.2.1 等距線陣的陣列響應28-29
• 4.2.2 波束形成29-32
• 4.2.3 波達方向估計32-33
• 4.3 非一致性頻偏對DOA估計影響33-38
• 4.3.1 DOA估計數學模型34-35
• 4.3.2 性能仿真分析35-38
• 4.4 非一致性頻偏對DBF性能影響38-44
• 4.4.1 DBF算法39-40
• 4.4.2 性能仿真分析40-44
• 4.5 本章小結44-45
• 5 非一致性頻偏的補償45-60
• 5.1 引言45
• 5.2 信號模型45-46
• 5.3 經典頻偏估計算法46-49
• 5.3.1 Tretter算法46-47
• 5.3.2 Kay算法47-48
• 5.3.3 Fitz算法48
• 5.3.4 L&R算法48-49
• 5.4 殘余頻偏校正方法49-51
• 5.5 非一致性頻偏的補償51-59
• 5.5.1 通道間頻偏補償器結構51-52
• 5.5.2 非一致性頻偏補償系統(tǒng)實現52
• 5.5.3 頻偏估計算法性能分析52-55
• 5.5.4 自適應相位補償算法收斂性分析55-57
• 5.5.5 DOA估計分析57-58
• 5.5.6 DBF性能分析58-59
• 5.6 本章小結59-60
• 6 總結與展望60-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-66
• 附錄66
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文66
• B. 作者在攻讀學位期間參加的科研項目66

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本文編號：758872