全通帶多天線信號(hào)合成關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，人們?cè)谏羁仗剿黝I(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(cè)距離越來(lái)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(hào)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?hào)進(jìn)行可靠接收的重要分支。與傳統(tǒng)單個(gè)大天線接收方式相比，多天線信號(hào)合成技術(shù)可以對(duì)弱信號(hào)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(hào)合成技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)，得到了眾多航天大國(guó)的高度重視。
　　本論文圍繞多天線信號(hào)合成技術(shù)應(yīng)用于多目標(biāo)信

2、號(hào)的背景，針對(duì)高斯信道下多天線信號(hào)時(shí)延與相位對(duì)準(zhǔn)及信號(hào)合成問(wèn)題展開(kāi)了研究。論文主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1．針對(duì)多信號(hào)條件下的一體化合成問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于頻域處理的全通帶多天線信號(hào)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(shí)延相位對(duì)準(zhǔn)的合成算法。區(qū)別于傳統(tǒng)的面向單信號(hào)的多天線信號(hào)合成處理模式，在多信號(hào)條件下，利用信號(hào)頻域可分的特點(diǎn)，提出了全通帶多天線信號(hào)合成的思路，設(shè)計(jì)了一種基于信號(hào)頻域處理的全通帶多天線信號(hào)合成通用處理

3、框架?；诖丝蚣埽诟髂繕?biāo)信號(hào)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(hào)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(shí)延相位對(duì)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(hào)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(duì)SUMPLE算法存在的隨機(jī)性相位中心與相位漂移問(wèn)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(wú)相位漂移的目的。首先分析了SUMPLE算法的優(yōu)勢(shì)與產(chǎn)生相位漂移原因，基于全通帶多天線信號(hào)處理框架，討論了相位漂移對(duì)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(shí)以“準(zhǔn)合成信號(hào)”為參考，而相位中心又以選定的某路天線信號(hào)為參考，從而能克服SUMPLE的相位漂移問(wèn)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(duì)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(huì)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(duì)SIM-JTPAC算法在低信噪比條件下合成性能大幅下降的問(wèn)題，引入了雙參考算法，提出了基于雙參考的聯(lián)合時(shí)延相位對(duì)準(zhǔn)的合成算法。在全通帶多天線信號(hào)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(hào)頻譜信息的情況下實(shí)現(xiàn)盲合成處理。由于目標(biāo)信號(hào)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(duì)齊程度存在差異，這在一定程度上造成了合成性能的損失。考慮到各天線間在目標(biāo)信號(hào)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(shí)延相位對(duì)準(zhǔn)的合成算法（MSUM-JTPAC）。仿真結(jié)果表明，由于利用了信號(hào)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(jì)并實(shí)現(xiàn)了全通帶多天線信號(hào)合成并行處理系統(tǒng)。針對(duì)全通帶多天線信號(hào)合成處理中數(shù)據(jù)量大、處理時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，基于并行可行性分析，設(shè)計(jì)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(duì)每一個(gè)模塊完成了并行化設(shè)計(jì)。搭建了8天線全通帶多