一种相控阵馈源系统的宽角域实时稳定指向和跟踪系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于相控阵馈源系统的宽角域实时稳定指向和跟踪散射天线系统，包括多通道数字相控阵馈源和三轴自稳平台，所述三轴自稳平台用于对天线业务波束实时指向目标方向进行确定，所述多通道数字相控阵馈源用于对天线进行实时跟踪和指向判定；多通道数字相控阵馈源的阵列规模为n，方位面布M列单元，俯仰面布N排单元，阵列间距取高频的半个波长，在n路单元中，n

【技术实现步骤摘要】
一种相控阵馈源系统的宽角域实时稳定指向和跟踪系统


[0001]本专利技术属于散射通信
，具体涉及一种相控阵馈源系统的宽角域实时稳定指向和跟踪系统。

技术介绍

[0002]目前散射通信系统在工作状态时，均需要系统处在静止状态下，如果系统在运动载体上则通信天线无法实时指向和跟踪散射体，造成系统无法完成散射通信建链，则影响通信可靠性，目前有记载的运动载体上散射通信系统有两种设计方法，一种是宽波束天线引导方法，就是多做一面小天线，这面小天线具有宽度波束，先用这个小天线做扫描指向散射通信角度，然后再让大天线指向角度更改为小天线的指向角度。另一种就是使用相控阵天线，可以快速扫描和跟踪。
[0003]宽波束天线引导方法存在以下问题：
[0004]1.增加基站建设系统复杂度和成本的骤增。为实现宽波束引导，则必然需要宽波束天线具有自己独立系统，这导致每个基站需要配置两幅天线，通信系统也需要配置两套，两套系统势必增加基站整体系统建设复杂度，同时引起建设成本的骤增；
[0005]2.宽窄波束引起指向角度误差。宽波束意味着天线可以获得更宽角域内的散射通信路径，而且系统无法准确判断最佳散射路径，当窄波束天线切换至宽波束天线对准的散射通信角域时指向的角度不一定是最佳散射通信角度；
[0006]3.两套天线系统间系统误差会引起天线指向误差。两套天线需要配置各自的伺服机构，不同的伺服机构由于具体实现结构不同，电气设备不同，存在系统间误差，即便是在校准的状态下，也很难将两套伺服系统的系统误差消除；
[0007]4.不能实现实时跟踪最佳散射角度；
[0008]而基于相控阵天线的自适应波束形成方法存在以下问题：
[0009]1.增益损失明显，相控阵天线的波束指向在偏离阵面法线的方向会引起增益损失，这种增益损失随着偏离角度增加呈现余弦趋势递增；
[0010]2.建设成本居高不下，相控阵天线的成本主要包括三个方面，一是通道成本，如果天线等效口径达到1.5米，则至少需要2000个收发通道，硬件成本巨大，二是波控成本，为保证实时指向和跟踪，需要实时快速解算所有通道接收的信号，解算2000个通道的接收的散射信号，需要系统具备强大计算能力，成本斐然，三是散射成本，为保证系统长期稳定工作，需要对设备做良好的散热系统设计，这种大规模阵列的散热实现成本也待商榷；
[0011]3.系统波束指向存在随机指向误差，相控阵需要对每个通道的相位和幅度进行调控，特别是相位的调控直接影响波束特性，相控阵器件相位调整存在随机偏差，不能精确反应信道实际的相位信息，这种相位误差势必会引起波束指向的随机指向误差，同时也造成不必要的增益损失；
[0012]4.功耗巨大，实现等效口径1.5米的相控阵，至少需要2000个收发通道，同时需要配备具有强大计算能力的运算单元，这种天线系统累计功耗往往在千瓦级别，至少是目前
天线系统功耗的5倍以上。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于提供一种相控阵馈源系统的宽角域实时稳定指向和跟踪系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0014]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种相控阵馈源系统的宽角域实时稳定指向和跟踪系统，包括多通道数字相控阵馈源和三轴自稳平台，所述三轴自稳平台用于对天线业务波束实时指向目标方向进行确定，所述多通道数字相控阵馈源用于对天线进行实时跟踪和指向判定；
[0015]多通道数字相控阵馈源的阵列规模为n，方位面布M列单元，俯仰面布N排单元，阵列间距取高频的半个波长，在n路单元中，n
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1路为纯接收通道，中心单元为收发共用单元；多通道数字相控阵馈源包括馈源组、多通道数字接收组件、数据处理单元、幅相校准网络和主机。
[0016]作为本专利技术中一种优选的技术方案，所述馈源组主要有n个馈源组成，其中放置在焦点的馈源主要进行业务通信，其余n
‑
1个馈源连接接收通道，n个通道的接收信号作为最佳传播路径解算的基本输。
[0017]作为本专利技术中一种优选的技术方案，所述多通道数字接收组件用于完成接收频段信号的放大和下变频，传递给多通道焦面场解析网络。
[0018]作为本专利技术中一种优选的技术方案，所述主机用于负责对系统状态进行控制，完成实时系统监控和控制策略。
[0019]作为本专利技术中一种优选的技术方案，还包括多通道焦面场解析网络和射频收发单元，其中多通道焦面场解析网络用于是将n路接收信号采集到的焦面场信息进行初步采样分析，并将数据转换为数字量传递给主机；射频收发单元用于业务通信收发射频信号的处理，射频收发单元会接收到来自主机的中频发射信号进行上变频后放大传递给馈源，也会将馈源接受到的射频信号进行放大和下变频，然后处理为数字信号后传递给数据处理单元。
[0020]作为本专利技术中一种优选的技术方案，所述数据处理单元主要进行数字量信息处理，主要包括n个接收通道数字量信息进行焦平面分析，得到当前最佳信号传输路径。同时将管理业务通信的收发信号数字量处理。
[0021]作为本专利技术中一种优选的技术方案，基于多通道数字相控阵馈源的散射通信天线使用步骤如下：
[0022]步骤一：系统上电初始化，天线控制系统获得当前天线波束指向的方向和系统计算通信散射体相对于天线的角度；
[0023]步骤二：三轴系统驱动天线转动，使天线焦点处馈源的波束指向散射体方向，开始粗对准；
[0024]步骤三：反射面焦点处馈源向散射体发射电磁波信号，此电磁波信号会通过散射体传输给其他基站，开始系统建链；
[0025]步骤四：N路通道接收其他基站发射的通过散射体散射过来的电磁波信号，N路通道接收到后对来波信号的频率和系统时间进行解析；
[0026]步骤五：重复步骤三和步骤四，直到N路通道中的任何一路和对方基站校频和校时成功；
[0027]步骤六：系统选择建链成功的通道中，最靠近反射面焦点的馈源，并计算该馈源辐射波束和反射面焦轴的俯仰夹角θE和方位夹角θA，转台驱动天线转动在俯仰角转动
‑
θE和在方位角转动
‑
θA，使馈源焦点处馈源波束对准最佳散射角度，精对准完成；
[0028]步骤七：除焦点处馈源收发信号，其他馈源转入接收状态；
[0029]步骤八：系统根据n个通道接收到的散射信号，实时进行反射面焦平面场分布特性计算，评估出最佳散射角度(EL,EA)；
[0030]步骤九：系统根据步骤八计算的最佳散射角度实时将天线波束指向转动(
‑
EL,
‑
EA)，始终使得反射面焦点处馈源的波束指向最佳散射角度；
[0031]步骤十；重复步骤八和步骤九，系统将实时保持最佳散射角度通信，隔离了载体运动过程中引入的散射角度变化问题。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0033]多通道数字相控阵馈源系统则保证了天线实时跟踪和指向判定，同时由于多通道数字相控阵馈源可以在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相控阵馈源系统的宽角域实时稳定指向和跟踪系统，其特征在于：包括多通道数字相控阵馈源和三轴自稳平台，所述三轴自稳平台用于对天线业务波束实时指向目标方向进行确定，所述多通道数字相控阵馈源用于对天线进行实时跟踪和指向判定；多通道数字相控阵馈源的阵列规模为n，方位面布M列单元，俯仰面布N排单元，阵列间距取高频的半个波长，在n路单元中，n
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1路为纯接收通道，中心单元为收发共用单元；多通道数字相控阵馈源包括馈源组、多通道数字接收发射组件、数据处理单元、幅相校准网络和主机。2.根据权利要求1所述的一种相控阵馈源系统的宽角域实时稳定指向和跟踪系统，其特征在于：所述馈源组主要有n个馈源组成，其中放置在焦点的馈源主要进行业务通信，其余n
‑
1个馈源连接接收通道，n个通道的接收信号作为最佳传播路径解算的基本输入通道。3.根据权利要求1所述的一种相控阵馈源系统的宽角域实时稳定指向和跟踪系统，其特征在于：所述多通道数字接收组件用于完成接收频段信号的放大和下变频，传递给多通道焦面场解析网络。4.根据权利要求1所述的一种相控阵馈源系统的宽角域实时稳定指向和跟踪系统，其特征在于：所述主机用于负责对系统状态进行控制，完成实时系统监控和控制策略。5.根据权利要求1所述的一种相控阵馈源系统的宽角域实时稳定指向和跟踪系统，其特征在于：还包括多通道焦面场解析网络和射频收发单元，其中多通道焦面场解析网络用于将n路接收信号采集到的焦面场信息进行初步采样分析，并将数据转换为数字量传递给主机；射频收发单元用于业务通信收发射频信号的处理，射频收发单元会接收到来自主机的中频发射信号进行上变频后放大传递给馈源，也会将馈源接受到的射频信号进行放大和下变频，然后处理为数字信号后传递给数据处理单元。6.根据权利要求1所述的一种相控阵馈源系统的宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈菲，王孝卫，梁凯伦，刘鑫，姚德安，吴宏伟，谭超，陈策，贾驰，
申请(专利权)人：陕西兴际通通信有限公司，
类型：发明
国别省市：