一种基于时间反演的卫星通信相控阵自跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时间反演的卫星通信相控阵自跟踪方法，利用星载相控阵进行目标跟踪的时间反演算法；星载相控阵的接收天线接收来自需要跟踪的目标发出的电磁信息；对收到的信息进入后端芯片进行处理；星载相控阵的发射阵列持续发射时间反演信号，确定目标位置；接收阵列再次接收目标信息，同样进行时间反演操作，并和第一次信号进行实时对比，将处理后的信号数据传递至发射天线；发射天线将第二次接收的信号持续发射以跟踪目标信息；相控阵通过电子调相重复上述操作，以实时跟踪目标信息，直到切换跟踪目标。本发明专利技术通过轻质量的星载相控阵完成目标的自跟踪功能，具备更轻的质量，更快的扫描速度，和更高的追踪精度。和更高的追踪精度。和更高的追踪精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间反演的卫星通信相控阵自跟踪方法


[0001]本专利技术属于卫星通信与微波通信领域，尤其涉及一种基于时间反演的卫星通信相控阵自跟踪方法。

技术介绍

[0002]随着相控阵雷达的发展，相控阵技术在军用与民用领域都扮演着越来越重要的角色。在军用领域，各种引导、搜索、制导甚至火控等战术雷达都已经采用相控阵技术，气象雷达和着陆雷达等各种影响人民生活的民用雷达也开始采用相控阵技术。
[0003]相控阵雷达相比于普通雷达具有波束窄、数据率高、可靠性高、分辨力高、抗侦查和抗干扰等优点。普通雷达波束扫描依靠天线阵列机械转动而实现，这种机械扫描存在灵活性不足、机动性弱、反应迟缓、重量大等缺点，而相控阵雷达波束扫描依靠电扫描完成，电扫描具有波束变化快且灵活，易于多目标搜索和跟踪等优点。相控阵雷达的广泛应用场景使得相控阵成为今后很长一段时间的研究热点。卫星跟踪的任务是采用某种跟踪技术，用来保证车、飞机、导弹等运动平台上的收发阵列天线始终对准通信目标，从而使通信系统保持正确、稳定的信息传输。跟踪系统一般由收发阵列天线、馈源、伺服控制单元等组成。根据目标被跟踪的方式不同，跟踪系统可以分为程序跟踪、自动跟踪和手动跟踪。传统的跟踪系统由于当时天线波束扫描采用的机械扫描，故其伺服控制单元体积庞大，灵活性不足，导致跟踪系统的应用场景大为受限。因为相控阵天线具有能按照运动平台的形状安置和单个周期内可以产生多个收发波束，保证目标搜索的效率和跟踪系统稳定的特点，所以现有跟踪系统多采用相控阵天线。单脉冲跟踪系统是一种比较常见的自跟踪系统。单脉冲是发射一串脉冲，但角误差信息只需要通过接收同一个回波提取。因此单脉冲跟踪系统与传统跟踪系统相比由于它获得误差信息的时间短，所以它有更高的测角精度和抗干扰能力。
[0004]近年来，角度测量方法开始采用空间谱估计的一些思想，但是这一类方法大多都需要通过计算自相关矩阵来估计信号的方向，其运算量大，难以实现。现有的跟踪滤波算法虽然多种多样，但是这些算法都是在卡尔曼滤波算法的基础上发展和衍生出来的。因此系统设计者需要结合工程应用改进现有的算法，并且硬件实现将是一个发展前景。
[0005]随着微电子技术和数字信号处理技术的发展，相控阵天线的重量、体积、成本将日 益降低，由于其对卫星姿态控制精度要求较低，不需要伺服机构即可实现波束扫描等优势， 有望广泛应用于低轨通信卫星。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于时间反演的卫星通信相控阵自跟踪方法，解决现有的卫星跟踪系统重量重、成本过高、结构装置复杂以及应用不灵活的问题，以及通过时间反演算法，解决传统跟踪算法复杂、消耗算力高、且准确度不高的问题，实现了可编程的超表面的多波束赋形功能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于时间反演的卫星通信相
控阵自跟踪方法，包括：（1）利用一个有4026个发射单元和1026个接收单元的星载相控阵进行基于时间反演算法的动态目标自跟踪的实现；（2）星载相控阵的接收天线将捕获来自需要跟踪的目标发出的电磁信息，其中包含幅度强度和相位差异信息；（3）星载相控阵对收到的信息进入后端芯片进行处理，处理的具体方法为对信标信息的关键量进行记录和分析，并对记录的信息进行时间反演操作；（4）星载相控阵的发射阵列持续发射时间反演信号，不同于传统时间反演定位技术，这个过程将持续进行，以此确定目标位置；（5）星载相控阵接收天线将会再一次捕获来自目标的信息，为确认目标位置，将再一次进行时间反演操作，并和第一次信号进行实时对比，将处理后的信号数据传递至发射天线；（6）星载相控阵发射天线将第二次接收的信号进一步的持续发射以跟踪目标信息；（7）星载相控阵通过相控阵拥有的电子调相功能重复上述（1）~（6）操作，以实时跟踪目标信息，直到切换跟踪目标。
[0008]较佳地，星载相控阵天线的发射阵元数量为4026个，接收阵元数量为1026个，用于计算和控制相位的芯片和后端系统，具备信息储存和处理功能。
[0009]较佳地，接收阵列接收的目标信息会被储存至后端进行处理，为发射信息提供依据；对接收信息进行处理的算法是在目标信息在频域上实施的电磁时间反演算法。
[0010]较佳地，所采用的时间反演算法，具体表现为在对相位上的共轭操作，得到所需目标的相位后，经由4026个发射阵元进行持续的发射操作。
[0011]较佳地，所提出的时间反演自跟踪算法会持续跟踪目标，在前一个目标确定不再跟踪后，才会切换跟踪目标。
[0012]由于采用了上述技术方案，本专利技术的具备了以下有益效果：1.本专利技术通过轻质量的星载相控阵完成目标的自跟踪功能，具备更轻的质量，更快的扫描速度，和更高的追踪精度；2.本专利技术通过多阵元的星载相控阵减少了天线系统数量，电扫描的特性也使得追踪技术不依赖于卫星的姿态控制精度；3.本专利技术通过时间反演算法减少了传统自跟踪算法的复杂度，节省了大量算力；4.本专利技术所提出的基于时间反演的卫星通信相控阵自跟踪技术具有连续追踪，保证追踪的持续性，准确度高，保证目标不丢失。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0014]图1为本专利技术的算法流程框架图；
图2为本专利技术的实施例的应用场景图；图3为本专利技术的时间反演算法与理想波束之间在固定高度的误差；图4为本专利技术的时间反演算法与理想波束之间随着高度变化的误差量的统计。
实施方式
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0016]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时间反演的卫星通信相控阵自跟踪方法，其特征在于，该方法包括：（1）利用一个有4026个发射单元和1026个接收单元的星载相控阵进行基于时间反演算法的动态目标自跟踪的实现；（2）星载相控阵的接收天线将捕获来自需要跟踪的目标发出的电磁信息，其中包含幅度强度和相位差异信息；（3）星载相控阵对收到的信息进入后端芯片进行处理，处理的具体方法为对信标信息的关键量进行记录和分析，并对记录的信息进行时间反演操作；（4）星载相控阵的发射阵列持续发射时间反演信号，不同于传统时间反演定位技术，这个过程将持续进行，以此确定目标位置；（5）星载相控阵接收天线将会再一次捕获来自目标的信息，为确认目标位置，将再一次进行时间反演操作，并和第一次信号进行实时对比，将处理后的信号数据传递至发射天线；（6）星载相控阵发射天线将第二次接收的信号进一步的持续发射以跟踪目标信息；（7）星载相控阵通过相控阵拥有的电子调相功能重复上述（1）~（6）操作，以实...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑欣，赵应贤，赵长永，
申请(专利权)人：云南航天工业有限公司，
类型：发明
国别省市：