星载低频电小宽带三轴矢量阵及信号方向和极化估计方法技术

本发明专利技术公开了一种星载低频电小宽带三轴矢量阵及信号方向和极化估计方法，该三轴矢量阵包括三个低频电小偶极宽带有源天线单元、三通道直接数采单元和信号综合处理单元，三个低频电小偶极宽带有源天线单元位于不同轴向且两两相互正交，并共天线相位中心设置，三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别用于接收不同轴向的空间探测信号并进行处理；三通道直接数采单元用于对处理后的三通道空间探测信号进行模数转换处理；信号综合处理单元用于对模数转换后的三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。本发明专利技术不仅具有天线尺寸小、结构紧凑、工作频率低和频带宽的特点，还可获得空间电磁频谱，并可估计信号来向和极化信息。来向和极化信息。来向和极化信息。

【技术实现步骤摘要】
星载低频电小宽带三轴矢量阵及信号方向和极化估计方法


[0001]本专利技术涉及超宽带电小天线
，尤其涉及一种星载低频电小宽带三轴矢量阵及信号方向和极化估计方法。

技术介绍

[0002]获取深空电磁频谱信息和对遥远星体内部结构进行探测是现代星际探测的热点。然而，由于受到探测器载荷大小的限制，天线尺寸和重量不可能做的很大，特别是，为了实现星体内部结构和空间电磁环境探测，一般使用的频率很低，频率甚至达到长波段，频带覆盖至短波段。由此，为了满足航天探测器系统设计需要，天线电尺寸必须很小。目前此类用途的天线，一般采用电小单极子天线，该天线不仅辐射电阻小，增益小，效率低，天线呈容性，阻抗匹配非常困难，而且辐射方向图不对称，也不能获得探测信号的方位和极化信息。为此，必须根据实际技术要求和应用场景，提出新的探测系统和方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的在于提供一种星载低频电小宽带三轴矢量阵，该三轴矢量阵基于电小天线阻抗特性、天线宽带匹配优化设计方法、宽带低噪放大设计原理以及天线阵和阵列空间信号处理技术设计得到，其可在提升天线增益、效率和灵敏度的同时，改善天线辐射方向图对称性，使在获得空间信号频谱的同时，实现对空间探测信号的来向和极化信息估计。
[0004]本专利技术的第二个目的在于提供一种信号方向和极化估计方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种星载低频电小宽带三轴矢量阵，包括：三个低频电小偶极宽带有源天线单元，所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元位于不同轴向且两两相互正交，并共天线相位中心设置，所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别用于接收不同轴向的空间探测信号并进行处理；三通道直接数采单元，分别与所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元连接，用于对处理后的三通道空间探测信号进行模数转换处理；信号综合处理单元，与所述三通道直接数采单元连接，用于采用频谱分析法和超分辨率空间谱估计法对模数转换后的三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。
[0006]优选的，每一所述低频电小偶极宽带有源天线单元包括：电小偶极天线体，用于接收相应轴向的空间探测信号；宽带功率放大模块，与所述电小偶极天线体连接，用于电小偶极天线体输入阻抗变换和对相应轴向的空间探测信号进行低噪放大处理。
[0007]优选的，所述电小偶极天线体包括两个电小单极天线，两个所述电小单极天线共轴安装在航天器表面作为天线接地面，并形成偶极子天线；
所述宽带功率放大模块包括两个宽带功率放大器，分别与两个所述电小单极天线连接，两个所述宽带功率放大器分别用于两电小单极天线输入阻抗匹配，并对两电小单极天线接收的空间探测信号进行低噪放大处理。
[0008]优选的，每一所述低频电小偶极宽带有源天线单元还包括：宽带等幅反相功分器，与相应通道的所述宽带功率放大模块连接，用于实现阻抗变换、平衡信号和不平衡信号转换，并对两个所述宽带功率放大器输出的信号进行等幅反相处理，使得两电小单极天线构成等幅同相二元阵，保证天线辐射方向图对称性。
[0009]优选的，所述信号综合处理单元具体采用少快拍频域多重信号分类算法对三通道数字信号进行处理得到空间探测信号方向和极化信息。
[0010]为达到上述目的，本专利技术第二方面提供了一种信号方向和极化估计方法，应用于上述所述的星载低频电小宽带三轴矢量阵，该方法包括：步骤S1：采用三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别接收不同轴向的空间探测信号并进行处理，以及将处理后的信号传输至三通道直接数采单元转换为三通道数字信号；步骤S2：采用频谱分析法和超分辨率空间谱估计法对所述三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。
[0011]本专利技术至少具有以下技术效果：1、本专利技术采用位于不同轴向且两两相互正交并共天线相位中心设置的三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别接收不同轴向的空间探测信号，然后通过频谱分析法和超分辨率空间谱估计法具体为少快拍频域多重信号分类算法对三通道空间探测信号进行处理，可实现空间探测信号频谱、方向和极化多信息感知。
[0012]2、本专利技术采用两个电小单极天线共轴安装形成具有偶极子天线功能的电小偶极天线体，并采用宽带等幅反相功分器对与电小偶极天线体级联的两个宽带功率放大器放大后信号进行等幅反相处理，使得两电小单极天线构成等幅同相二元阵，从而可保证天线辐射方向图对称性。
[0013]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例的星载低频电小宽带三轴矢量阵的结构框图。
[0015]图2为本专利技术实施例的星载低频电小宽带三轴矢量阵的具体结示意图。
[0016]图3为本专利技术实施例的低频电小偶极宽带有源天线单元的结构示意图。
[0017]图4为本专利技术实施例的宽带功率放大器的电路拓扑结构设计流程图。
[0018]图5为本专利技术实施例的信号方向和极化估计方法的流程图。
具体实施方式
[0019]下面详细描述本实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0020]下面参考附图描述本实施例的星载低频电小宽带三轴矢量阵及信号方向和极化估计方法。
[0021]图1为本专利技术实施例的星载低频电小宽带三轴矢量阵的结构框图。如图1所示，该星载低频电小宽带三轴矢量阵包括依次连接的三个低频电小偶极宽带有源天线单元、一个三通道直接数采单元和一个信号综合处理单元。
[0022]其中，三个低频电小偶极宽带有源天线单元位于不同轴向且两两相互正交，并共天线相位中心设置，三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别用于接收不同轴向的空间探测信号并进行处理。
[0023]本实施例中，三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别位于X轴、Y轴和Z轴即三维坐标轴上，且两两相互正交，并共天线相位中心设置。
[0024]其中，三通道直接数采单元基于软件无线电原理同步将处理后的三通道空间探测信号进行模数转换处理，以转换成三通道数字信号，然后通过信号综合处理单元采用频谱分析法和超分辨率空间谱估计法对模数转换后的三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。
[0025]图2为本专利技术实施例的星载低频电小宽带三轴矢量阵的具体结构示意图。如图2所示，每一低频电小偶极宽带有源天线单元包括馈电点靠近的级联的位于相应轴向的电小偶极天线体如Z轴电小偶极天线体、宽带功率放大模块和宽带等幅反相功分器，其中，电小偶极天线体用于接收相应轴向的空间探测信号；宽带功率放大模块用于电小偶极天线体输入阻抗变换和对相应轴向的空间探测信号进行低噪放大处理。
[0026]如图3所示，每一电小偶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载低频电小宽带三轴矢量阵，其特征在于，包括：三个低频电小偶极宽带有源天线单元，所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元位于不同轴向且两两相互正交，并共天线相位中心设置，所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别用于接收不同轴向的空间探测信号并进行处理；三通道直接数采单元，分别与所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元连接，用于对处理后的三通道空间探测信号进行模数转换处理；信号综合处理单元，与所述三通道直接数采单元连接，用于采用频谱分析法和超分辨率空间谱估计法对模数转换后的三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。2.如权利要求1所述的星载低频电小宽带三轴矢量阵，其特征在于，每一所述低频电小偶极宽带有源天线单元包括：电小偶极天线体，用于接收相应轴向的空间探测信号；宽带功率放大模块，与所述电小偶极天线体连接，用于电小偶极天线体输入阻抗变换和对相应轴向的空间探测信号进行低噪放大处理。3.如权利要求2所述的星载低频电小宽带三轴矢量阵，其特征在于，所述电小偶极天线体包括两个电小单极天线，两个所述电小单极天线共轴安装在航天器表面作为天线接地面，并形成偶极子天线；所述宽带功率放大模块包括两个宽带功率放大器，分别与两个所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：高火涛，高可至，程光磊，吕胜杰，杨剑峰，向艳杰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：