[发明专利]一种卫星多波束天线指向标校信号簇设计方法

权利要求书

1.一种卫星多波束天线指向标校信号簇设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据卫星多波束天线标校波束立体方向图、Hadamard矩阵以及卫星信道特点，给出地面站接收到的标校信号的表达式；具体方式为：

(1-1)卫星采用连续并行的方式发射标校信号簇，并由地面站进行接收；根据卫星多波束天线标校波束的立体方向图，得到东、西、南、北四个波束的传输增益分别为K_e(θ)、K_w(θ)、K_s(θ)、K_n(θ)，其中，θ为方向图中测量范围内某个点与四个波束等功率交叠点的夹角；

(1-2)生成一个Hadamard矩阵：

式中，m＝2^N，N≥5，为Kronecker算子，H_m的每一个行向量为一组Walsh码，码长为m；

(1-3)将地面站接收到的标校信号表示为：

r(t)＝K_e(θ)w₁(t)*h(t-τ₁)+K_w(θ)w₂(t)*h(t-τ₂)+K_s(θ)w₃(t)*h(t-τ₃)+K_n(θ)w₄(t)*h(t-τ₄)+n(t)

式中，w₁(t)、w₂(t)、w₃(t)、w₄(t)分别为东、西、南、北四个波束使用的Walsh码，码型从Hadamard矩阵中进行选择，但不包括Hadamard矩阵的第一行；h(t)为卫星信道的传递函数；τ₁、τ₂、τ₃、τ₄为东、西、南、北四个波束的传输延时；n(t)为高斯白噪声；

(2)基于卫星多波束天线指向校准的归一化能量差值测向原理，结合卫星多波束天线指向高精度测量与工程实现需求，设计目标函数；具体方式为：

(2-1)对地面站接收到的标校信号进行离散采样，得到其中，为在测量角度范围内随机选取的20组不同的值，τ₁、τ₂、τ₃、τ₄中任意两个的差值为0到100ns间的随机数；将离散的Walsh码表示为w_ik，构建用于实现接收设备信号捕获的目标函数：

其中，为与w_ik的互相关运算，k＝1、2、3.......m；标校信号簇设计的目标是使F1最小化；

(2-2)构建用于实现接收设备信号同步的目标函数：

F2越小，越易于接收机设备的信号同步；

(2-3)针对卫星多波束天线指向的高精度测量中，标校信号簇码型间的高功率隔离度要求，构建目标函数：

其中，Cov(w_ik，w_jk)为协方差矩阵，k＝1、2、3.......m；F3越小，标校信号簇的码型间的功率隔离度越大；

(2-4)为了避免传输信道中滤波器对信号功率的影响，标校信号的功率要求集中在滤波器的通带内，对此，构建目标函数：

其中，[P_i，N_i]＝max_{i＝1、2、3、4}|FFT(w_ik)|，k＝1、2、3.......m；P_i为最大点的功率值，N_i为最大点的位置，L_i为东、西、南、北四个波束使用的码型在Hadamard矩阵中的行数；F4与F5越小，传输信道中滤波器对信号功率的影响越小；

(2-5)为了实现卫星多波束天线指向标校信号簇设计的综合最优，构建目标函数：

F＝aF1+bF2+cF3+dF4+eF5

其中，a、b、c、d、e为权值；

(3)根据步骤(2)设计的目标函数，通过粒子群算法进行标校信号簇的设计。