[发明专利]一种卫星多波束天线指向标校信号簇设计方法

说明书

本发明涉及一种卫星多波束天线指向标校信号簇设计方法，属于卫星通信技术领域。该方法基于卫星多波束天线指向标校的归一化能量差值测向原理，通过使用卫星多波束天线立体方向图与Hadamard矩阵建立分析数据源；结合卫星多波束天线指向高精度测量与工程可实现需求设计了目标函数；通过粒子群算法选择适用于卫星多波束天线指向高精度测量的标校信号簇。本发明设计的信号簇具有高功率隔离度、低测量误差等特点，并易于工程实现。

技术领域

本发明涉及一种基于粒子群算法的卫星多波束天线指向标校信号簇设计方法，适用于卫星多波束天线指向的标校，属于卫星通信技术领域。

背景技术

多波束天线技术已在国内外绝大多数卫星通信系统中得到应用，以提高系统容量。但由于受到太阳和月亮的牵引、地球引力场不均匀、太阳辐射压力等因素的影响，也会造成波束指向的偏离误差较大。为了保证系统的使用性能，需要在卫星采用三轴姿态动态偏置方法基础上，使用星地一体化波束标校进一步提高波束的指向精度，满足系统使用要求。

卫星多波束天线指向的标校可采用下行标校体制。下行波束标校通常由信关站或卫星发射标校信号簇(包括东、西、南、北四个波束)，地面设置波束标校接收站，接收站对不同波束的标校信号能量进行处理，得到卫星天线指向偏差的测量值，并通过控制卫星的姿态或卫星多波束天线的波束成形参数进行指向调整。

发明内容

本发明针对针对卫星多波束天线指向偏差的测量与校准问题，提出了一种卫星多波束天线指向标校信号簇设计方法。该方法通过粒子群算法，选择适用于卫星多波束天线指向高精度测量的标校信号簇。本发明设计的标校信号簇具有高功率隔离度、低测量误差等特点，并易于工程实现。

本发明所采取的技术方案为：

一种卫星多波束天线指向标校信号簇设计方法，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；

(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；

(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。

进一步的，步骤(1)的具体方式为：

(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)