上行天线组阵载波相位并行标校方法研究

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1、第31卷第1期飞行器测控学报V01．31No．11111笙；旦』壁坠!望垒!壁!曼卫垒竺皇竺!垒!!!!壁g!竺竺塾望壁!壁g!!!堡：!!!!上行天线组阵载波相位并行标校方法研究+何国龙，李国民(北京跟踪与通信技术研究所·北京·100094)摘要：提出了利用伪随机序列并行确定上行组阵各天线载波相位差的标校方法。该方法具有精度高、并行处理、所需时间短、标校通道一致等显著技术优势。利用现有的扩频测控多功能数字基带系统搭建实验平台，通过演示实验验证了该标校方法的正确性以及工程可实现性。实验结果与理论分析十分吻合。关键词：上行组阵；载波相位；伪随机序列；并行标校；合成损

2、耗中图分类号：V556．6文献标识码：A文章编号：1674—5620(2012)01—0019一04DoI：CNKI：11—4230／TV．20120207．1650．001AParallelCarrierPhaseCalibrationMethodforUplinkAntennaArraysHEGuolong。LIGuomin(BeijingInstituteofTrackingandTelecommunicationsTechnology，Beijing100094)Abstract：AparallelcalibrationmethodusingPNseque

3、ncestomeasurecarrierphasedifferencesisproposed．Themethodhasmanyadvantagessuchashighaccuracy，parallelsignalprocessing，shortrequiredtimeandthesamecalibrationchannel．AtestbenchbasedonthecurrentspreadspectrumTT&Cmulti—functiondigitalbasebandsystemisestablished．Validationandtestshowsexcell

4、entagreementbetweenthecalibrationmethodandtheoreticalanaly—SlS．Keywords：UplinkArray；CarrierPhase；PNSequence；ParallelCalibrationMethod；ArrayingGainLoss0引言在深空探测中，由于航天器的活动距离非常遥远，上亿公里以外深空探测器与地面测控站之间的信号传输将面临巨大的路径损耗，这对地面测控系统提出了非常苛刻的性能要求。现阶段，深空探测中的遥控遥测和通信任务都是由单个大口径天线来完成的。要想继续通过增大天线口径来提升天线系统性

5、能已经十分困难。在传统天线技术发展遇到“瓶颈”的时候，上行天线组阵作为一个全新的概念应运而生，它具有性能优越、灵活可靠、造价低廉等诸多优点口。2]。由多个相位高精度对齐的相同天线组成的上行组阵远场EIRP(各向同性有效辐射功率)值为N2GP，其中N为天线个数，G为单个天线增益，P为天线发射功率。注意到上行组阵的EIRP值与天线数量的二次方成正比，因此在理论上可以实现比目前单个大口径天线高很多的EIRP值。在上行组阵工作过程中，为了使得航天器接收功率最大化，系统要求所有到达信号的载波相位对齐。以2个等幅纯载波信号叠加为例，合成后的信号为E(￡)一Acos(27cft

6、+01)+Acos(2a办+02)式中如果02一臼，，则有E(f)一2Acos(2rcft+01)，两个信号相干叠加，航天器端接收信号幅度变为原先的2倍，对应的功率升为原先的4倍；如果02—0，+丌，则有E(￡)一0，两个信号相消，航天器端接收信号降为0。因此，如何完成载波相位标校，如何实现信号载波对齐是上行天线组阵的技术难题。国外为了验证上行组阵的有关概念，设计了相位扫描技术来对齐载波相位。该方法原理简单，操作方便，JPL(喷气推进实验室)已经在真实操作环境成功完成了多次演示实验口‘4]。但是该方法也存在一个潜在问题：如果组阵天线数量较多，则需要对各天线逐个进行

7、相位扫描，整个标校过程耗费时间*收稿日期：2011一06—16；修回日期：2011—07—05；网络出版时闰：2012—02—0716：50：26网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／11．4230．TV．20120207．1650．001．html第一作者简介：何国龙(1986一)，男，硕士，研究方向为深空探测；E—mail：nonohe@hotmail．corn飞行器测盎学报第31卷将比较长。为了解决此问题，有人提出了利用各天线的耦合信号做相位比较，最终实现相位对齐的想法。这样的做法虽然避免了相位扫描方法用时较长的问题，

8、但是仍然存