空间通信远距离非均匀天线组阵技术研究

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1、第22卷第5期航天器工程V01．22No．52013年10月SPACECRAFTENGINEERING93空间通信远距离非均匀天线组阵技术研究高超垒宋振宇战勇杰(北京卫星信息工程研究所，北京100086)摘要介绍了用于深空通信的天线组阵技术中常用的SIMPLE和SUMPLE信号合成算法。根据远距离天线组阵的特点，采用符号流合成(SSC)方法对信号进行合成，用快速傅里叶变换(FFT)实现信号互相关来自适应地消除时差，用最小均方(LMS)误差算法实现最大比合成(MRC)。仿真结果表明：可实现300Mbit／s数

2、据速率的信号接收，信号合成增益相对于理论增益损失在o．3dB以内，系统在信噪比(SNR)为一3dB的条件下仍能正常工作。文章采用的方法，可用于远距离非均匀天线组阵，也可用于具有较高数据传输速率的航天器通信。关键词空间通信；天线组阵；信号合成；时差估计；符号同步中图分类号：TN927文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．05．015StudyonLong—distanceandNon。uniformAntennaArrayingTechnologyforSpaceC

3、ommunicationsGAOChaoleiSONGZhenyuZHANYon西ie(BeijingInstituteofSatelliteInformationEngineering，Beijing100086，China)Abstract：ThispaperdescribestheSUMPLEandSIMPLEsignalcombiningalgorithmsofantennaarrayingtechnologiesfordeepspacecommunications，andadaptsthemeth

4、odofSSC(symbolstreamcombining)forsignalcombinationbasedonthecharacteristicsoflong—distanceantennaarrayingtechnoIogy．Itadaptivelyeliminatestime—delaybyusingthemethodofsignalcross—cor—relationwhichisachievedbyFFTandbyusingMRC(maxratiocombination)methodwhichi

5、sachievedbyLMSforsignalcombination．SimulationresultsshowthatthecombininggainofthismethodcomparedwiththetheoreticalvaluehasO．3dB10ss，thesystemcanstillworkundertheconditionof一3dBSNR，itcanreceivesignalwith300Mbit／srate．Themethodproposedinthispapercanbeusedfor

6、10ng—distancenon—uniformantennaarraying，andcanbeusedforsatellitecommunicationatahigherdatatransmissionrateaswell．Keywords：spacecommunication；antennaarraying；signalcombination；time—delayestimation；symb01synchronization1引言随着距离地球越来越远，深空探测器到达地面的信号变得越来越弱，需要一种能补

7、偿信噪比(SNR)降低的方法。最大天线口径和最低接收机噪声温度已到极限，有效提高SNR的唯一方法就是对来自几副天线的信号进行合成，称为组阵。天线组收稿日期：2013一04—12；修回日期：2013一05—20基金项目：高分辨率对地观测系统重大专项(GFZX04040203)作者简介：高超垒(1987一)，男，硕士研究生，研究方向为航天器通信技术。Email：gcl8712@126．com。航天器工程22卷阵的优点是：能比单副天线以更高数据速率接收数据。在“旅行者”(Voyager)探测器与海王星相遇期问，超

8、大阵(VLA)射电望远镜(位于新墨西哥州)和戈尔德斯顿(位于加利福尼亚州)的天线之间用符号流合成(ssC)进行符号组阵处理，就是一个例子[1’2]。这一技术提高了数据传输速率，增加了从探测器返回的科学数据量。目前，天线组阵技术多用于窄带低速率的遥测信号接收，可用于任何信号调制格式，如二相相移键控(BPSK)、四相相移键控(QPSK)、连续相位调制(CPM)等。天线组阵技术中常用的信号合成方法有5种，即全频谱合成(