[发明专利]一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪系统与方法，属于相控阵天线的波束指向跟踪领域。空间来波信号由接收子阵单元接收，经子阵延迟补偿单元补偿瞬时频率跳变造成的相位误差后，波束合成网络合成的波束信号由跳频解跳单元完成同步解跳、变频，送到波束跟踪单元提取波束指向误差，经由波束控制单元控制接收子阵完成波束的闭环指向跟踪。本发明在空间域和频率域同时进行搜索捕获，快速实现波束对星跟踪、跳频图案同步；设计的子阵延迟补偿和偏轴增益补偿技术，可实现在跳频抗干扰系统应用中相控阵波束的高精度跟踪；同时，充分利用相控阵波束快速扫描的能力，实现波束偏转跟踪，大大简化设备复杂度。

技术领域

本发明属于相控阵天线的波束指向跟踪领域，具体涉及卫星通信领域中一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪系统与方法，特别适用于跳频抗干扰系统的高动态、宽带、高速跳频应用。

背景技术

有源相控阵天线因为其体积小、损耗低、低轮廓、易于实现波束调零、波束赋形、多波束，同时可敏捷调整波束指向等优点，近十多年来，在卫星通信系统的空间段和用户终端都得到了广泛的应用。

相控阵天线波束的测角跟踪，通常采用和、差、差三波束的单脉冲跟踪测角方式。该波束跟踪方案需要增加两个单独的差波束通道，馈电网络复杂、设备笨重、算法处理难度高。

对于高速跳频应用，相控阵天线近似为一个宽带系统，孔径渡越效应明显，严重影响相控阵天线的性能，需要采取补偿措施修正波束指向。同时，跳频通信系统出于抗干扰、抗截获的目的，通常不会设置信标信号用于目标的捕获跟踪；而且，卫星倾角运动导致的卫星位置漂移，用户终端相控阵天线波束无法采用理论指向角对准卫星，必须有扫描捕获、闭环自跟踪系统。因此，要实现快速指向对准卫星，必须在跳频图案同步前，利用高度随机的宽带高速跳频信号完成卫星的指向跟踪，为建立稳定的通信链路奠定基础。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪系统与方法，可以实现相控阵波束在跳频图案同步前快速指向卫星，实现跳频图案同步，并利用同步后的宽带高速跳频信号完成卫星的高精度跟踪，建立稳定的通信链路。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于宽带跳频信号的相控阵波束对星跟踪系统，包括：接收子阵单元10、子阵延迟补偿单元20、波束合成网络30、跳频解跳单元40、波束跟踪单元50、波束控制单元60和组合惯导70；

所述的接收子阵单元10包括多个接收子阵，分别用于在波束控制单元60的控制下调整波束指向，并接收跳频来波信号，经子阵内部移相、衰减以及合路，完成第一级波束形成，将第一级波束形成信号输出至子阵延迟补偿单元20；

所述的子阵延迟补偿单元20包括多个子阵延迟补偿模块，分别用于根据波束控制单元60的控制补偿第一级波束形成信号中，由于跳频造成的当前频率与移相频率不同而产生相位误差，将补偿后的子阵信号输出至波束合成网络30；

所述的波束合成网络30用于接收补偿后的子阵信号，完成第二级波束形成，将第二级波束形成信号输出至跳频解跳单元40；

所述的跳频解跳单元40用于在跳频图案同步前，根据波束控制单元60的控制逐个频率点值守接收跳频信号；并在跳频图案同步后，在波束控制单元60转发的频率信息以及同步脉冲控制下，对第二级波束形成信号进行跳频信号同步解跳，输出稳定的解跳信号；

所述的波束跟踪单元50用于基于跳频信号的特征提取技术，进行高度随机的宽带高速跳频信号的接收和去扰，提取出波束指向误差，并输出至波束控制单元60，并在波束控制单元60的控制下补偿波束偏轴增益损失；