[发明专利]一种改善TDRSS阵元信号群时延非一致性的自适应方法

说明书

技术领域

本发明涉及TDRSS(跟踪与数据中继卫星系统)，更具体地，涉及一种改善TDRSS反向链路多路阵元信号群时延非一致性对星下DBF(数字波束形成)的指向精度影响的自适应联动方法。

背景技术

TDRSS(跟踪与数据中继卫星系统)以其高覆盖率、高数据率和多目标测控能力在空间技术发展中起到了极其重要的作用，已受到世界各国的高度重视。

TDRSS的反向链路是把遥测数据从用户卫星传输到地面站的信息传输通道，它能同时传输多个用户(飞行器、用户星等)的测控信息。为了同时跟踪和转发多个目标，TDRSS的中继卫星上通常采用基于波束形成的相控阵天线。为了减少中继星上数字处理环节，以使卫星上设备尽可能简单，同时考虑到以后扩充跟踪目标数的方便，TDRSS通常采用星下DBF(数字波束形成)方案。基于星下DBF的TDRSS中，TDRS(中继卫星)上有30个独立的螺旋天线(阵元)，每一个阵元接收的信号都被独立传输到地面终端站用于星下DBF，目前是采用FDM(频分复用)体制来传输30路阵元信号。根据30路阵元信号的相对相位和幅度，进行地面波束合成，这就构成一种相控阵“地面多波束形成”系统。

基于星下DBF的TDRS系统，由于采用FDM传输体制将TDRS星上30路天线阵元信号传输到地面，因相控阵有30个阵元天线，对应FDM就有30个独立通道。由于30路通道频率、器件差异，30路通道间群时延一致性就会很差，因此地面终端站用来进行DBF的30路阵元信号的群时延一致性也会很差，严重影响星下DBF的指向精度。特别是决定通道群时延一致性的环节是地面站30路FDM分离滤波器组，其作用是提取30路窄带FDM信号，过渡带要求陡峭以消除邻道干扰，故滤波器因过渡带陡峭而群时延就会很大，且30路FDM滤波器群时延特性不相关，因此很难保证30路通道间群时延一致性。

针对群时延对通信系统性能的影响问题，一般采用两种方法来予以解决：一是从信道中产生群时延的主要环节入手，设计出群时延小的模块。比如通信系统中，造成信号群时延较大的一般是窄带滤波器，因为这些滤波器要求过渡带陡峭，从而滤波器的群时延特性就会很差。要满足过渡带陡峭而群时延又很小的特性，现在一般采用基于频率响应屏蔽(FRM)技术的数字方式来实现有限冲激响应(FIR)的滤波器的设计。当然还可以采用模拟电路来设计滤波器，通过负反馈补偿等方式来获得过渡带陡峭而群时延小的滤波特性。另一种是，为了减小信道群时延特性对信号的失真影响，一般在接收端加群时延均衡器，通过训练序列来调整均衡器的权系数，以校正信道的群时延特性。但是这两种方法，通过查新发现，基本都是针对单路信道的群时延特性，还没有考虑多路群时延一致性问题。同时，这些方法也不适合TDRSS系统这一背景的群时延特性改善，比如采用复杂的模拟电路来改善30路信道群时延一致性，硬件规模很大，特别是很难实现30路模拟滤波器的群时延特性具有相关性，从而很难保证30路阵元信号的群时延一致性。另外，采用基于已知训练序列的群时延均衡技术，由于在TDRS系统中，用户信息通常情况下是未知的，所以也不可行。

发明内容

针对TDRSS反向链路存在多路阵元信号经过信道后群时延一致性较差以及还未有相关技术对此进行解决这一现状，本发明的目的是提供一种基于多路阵元信号群时延一致性最优的自适应联动方法，以改善TDRS系统中多路阵元信号群时延非一致性对星下DBF指向精度的影响。如说明书附件图1所示，本发明的目的是这样实现的：

A.地面终端站前级处理(1)接收30路阵元信号，进入A/D转换器及数字下变频(2)进行数模转换和数字下变频处理；

B.处理后的30路信号进入基于FRM技术的FIR窄过渡带滤波器组(3)，提取分离30路阵元信号；

C.(3)提取分离的30路阵元信号进入模块(5)中，以提取各路阵元信号的实时相位，并在(5)中进行求导等运算，即可得到各路滤波器输出的阵元信号的群时延最大值τ_i(i＝1，2，…，30)，从而得出多路群时延的实际统计量其中，为多路阵元信号群时延实际统计量的均值，为多路阵元信号群时延实际统计量的方差；

D.在多路群时延规定统计量(6)中，根据符合TDRS系统DBF指向精度要求的群时延τ_0i(i＝1，2，…，30)，计算出符合TDRS系统DBF指向精度要求的多路阵元信号的群时延规定统计量其中，为符合TDRS系统DBF指向精度要求的多路阵元信号的群时延规定统计量的均值，为相应的方差；