[发明专利]同轨多星分布式阵列天线远场干涉信号强度估计方法

说明书

本发明公开了一种同轨多星分布式阵列天线远场干涉信号强度估计方法，其步骤包括：分布式星群每颗卫星上均搭载同频同极化的星载相控阵天线单元；综合大气湍流、天线指向误差和发射功率及增益的随机波动等非相干同步条件的影响，分别计算各星载相控阵天线单元所发射信号在地面用户处的远场信号强度；计算各星载相控阵天线单元所发射信号在地面用户处的干涉情况；分析非相干条件对分布式阵列天线远场干涉信号强度的综合影响。本发明方法综合考虑非相干同步条件对各星载相控阵天线单元远场信号的影响，所提干涉模型更符合实际信号干涉结果，支持多个星载相控阵天线单元远场干涉的分析，适用于不同规模的空间分布式星群，且计算过程较为简单。

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，尤其涉及一种同轨多星分布式阵列天线远场干涉信号强度估计方法。

背景技术

未来卫星通信需求将向更大容量、更高速率的不断发展，这就对高通量卫星的天线增益能力提出了更高的要求。根据天线理论，为增加天线增益，增大天线口径是一种有效途径，而增大天线口径主要包括采用大型反射面天线、集中式阵列天线和分布式阵列天线三种技术途径。由于卫星运载能力、平台能力及型面精度等方面的限制，大口径反射面和集中式阵列天线方案对天线增益的提高均存在上界。利用等效口径概念的分布式阵列天线系统成为实现等效口径增大的有效途径之一。分布式阵列天线通过把多个口径较小的子阵单元，安装于多个位置或平台上，利用信号的相干性和噪声的不相关性，将各个天线的信号进行加权合成，实现天线口径的增大，从而提高天线增益。如何准确有效的分析分布式阵列天线的远场干涉情况，是设计分布式阵列天线的关键。

当前，针对分布式星群阵列天线的相关研究国内外尚未有公开报道。中国专利CN104537202提出了一种基于卫星编队的协作空间天线阵列合成方法，建立了GEO卫星编队信号协作接收模型，分析了时差和频差的影响，但是上述研究仅考虑了2颗卫星的协作通信，且未分析大气湍流、随机波动和指向误差引入的影响。

发明内容

针对分布式阵列天线中，各星载相控阵天线单元波束信号存在的远场干涉问题，本发明公开了一种同轨多星分布式阵列天线远场干涉信号强度估计方法，多星分布式阵列天线系统包括装载于多颗分布式星群卫星上的星载相控阵天线单元，各星载相控阵天线单元指向相同的地面用户，本发明方法的具体步骤包括：

S1，假设分布式星群由N颗卫星组成，每颗卫星上均搭载1个星载相控阵天线单元，分布式阵列天线系统包括N个星载相控阵天线单元，且各个星载相控阵天线单元为同频同极化；

S2，分别计算在大气湍流、天线发射功率和增益随机波动、指向误差等非相干同步条件影响下，各星载相控阵天线单元所发射信号在地面用户处的远场信号强度；

所述的步骤S2，其具体包括：

S21，考虑大气湍流对信号相位的影响，得到第i个星载相控阵天线单元所发射信号在地面用户处的远场信号强度：

其中，i＝1,2,…,N；P₀和G₀分别表示星载相控阵天线单元发射功率和增益的标称值；ψ_i和分别表示第i个星载相控阵天线单元的发射信号相位以及大气湍流对该发射信号相位的影响；r_i表示第i个星载相控阵天线单元到地面用户的距离；表示第i个星载相控阵天线单元所发射信号在地面用户处的远场极化方向的单位矢量；k＝2π/λ，k表示波数，λ表示星载相控阵天线单元所发射信号的工作波长；

S22，考虑星载相控阵天线单元的实际发射功率和增益的随机波动性，对步骤S21中计算得到的远场信号强度E_i进行更新，得到远场信号强度E_i的一次更新值E_i，1为：