Effect of beam-pointing errors on bistatic SAR imaging

The purpose is to conduct a research in the energy variation of echo wave and the imaging effect caused by the aero bistatic SAR pointing errors. Based on the moving geometry configuration of aero bistatic SAR, a model of beam pointing errors is built. Based on this, the azimuth Doppler frequency center estimation caused by these errors and the limitation to the beam pointing synchronization error are studied, and then the imaging result of different errors are analyzed. The computer＇s simulations are provided to prove the validity of the above analysis.

VICTS天线的波束指向误差补偿方法

针对可变倾角连续断面节阵列(Variable Inclination Continuous Transverse Stub,VICTS)天线的波束指向误差问题,提出了一种补偿方法。首先介绍了VICTS天线的基本原理和组成,建立了波束指向模型。然后分析了误差来源,包括结构误差、馈源层及辐射枝节层的角度关系等因素,通过仿真得出了波束指向角与馈源层和辐射枝节层夹角的关系。在此基础上,提出了通过二次曲线拟合进行误差补偿的方法,并进行了对星试验。实验结果表明,该方法能够有效减小波束指向误差,提高通信系统的性能,具有较高的实用性。

阵列光束棱镜扫描光束指向及点云精度分析

在面阵扫描成像激光雷达中,阵列光束照明与棱镜扫描相结合实现了高能量利用率、高分辨率和宽探测视场,但阵列子光束倾斜入射棱镜,破坏了光束传输的旋转对称性,棱镜对子光束偏转能力存在差异,规则光束阵列产生了形状畸变,导致光束指向误差,影响点云位置精度。首先,将阵列光束与棱镜结合的圆锥扫描方式分解为多角度入射多波束并行扫描,通过所有子光束的传输特征来综合表征阵列光束传输特征;然后,采用三维矢量光学方法推导了阵列光束在棱镜中的传输过程,建立了子光束指向变化与棱镜扫描角度的关系;最后,通过对机载激光雷达棱镜扫描成像过程的数值仿真,建立了光束指向变化与点云数据质量的联系。仿真结果表明:阵列光束(3×3)棱镜扫描系统在航高0.5 km时,光束阵列畸变导致平面误差RMS约为5 cm,并随航高呈线性变化;斜率约为0.1 m/km,并随着阵列光束规模和子光束角间距增加点云平面精度随之下降。通过对棱镜扫描过程中光束阵列畸变规律掌握,为后续机载飞行试验数据的校正、阵列光束结合多棱镜扫描系统的设计提供了基础。

一种基于多波束天线增益差的单GEO卫星干扰源定位方法

卫星通信中单颗同步轨道(GEO)卫星受干扰后对干扰源很难定位。针对GEO卫星,提出了一种基于多波束天线的单颗卫星干扰源定位方法。介绍了单星多波束天线干扰源定位原理,分析了边缘波束受干扰情况下,邻波束的可用性,重点分析了增益测量误差、波束指向误差和海拔对定位精度的影响。从仿真结果可以得出,增益测量误差是导致定位误差的重要因素。波束指向存在0.01°误差时,最终的定位误差一般在几千米到十几千米。干扰源未知海拔高引入的误差相对增益测量差一般在500 m以下。当干扰源偏离星下点的时候,无论是增益误差还是波束指向误差对定位误差的影响都会偏大。

GEO SAR天线波束指向定标中的误差分析

GEO SAR因其超宽测绘带和超长的合成孔径时间,导致低轨SAR波束指向定标方法不再适用,进而采取基于多脉冲分时比幅的波束指向定标方法。本文针对该指向定标方法,结合GEO SAR星地几何关系,对卫星姿态变化、三维系统性误差以及波束指向定标方法中接收机信噪比和通道增益稳定性引入的指向误差进行了详细的推导和仿真分析。仿真结果表明,0.003°的姿态测量误差会引入0.003°的距离向指向误差和0.0033°的方位向指向误差;三维系统性误差是导致天线波束指向变化的主要误差源;当SNR≥35 dB、通道增益稳定性优于1 dB时,GEO SAR波束指向定标方法引入的指向误差小于0.001°。

火星环绕器高增益天线在轨热设计及波束指向影响分析

梳理了火星环绕器2.5 m口径高增益天线在热设计、–195℃超低温环境适应性及热变形指向偏差评估分析与验证方面存在的技术难点,开展了设计和验证工作。基于热设计状态对天线在轨工作过程中典型工况下的温度场和热变形分布进行了仿真分析,并研制了一套大口径反射面天线真空热变形测量系统,完成了热变形测试验证。基于热变形数据,采用半物理仿真分析方法对高增益天线热变形后的波束指向偏差进行了评估分析。结果表明,热变形导致的波束指向偏差最大为0.028°,增益损失不超过0.5 dB,指向偏差和增益损失均在设计裕度范围内。经在轨测试,天线增益指向性能测试值与预估值吻合,有效验证了天线热设计和验证方法的准确性。

Beam-pointing error compensation method of phased array radar seeker with phantom-bit technology

A phased array radar seeker（PARS） must be able to effectively decouple body motion and accurately extract the line-of-sight（LOS） rate for target missile tracking.In this study,the realtime two-channel beam pointing error（BPE） compensation method of PARS for LOS rate extraction is designed.The PARS discrete beam motion principium is analyzed,and the mathematical model of beam scanning control is finished.According to the principle of the antenna element shift phase,both the antenna element shift phase law and the causes of beam-pointing error under phantom-bit conditions are analyzed,and the effect of BPE caused by phantom-bit technology（PBT） on the extraction accuracy of the LOS rate is examined.A compensation method is given,which includes coordinate transforms,beam angle margin compensation,and detector dislocation angle calculation.When the method is used,the beam angle margin in the pitch and yaw directions is calculated to reduce the effect of the missile body disturbance and to improve LOS rate extraction precision by compensating for the detector dislocation angle.The simulation results validate the proposed method.

摇摆状态一维相控阵天线波束指向修正

由于载机平台摇摆,一维相控阵天线姿态会发生倾斜,从而影响波束指向。为此,提出了一种修正方法,给出了适应于各种监视雷达系统(如二次航管系统)工作原理的详细修正流程及算法。试验结果表明,所提方法使天线能维持高指向精度。

卫星光通信光束对准误差分析

卫星间光通信链路中对准误差对接收功率和误码率都有严重的影响。对高斯型光束的传输与接收损耗的关系进行了研究,得出了接收光功率和误码率公式,并用数值分析方法进行了定量分析。

机载双站SAR波束指向误差研究

本文基于双站SAR的运动几何结构，建立了机载双站SAR波束指向误差模型，研究了指向误差所引起的回波能量分布的变化，及其带来的多普勒中心频率估计偏差，以及波束指向同步要求的限制条件，分析了它们对成像结果的影响，最后，仿真结果验证了上述分析的有效性．

高精度卫星激光通信地面验证系统

为了在地面高精度评估激光通信终端对卫星平台扰动以及轨道姿态变化的适应能力,研究了卫星扰动模拟技术和卫星随动仿真模拟技术,据此提出了激光通信系统地面验证方案。首先开展了激光通信链路随动探测误差对系统随动性能影响分析、卫星扰振源特性分析及建模工作。其次,分析了卫星扰动模拟和随动模拟的关键技术及解决措施。最后,结合目前卫星激光通信及卫星平台技术水平,利用典型数据开展了扰动和随动仿真,完成了激光通信系统测试。实验结果证明:基于双反馈环路的高精度光束瞄准控制能够大幅提高卫星扰动模拟器光束瞄准的控制精度,光束控制精度优于0.1″;采用高低频联合卫星扰动模拟设计方法,实现了控制带宽优于1kHz的高精度光束控制;高精度随动系统在全卫星运行区域内对卫星光通信终端随动性能的检测精度可达0.1″。

方向回溯阵列的波束指向分析

以时间反演和相位共轭原理为理论基础讨论了方向回溯阵列的波束指向特性.分别研究了线阵、平面阵和共形阵列在不同角度入射信号下的回溯信号波束指向,得到了幅度误差和角度误差随入射角的变化关系曲线,研究结果表明:对线阵、平面阵和共形阵列,随着入射角度的增大,阵列的波束指向角度误差和幅度误差都会增加.最后在理论分析的基础上设计了一种球面共形阵,考虑了载体曲面对波束指向的影响,对其在空间内的波束指向进行了仿真验证,得到在16元球面共形阵入射俯仰角小于45°时,可以实现波束指向误差小于5°.通过上述研究,进一步完善了方向回溯阵列波束指向误差理论,为方向回溯阵列设计提供了依据.

GEO卫星多波束天线指向测量方法与误差分析

针对地球同步轨道(GEO)卫星的多波束天线指向问题,研究了一种精确测量卫星天线指向的方法。在卫星发射通道间存在固有耦合干扰的情况下,通过地面测量站接收GEO卫星多波束天线发射的正交信标信号,推导并建立了测量卫星天线指向的数学模型;系统分析了各种误差源对测量精度的影响。通过仿真分析证明了该方法的有效性和可行性,为工程实现提供了参考依据。

卫星导航系统天线阵接收机波束指向误差分析

研究表明:卫星导航系统阵元几何位置误差是影响波束指向误差的主要因素,而卫星和接收机位置误差则影响甚微,其中千米级的卫星位置误差以及接收机位置误差导致的波束指向误差不超过0.1°,而毫米级的阵元几何位置随机误差可导致典型7阵元天线阵波束指向误差达到几度。该研究成果可为卫星导航系统天线阵接收机的设计提供依据。

空间太阳能电站微波能量反向波束控制技术

微波能量传输设计与验证是中国空间太阳能电站发展各阶段的核心工作,微波能量反向波束控制则是微波能量传输的关键环节。目前的反向波束控制研究都基于微波能量发射阵列具有理想型面的前提,没有考虑空间环境中微波能量发射阵列结构模块发生位置和姿态偏差的实际情况。结合中国空间太阳能电站发展的4个阶段任务,分析了结构模块姿位偏差对整流阵列处功率密度和波束指向误差带来的影响。在已经验证的软件化微波能量反向波束控制基础上,结合结构模块姿位偏差校正,提出了基于相位补偿的反向波束控制技术,并对校正效果进行了仿真分析。基于相位补偿的反向波束控制技术对微波能量发射阵列结构模块姿位偏差的影响具有显著的校正能力。文章可以为微波能量传输系统的设计和研制提供指导。

方向回溯天线理论研究

从天线阵的一般模型出发，理论研究了方向回溯天线的实现条件，提出了广义相位共轭条件，统一分析了VanAtta阵和相位共轭阵（PON阵）两种典型方向回溯天线阵的工作原理，比较了两种天线阵列的优缺点。理论推导并给出方向回溯天线阵的单站和双站雷达散射截面的表达式，为方向回溯天线阵的进一步研究奠定了基础。

基于STK/Matlab的高机动平台定向通信数据分析

高机动平台利用相控阵天线进行定向通信。为了使窄波束持续精确对准,天线波束或孔径必须频繁切换,导致波束指向偏差和通信链路余量波动,影响通信性能。针对这种现象,提出了基于STK/Matlab的方法计算飞行数据的波束指向误差和通信链路余量,并对相关结果进行了分析。结果表明,此方法可作为事后数据分析的依据,为系统进一步优化设计提供参考,也可作为相关领域仿真及设计的辅助手段。

利用光束后向散射提高激光跟踪发射精度方法

为提高激光跟踪发射系统激光发射指向精度,提出了一种通过测量发射激光后向散射光尖来修正激光发射指向误差的方法。在介绍系统光机结构及后向散射相关理论的基础上详细论述了光尖探测距离与视差的关系,根据天气情况和长期测量经验获得良好天气、中等天气和较差天气三种天气状况下光尖探测距离,进一步得出三种天气状况下视差修正量。在良好天气状况下,利用预定空间轨迹误差修正方式进行实验验证,对比光束后向散射法与靶板测量法所测得的激光发射指向精度,在预定的空间轨迹上两者测量误差为2.5″,实验证明,利用光束后向散射法可以大大提高激光发射的指向精度。

大气环境下用于瞄准的激光波束传播特性研究

针对激光瞄准过程中的光斑偏移现象,结合修正的Von Karman谱的折射指数起伏和Hufnagel-Vally湍流模型上的近似积分,研究了高斯脉冲光束在湍流大气中远场水平以及斜程传播时的脉冲展宽和闪烁指数,分析了强湍流条件下1.06μm准单色光斜程大气传输光强分布与脉冲展宽的关系,对数值结果进行比较,发现远距离传输中波长和距离对波束瞄准偏差影响较大。从理论和实验上对大气环境下激光光斑瞄准偏差进行了分析研究,研究结果表明:将激光光斑全场数据及分析结果应用到现有偏差补偿算法中,可以实现激光瞄准偏差的有效补偿,在大气能见度1 km^3 km范围内,激光瞄准偏差测量误差σA≤0.1 mrad。

步进频信号波束形成指向偏差与通道误差影响分析

步进频信号波束形成时存在着波束指向偏差和通道间幅相误差,并且对各个步进频脉冲是不同的,即对各步进频脉冲进行了不同的幅相调制。文中首先从理论上分析了这种调制对距离高分辨处理的影响,指出波束指向偏差会使目标距离像发生偏移,但是偏移量很小,通常可以忽略,而通道误差的影响主要是抬高了距离高分辨处理的副瓣电平。然后,对波束指向偏差和通道误差的影响进行了仿真,验证了上述结论。