專利名稱：一種數(shù)字波束地面站系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
航空與航天地面站技術(shù)背景技術(shù)現(xiàn)有地面站是用一個(gè)龐大的高增益窄波束天線跟蹤無(wú)人駕駛飛機(jī)或衛(wèi)星(以下簡(jiǎn)稱機(jī)星)，其缺點(diǎn)是①跟蹤需要復(fù)雜而昂貴的機(jī)電伺服系統(tǒng)，②不能對(duì)其作用范圍內(nèi)的分布在不同波束指向的多個(gè)機(jī)星(即各機(jī)星不在地面站一個(gè)天線波束范圍內(nèi))同時(shí)進(jìn)行通信和管理，③地面站的成本，功耗，體積，重量大。

發(fā)明內(nèi)容
附圖給出一種基于數(shù)字波束形成DBF(Digital Beam Forming)及碼分多址CDMA(CodeDivide Multiple Access)技術(shù)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字波束地面站系統(tǒng)的總體圖。設(shè)空間有M個(gè)機(jī)星，地面站的面陣天線由N個(gè)陣元天線構(gòu)成。每一陣元天線都接收M個(gè)機(jī)星的下行輻射信號(hào)，同時(shí)也向每個(gè)機(jī)星輻射上行信號(hào)。對(duì)下行而言，由陣因子DBF處理器的作用，而陣同時(shí)形成M個(gè)窄波束，分別對(duì)準(zhǔn)M個(gè)機(jī)星，同時(shí)接收M個(gè)機(jī)星的下行信號(hào)。對(duì)上行而言，而陣形成的窄波束順序指向M個(gè)機(jī)星，并向指向的機(jī)星發(fā)送上行信號(hào)，因而上行傳輸是分時(shí)工作的。
在附圖中每一陣元接收信號(hào)經(jīng)雙工器，接收信道，同步檢波后得到零中頻的復(fù)數(shù)接收信號(hào)，以便進(jìn)行數(shù)字化解擴(kuò)處理。CDMA解擴(kuò)后得到每一陣元天線接收到的M個(gè)機(jī)星的下行信號(hào)，然后把N個(gè)CDMA解擴(kuò)器的同一個(gè)機(jī)星的輸出進(jìn)行復(fù)數(shù)加權(quán)、求和。該和值就是對(duì)應(yīng)各個(gè)機(jī)星的數(shù)字波束輸出信號(hào)。這一信號(hào)經(jīng)處理后用于改變權(quán)系數(shù)使數(shù)字波束輸出信號(hào)的絕對(duì)值達(dá)到最大。最后經(jīng)解調(diào)器輸出各個(gè)機(jī)星的下行數(shù)據(jù)。
各個(gè)機(jī)星的上行數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)是經(jīng)過(guò)“上行TDM”時(shí)分開(kāi)關(guān)順序送出的。每個(gè)機(jī)星占一時(shí)段。當(dāng)TDM開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到位置i準(zhǔn)備傳送第i個(gè)機(jī)星的上行數(shù)據(jù)時(shí)，“DBF處理器i”的控制信號(hào)也送到N個(gè)復(fù)數(shù)加權(quán)器去控制(φ1～φN)。按照第i個(gè)機(jī)星下行波束形成的權(quán)系數(shù)乘一常數(shù)作為上行波束形成的加權(quán)量(φ1～φN)(如上下行頻率相差太大，可按下行權(quán)系數(shù)計(jì)算電波方向，再算出上行權(quán)系數(shù))。最后經(jīng)上變頻、功放、雙工器送到N個(gè)陣元天線，靠陣因子的聚合作用形成波束，向第i個(gè)機(jī)星上發(fā)上行信號(hào)。


1是被測(cè)控的機(jī)星1；2是被測(cè)控的機(jī)星2；3是被測(cè)控的機(jī)星M；4是陣元1；5是陣元N；6、7是雙工器；8、9是信道及同步檢波；10是陣元1的復(fù)數(shù)接收信號(hào)；11是陣元N的復(fù)數(shù)接收信號(hào)；12、13是C-DMA解擴(kuò)；14是陣元1接收信號(hào)經(jīng)CDMA解擴(kuò)提取的機(jī)星1的下行信號(hào)(11)；15是對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)加權(quán)W11；16是陣元N接收信號(hào)經(jīng)CDMA解擴(kuò)提取的機(jī)星l的下行信號(hào)(N1)；17是對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)加權(quán)WNl；18是陣元l接收信號(hào)經(jīng)CDMA解擴(kuò)提取的機(jī)星M的下行信號(hào)(IM)；19是對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)加權(quán)W1M；20是陣元N接收信號(hào)經(jīng)CDMA解擴(kuò)提取的機(jī)星M的下行信號(hào)(NM)；2l是對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)加權(quán)WNM；22、23是加權(quán)處理后的信號(hào)求和∑1N；24、25是DBF處理器；26是機(jī)星l的PSK調(diào)制信號(hào)；27是機(jī)星M的PSK；K調(diào)制信號(hào)；28、29是解調(diào)器；30是輸出機(jī)星l的下行數(shù)據(jù)；3l是輸出機(jī)星M的下行數(shù)據(jù)；32是機(jī)星1上行擴(kuò)頻數(shù)據(jù)；33是機(jī)星M上行擴(kuò)頻數(shù)據(jù)；34是上行TDM開(kāi)關(guān)；35是上變頻本振；36是為了形成發(fā)波束對(duì)應(yīng)陣元l的加權(quán)；37是為了形成發(fā)波束對(duì)應(yīng)陣元N的加權(quán)；38是陣元1對(duì)應(yīng)的上變頻及功放；39是陣元N對(duì)應(yīng)的上變頻及功放。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
如附圖所示?？罩杏蠱個(gè)機(jī)星。DBF的面陣天線由N個(gè)陣元天線構(gòu)成。第i(i＝1 2…N)個(gè)陣元天線接收信號(hào)si可寫(xiě)為Si=Σj=1MAj(PNj⊕DTj)Cos(ωt+Θij)]]>=Σj=1MRe[Aj(PNj⊕DTj)expj(ωt+Θij)]]]>式中PNj=第j個(gè)機(jī)星的擴(kuò)頻地址碼；DTj＝第j個(gè)機(jī)星的數(shù)據(jù)碼；ω＝各個(gè)機(jī)星相同的載波角頻率；Aj＝第j個(gè)機(jī)星的載波幅度；Θij=第i(i＝1 2…N)個(gè)陣元天線接收第j個(gè)機(jī)星信號(hào)的空間相位。各陣元天線之間Θij的差別取決于陣元天線在天線陣中的位置。同步檢波后得零中頻信號(hào)Sid=Σj=1MRe[Aj(PNj⊕DTj)expjΘij]]]>CDMA解擴(kuò)后得到第i(i＝1 2…N)個(gè)陣元天線接收的對(duì)應(yīng)j個(gè)機(jī)星的信號(hào)Sijdd＝L·Aj·DTj·expjΘij；L＝PN碼長(zhǎng)度；j＝1…MDBF處理器將各陣元天線信號(hào)中的第j個(gè)機(jī)星信號(hào)Sijdd(i＝l 2…N)的相位補(bǔ)償成同相，再加起來(lái)，形成面陣對(duì)準(zhǔn)第j個(gè)機(jī)星的波束輸出信號(hào)
Sjddd=Σi=1NSijdd·exp(-jΘij)=N·L·Aj·DTj]]>各個(gè)機(jī)星的上行數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)是經(jīng)過(guò)“上行TDM”時(shí)分開(kāi)關(guān)順序送出的。每個(gè)機(jī)星占一時(shí)段。當(dāng)TDM開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到位置i準(zhǔn)備傳送第i個(gè)機(jī)星的上行數(shù)據(jù)時(shí)，“DBF處理器i”的控制信號(hào)也送到N個(gè)復(fù)數(shù)加權(quán)器去控制(φ1～φN)。按照第i個(gè)機(jī)星下行波束形成的權(quán)系數(shù)乘一常數(shù)作為上行波束形成的加權(quán)量(φ1～φN)(如上下行頻率相差太大，可按下行權(quán)系數(shù)計(jì)算電波方向，再算出上行權(quán)系數(shù))。最后經(jīng)上變頻、功放、雙工器送到N個(gè)陣元天線，靠陣因子的聚合作用形成波束，向第i個(gè)機(jī)星上發(fā)上行信號(hào)。面陣天線的陣因子決定面陣天線的波束寬度和增益。陣元天線方向圖決定面陣天線的可跟蹤范圍和增益。
權(quán)利要求
1.基于數(shù)字波束形成DBF(Digital Beam Forming)及碼分多址CDMA(Code Divide Multiple Access)技術(shù)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字波束地面站系統(tǒng)空間有M個(gè)無(wú)人駕駛飛機(jī)或衛(wèi)星(簡(jiǎn)稱機(jī)星)，地面測(cè)控站的面陣天線由N個(gè)陣元天線構(gòu)成，每一陣元天線都接收M個(gè)機(jī)星的下行發(fā)射信號(hào)，同時(shí)也向每個(gè)機(jī)星發(fā)射上行信號(hào)；對(duì)下行而言面陣天線同時(shí)形成M個(gè)窄波束，分別對(duì)準(zhǔn)M個(gè)機(jī)星，同時(shí)接收M個(gè)機(jī)星的下行信號(hào)；對(duì)上行而言，面陣形成的窄波束順序指向M個(gè)機(jī)星，并向該機(jī)星發(fā)送上行信號(hào)，因而對(duì)M個(gè)機(jī)星的上行傳輸是時(shí)分工作的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種數(shù)字波束地面站系統(tǒng)，其特征在于將面陣天線各陣元的復(fù)數(shù)信號(hào)移至基帶，用并行DBF數(shù)據(jù)處理方法，形成多波束，每一波束對(duì)準(zhǔn)一個(gè)機(jī)星，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多M個(gè)機(jī)星的通信與管理。
全文摘要
本發(fā)明提出基于數(shù)字波束形成DBF(Digital BeamForming)及碼分多址CDMA(CodeDivide Multiple Access)技術(shù)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字波束地面站系統(tǒng)(見(jiàn)附圖)空間有M個(gè)無(wú)人駕駛飛機(jī)或衛(wèi)星(簡(jiǎn)稱機(jī)星)，地面測(cè)控站的面陣天線由N個(gè)陣元天線構(gòu)成，每一陣元天線都接收M個(gè)機(jī)星的下行發(fā)射信號(hào)，同時(shí)也向每個(gè)機(jī)星發(fā)射上行信號(hào)；對(duì)下行而言面陣天線同時(shí)形成M個(gè)窄波束，分別對(duì)準(zhǔn)M個(gè)機(jī)星，同時(shí)接收M個(gè)機(jī)星的下行信號(hào)；對(duì)上行而言，面陣形成的窄波束順序指向M個(gè)機(jī)星，并向指向的機(jī)星發(fā)送上行信號(hào)，因而對(duì)M個(gè)機(jī)星的上行傳輸是時(shí)分工作的。將面陣天線各陣元的復(fù)數(shù)信號(hào)移至視頻，用并行DBF數(shù)據(jù)處理方法，形成多波束，每一波束對(duì)準(zhǔn)一個(gè)機(jī)星，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)M個(gè)機(jī)星的通信與管理。
文檔編號(hào)H04B7/185GK1964223SQ20061014617
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月13日
發(fā)明者楊士中, 楊力生, 石為人, 王韜, 譚曉衡, 雷劍梅, 鄧曉琴, 曹海林 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)