星載多波束接收機(jī)用戶檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、采用低軌衛(wèi)星與地面用戶通信，有利于控制發(fā)射成本、縮短通信距離、降低發(fā)射功率，因而在諸多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。用戶檢測(cè)作為星地通信的基礎(chǔ)，是衛(wèi)星接收機(jī)面臨的首要問(wèn)題，但較低的軌道高度使衛(wèi)星觀測(cè)信號(hào)存在明顯的遠(yuǎn)近效應(yīng)和多普勒效應(yīng)，加大了用戶檢測(cè)的難度。若采用單陣元天線，接收機(jī)難以兼顧高信噪比以及大范圍覆蓋的要求。相比之下，采用陣列天線和多波束接收技術(shù)，可形成尖銳波束指向特定方位——對(duì)應(yīng)較高增益、有利于在指定方位上實(shí)現(xiàn)星地低功率通信。問(wèn)題是，陣

2、列天線增益高但波束寬度窄，若要求衛(wèi)星在覆蓋的廣大區(qū)域內(nèi)，能夠與任何用戶建立有效的突發(fā)通信，天線該指向哪個(gè)方位？接收機(jī)該如何檢測(cè)用戶？上述問(wèn)題可概括為論文研究的基本問(wèn)題：多波束接收機(jī)中如何實(shí)現(xiàn)用戶檢測(cè)？圍繞這一基本問(wèn)題，論文重點(diǎn)研究了如下關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：
　　1、指定方位條件下的用戶檢測(cè)問(wèn)題。為使用戶檢測(cè)成為現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，只能將衛(wèi)星覆蓋區(qū)域視為有限個(gè)離散點(diǎn)或方位，若已知某個(gè)指定方位上存在合法用戶，此時(shí)用戶檢測(cè)可理解為從實(shí)際觀測(cè)信號(hào)中提取出

3、未知信號(hào)參數(shù)。但若用戶存在性未知，則接收機(jī)只能通過(guò)某種準(zhǔn)則來(lái)推斷觀測(cè)信號(hào)中用戶的存在性。受軌道高度、信號(hào)發(fā)射功率等條件限制，衛(wèi)星接收機(jī)要以有限的計(jì)算資源實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程仍面臨諸多困難，這使得指定方位條件下的用戶檢測(cè)成為關(guān)鍵問(wèn)題。
　　2、限定區(qū)域條件下的波束配置問(wèn)題。由于接收陣列的非理想特性，指定點(diǎn)或方位上的波束并非絕對(duì)尖銳，在其臨近區(qū)域內(nèi)的合法用戶也可能被檢測(cè)到，但檢測(cè)性能有所劣化。盡管這種劣化可通過(guò)加大信號(hào)觀測(cè)時(shí)間來(lái)改善，但用戶檢

4、測(cè)代價(jià)也將隨之增大，顯然有悖問(wèn)題研究的初衷。因此要在不影響檢測(cè)代價(jià)的同時(shí)解決性能劣化問(wèn)題，陣列參數(shù)優(yōu)化配置則成為用戶檢測(cè)的關(guān)鍵。
　　3、衛(wèi)星可視范圍內(nèi)的區(qū)域劃分問(wèn)題。由于波束并非絕對(duì)尖銳，可將指定點(diǎn)連同其臨近區(qū)域看成是衛(wèi)星可視范圍內(nèi)的一個(gè)子區(qū)域，所有子區(qū)域的集合構(gòu)成了衛(wèi)星覆蓋的二維區(qū)域，接收機(jī)為每個(gè)子區(qū)域配置一個(gè)波束并進(jìn)行用戶檢測(cè)。由此引出衛(wèi)星頂層設(shè)計(jì)問(wèn)題：為使用戶檢測(cè)的總代價(jià)最小，需要多少個(gè)接收波束？每個(gè)波束該如何指向？這使得