CN116979278B - 星载低频电小宽带三轴矢量阵及信号方向和极化估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种星载低频电小宽带三轴矢量阵及信号方向和极化估计方法，该三轴矢量阵包括三个低频电小偶极宽带有源天线单元、三通道直接数采单元和信号综合处理单元，三个低频电小偶极宽带有源天线单元位于不同轴向且两两相互正交，并共天线相位中心设置，三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别用于接收不同轴向的空间探测信号并进行处理；三通道直接数采单元用于对处理后的三通道空间探测信号进行模数转换处理；信号综合处理单元用于对模数转换后的三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。本发明不仅具有天线尺寸小、结构紧凑、工作频率低和频带宽的特点，还可获得空间电磁频谱，并可估计信号来向和极化信息。
Description
技术领域
本发明涉及超宽带电小天线技术领域，尤其涉及一种星载低频电小宽带三轴矢量阵及信号方向和极化估计方法。
背景技术
获取深空电磁频谱信息和对遥远星体内部结构进行探测是现代星际探测的热点。然而，由于受到探测器载荷大小的限制，天线尺寸和重量不可能做的很大，特别是，为了实现星体内部结构和空间电磁环境探测，一般使用的频率很低，频率甚至达到长波段，频带覆盖至短波段。由此，为了满足航天探测器系统设计需要，天线电尺寸必须很小。目前此类用途的天线，一般采用电小单极子天线，该天线不仅辐射电阻小，增益小，效率低，天线呈容性，阻抗匹配非常困难，而且辐射方向图不对称，也不能获得探测信号的方位和极化信息。为此，必须根据实际技术要求和应用场景，提出新的探测系统和方法。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提供一种星载低频电小宽带三轴矢量阵，该三轴矢量阵基于电小天线阻抗特性、天线宽带匹配优化设计方法、宽带低噪放大设计原理以及天线阵和阵列空间信号处理技术设计得到，其可在提升天线增益、效率和灵敏度的同时，改善天线辐射方向图对称性，使在获得空间信号频谱的同时，实现对空间探测信号的来向和极化信息估计。
本发明的第二个目的在于提供一种信号方向和极化估计方法。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种星载低频电小宽带三轴矢量阵，包括：
三个低频电小偶极宽带有源天线单元，所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元位于不同轴向且两两相互正交，并共天线相位中心设置，所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别用于接收不同轴向的空间探测信号并进行处理；
三通道直接数采单元，分别与所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元连接，用于对处理后的三通道空间探测信号进行模数转换处理；
信号综合处理单元，与所述三通道直接数采单元连接，用于采用频谱分析法和超分辨率空间谱估计法对模数转换后的三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。
优选的，每一所述低频电小偶极宽带有源天线单元包括：
电小偶极天线体，用于接收相应轴向的空间探测信号；
宽带功率放大模块，与所述电小偶极天线体连接，用于电小偶极天线体输入阻抗变换和对相应轴向的空间探测信号进行低噪放大处理。
优选的，所述电小偶极天线体包括两个电小单极天线，两个所述电小单极天线共轴安装在航天器表面作为天线接地面，并形成偶极子天线；
所述宽带功率放大模块包括两个宽带功率放大器，分别与两个所述电小单极天线连接，两个所述宽带功率放大器分别用于两电小单极天线输入阻抗匹配，并对两电小单极天线接收的空间探测信号进行低噪放大处理。
优选的，每一所述低频电小偶极宽带有源天线单元还包括：
宽带等幅反相功分器，与相应通道的所述宽带功率放大模块连接，用于实现阻抗变换、平衡信号和不平衡信号转换，并对两个所述宽带功率放大器输出的信号进行等幅反相处理，使得两电小单极天线构成等幅同相二元阵，保证天线辐射方向图对称性。
优选的，所述信号综合处理单元具体采用少快拍频域多重信号分类算法对三通道数字信号进行处理得到空间探测信号方向和极化信息。
为达到上述目的，本发明第二方面提供了一种信号方向和极化估计方法，应用于上述所述的星载低频电小宽带三轴矢量阵，该方法包括：
步骤S1：采用三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别接收不同轴向的空间探测信号并进行处理，以及将处理后的信号传输至三通道直接数采单元转换为三通道数字信号；
步骤S2：采用频谱分析法和超分辨率空间谱估计法对所述三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。
本发明至少具有以下技术效果：
1、本发明采用位于不同轴向且两两相互正交并共天线相位中心设置的三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别接收不同轴向的空间探测信号，然后通过频谱分析法和超分辨率空间谱估计法具体为少快拍频域多重信号分类算法对三通道空间探测信号进行处理，可实现空间探测信号频谱、方向和极化多信息感知。
2、本发明采用两个电小单极天线共轴安装形成具有偶极子天线功能的电小偶极天线体，并采用宽带等幅反相功分器对与电小偶极天线体级联的两个宽带功率放大器放大后信号进行等幅反相处理，使得两电小单极天线构成等幅同相二元阵，从而可保证天线辐射方向图对称性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的星载低频电小宽带三轴矢量阵的结构框图。
图2为本发明实施例的星载低频电小宽带三轴矢量阵的具体结示意图。
图3为本发明实施例的低频电小偶极宽带有源天线单元的结构示意图。
图4为本发明实施例的宽带功率放大器的电路拓扑结构设计流程图。
图5为本发明实施例的信号方向和极化估计方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本实施例的星载低频电小宽带三轴矢量阵及信号方向和极化估计方法。
图1为本发明实施例的星载低频电小宽带三轴矢量阵的结构框图。如图1所示，该星载低频电小宽带三轴矢量阵包括依次连接的三个低频电小偶极宽带有源天线单元、一个三通道直接数采单元和一个信号综合处理单元。
其中，三个低频电小偶极宽带有源天线单元位于不同轴向且两两相互正交，并共天线相位中心设置，三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别用于接收不同轴向的空间探测信号并进行处理。
本实施例中，三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别位于X轴、Y轴和Z轴即三维坐标轴上，且两两相互正交，并共天线相位中心设置。
其中，三通道直接数采单元基于软件无线电原理同步将处理后的三通道空间探测信号进行模数转换处理，以转换成三通道数字信号，然后通过信号综合处理单元采用频谱分析法和超分辨率空间谱估计法对模数转换后的三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。
图2为本发明实施例的星载低频电小宽带三轴矢量阵的具体结构示意图。如图2所示，每一低频电小偶极宽带有源天线单元包括馈电点靠近的级联的位于相应轴向的电小偶极天线体如Z轴电小偶极天线体、宽带功率放大模块和宽带等幅反相功分器，其中，电小偶极天线体用于接收相应轴向的空间探测信号；宽带功率放大模块用于电小偶极天线体输入阻抗变换和对相应轴向的空间探测信号进行低噪放大处理。
如图3所示，每一电小偶极天线体包括两个电小单极天线，两个电小单极天线共轴安装在航天器表面作为天线接地面，并具有偶极子天线功能。
本实施例中，宽带功率放大模块包括两个宽带功率放大器，分别与两个电小单极天线连接，两个宽带功率放大器分别用于两电小单极天线输入阻抗匹配，并对两电小单极天线接收的空间探测信号进行低噪放大处理。
本实施例中，宽带等幅反相功分器，与相应通道的宽带功率放大模块连接，用于实现阻抗变换、平衡信号和不平衡信号转换，并对两个宽带功率放大器输出的信号进行等幅反相处理，使得两电小单极天线构成等幅同相二元阵，保证天线辐射方向图对称性。
具体而言，本实施例中通过宽带等幅反相功分器使得两宽带功率放大器输出信号相位相反，从而使得一对电小单极天线上形成两个方向相同的电流，从而构成等幅同相二元阵，进而保证天线辐射方向图对称性。由此，本实施例中通过一对电小单极天线和宽带等幅反相功分器可实现天线辐射方向图对称。
需要说明的是，本实施例中的宽带功率放大器的电路拓扑结构可通过实频法以噪声系数、驻波比最小和增益20dB为目标建立优化函数，并基于电小单极天线实测输入阻抗驱动采用AI（人工智能）算法求解该优化函数优化设计得到。本实施例中，宽带等幅反相功分器的电路拓扑结构可通过实频法以插损、幅相平衡度和驻波比最小为目标建立优化函数，并基于宽带功率放大模块实测输出阻抗驱动采用AI算法求解该优化函数优化设计得到。
其中，该AI算法可为人工智能深度信念网络、深度卷积神经网络或深度递归神经网络等算法，通过该些AI算法优化求解基于实频法建立的目标函数，不仅可以使得到的电路拓扑结构最优，而且能保证其性能稳定。
作为一个示例，对于宽带功率放大器的电路拓扑结构设计，如图4所示，可在仿真模型上先初步确定放大器即宽带功率放大器的拓扑结构模型，然后在仿真模型的器件类型上选择国产器件类型，之后采用实频法以噪声系数、驻波比最小和增益20dB为目标建立待优化的目标函数，并在阻抗栏上输入天线实测阻抗即电小单极天线的实测输入阻抗值，然后采用AI算法求解该目标函数得到该宽带功率放大器的拓扑结构，然后判断该拓扑结构的噪声系数和驻波情况即驻波比参数是否满足预设要求，如满足要求，则可确定宽带功率放大器的电路拓扑结构为最优结构。
本实施例通过实频法以噪声系数、驻波比最小和适中的增益为目标建立优化函数，并基于电小单极天线实测输入阻抗驱动采用人工智能AI算法进行求解，以优化设计得到宽带功率放大器的电路结构；以及通过实频法以插损、幅相平衡度和驻波比最小为目标建立优化函数，并基于宽带功率放大模块实测输出阻抗驱动采用人工智能AI算法进行求解，以优化设计得到宽带等幅反相功分器的电路结构可使宽带功率放大器和宽带等幅反相功分器的电路特性最优。
如上所述，信号综合处理单元采用频谱分析法和超分辨率空间谱估计法对模数转换后的三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。
其中，频谱分析法采用快速离散傅立叶变换法（FFT），将不同频率的信号分开，离散频谱可表示为FFT（X j（k）），其中，X表示信号，j表示通道编号，k表示离散数据序列。
为得到空间探测信号方向和极化信息，信号综合处理单元可采用少快拍频域多重信号分类算法对三通道数字信号进行处理。
其中，得到的方向谱可表示为：
（1）
上式中，表示第/>个信号频率，/>表示噪声子空间，H表示矩阵转置，表示天线极化导向矢量，且为：
（2）
其中，、/>、/>和/>分别表示信号方位角、仰角、极化辅助角和极化相位差角。本实施例中，通过对/>扫描搜索，得到使方向谱/>达到极大值（谱峰）的，即为信号方向和极化信息。
本发明采用的星载低频电小宽带三轴矢量阵具有如下优点：工作频率低，频率低至长波，高频段至短波，频率覆盖范围大；天线寸小，天线阵紧凑，电小尺寸为1.2米，远远小于（/>表示低频波长）；相对于单极天线，天线增益、效率、灵敏度、噪声系数和方向图都有所改善；通过拓扑结构设计，幅度不平衡度小于0.2dB，相位不平衡度小于10度；电路元器件全部国产化，安全性高；功能多，既可获得空间宽带电磁频谱，又能获得信号方向和极化信息。
图5为本发明实施例的信号方向和极化估计方法的流程图。该信号方向和极化估计方法应用于上述的星载低频电小宽带三轴矢量阵。如图5所示，该方法包括：
步骤S1：采用三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别接收不同轴向的空间探测信号并进行处理，以及将处理后的信号传输至三通道直接数采单元转换为三通道数字信号。
步骤S2：采用频谱分析法和超分辨率空间谱估计法对三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。
具体而言，本实施例采用位于不同轴向且两两相互正交并共天线相位中心设置的三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别接收不同轴向的空间探测信号，然后通过频谱分析法和超分辨率空间谱估计法具体为少快拍频域多重信号分类算法对三通道空间探测信号进行处理，可实现空间探测信号频谱、方向和极化多信息感知。
需要说明的是，本实施例的信号方向和极化估计方法的具体实施方式可参见上述的星载低频电小宽带三轴矢量阵的具体实施方式，为避免冗余，此处不再赘述。
综上所述，本发明可实现空间探测信号频谱、方向和极化多信息感知，另外本发明采用两个电小单极天线共轴安装形成具有偶极子天线功能的电小偶极天线体，并采用宽带等幅反相功分器对与电小偶极天线体级联的两个宽带功率放大器放大后信号进行等幅反相处理，使得两电小单极天线构成等幅同相二元阵，从而可保证天线辐射方向图对称性，以及本发明通过实频法以噪声系数、驻波比最小和增益20dB为目标建立优化函数，并基于电小单极天线实测输入阻抗驱动采用人工智能AI算法进行求解，以优化设计得到宽带功率放大器的电路结构，以及通过实频法以插损、幅相平衡度和驻波比最小为目标建立优化函数，并基于宽带功率放大模块实测输出阻抗驱动采用人工智能AI算法进行求解，以优化设计得到宽带等幅反相功分器的电路结构，从而可使宽带功率放大器和宽带等幅反相功分器的电路特性最优。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (3)
1.一种星载低频电小宽带三轴矢量阵，其特征在于，包括：
三个低频电小偶极宽带有源天线单元，所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元位于不同轴向且两两相互正交，并共天线相位中心设置，所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别用于接收不同轴向的空间探测信号并进行处理；
三通道直接数采单元，分别与所述三个低频电小偶极宽带有源天线单元连接，用于对处理后的三通道空间探测信号进行模数转换处理；
信号综合处理单元，与所述三通道直接数采单元连接，用于采用频谱分析法和超分辨率空间谱估计法对模数转换后的三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息；
每一所述低频电小偶极宽带有源天线单元包括：
电小偶极天线体，用于接收相应轴向的空间探测信号；
宽带功率放大模块，与所述电小偶极天线体连接，用于电小偶极天线体输入阻抗变换和对相应轴向的空间探测信号进行低噪放大处理；
所述电小偶极天线体包括两个电小单极天线，两个所述电小单极天线共轴安装在航天器表面作为天线接地面，并形成偶极子天线；
所述宽带功率放大模块包括两个宽带功率放大器，分别与两个所述电小单极天线连接，两个所述宽带功率放大器分别用于两电小单极天线输入阻抗匹配，并对两电小单极天线接收的空间探测信号进行低噪放大处理；
每一所述低频电小偶极宽带有源天线单元还包括：
宽带等幅反相功分器，与相应通道的所述宽带功率放大模块连接，用于实现阻抗变换、平衡信号和不平衡信号转换，并对两个所述宽带功率放大器输出的信号进行等幅反相处理，使得两电小单极天线构成等幅同相二元阵，保证天线辐射方向图对称性；
所述宽带等幅反相功分器具体用于使得两宽带功率放大器输出信号相位相反，以使得一对电小单极天线上形成两个方向相同的电流，从而构成等幅同相二元阵，保证天线辐射方向图对称性；
所述宽带功率放大器的电路拓扑结构通过实频法以噪声系数、驻波比最小和增益20dB为目标建立第一优化函数，并基于电小单极天线实测输入阻抗驱动采用AI算法求解第一优化函数优化设计得到；
所述宽带等幅反相功分器的电路拓扑结构通过实频法以插损、幅相平衡度和驻波比最小为目标建立第二优化函数，并基于宽带功率放大模块实测输出阻抗驱动采用AI算法求解第二优化函数优化设计得到。
2.如权利要求1所述的星载低频电小宽带三轴矢量阵，其特征在于，
所述信号综合处理单元具体采用少快拍频域多重信号分类算法对三通道数字信号进行处理得到空间探测信号方向和极化信息。
3.一种信号方向和极化估计方法应用于如权利要求1或者2中所述的星载低频电小宽带三轴矢量阵，其特征在于，包括：
步骤S1：采用三个低频电小偶极宽带有源天线单元分别接收不同轴向的空间探测信号并进行处理，以及将处理后的信号传输至三通道直接数采单元转换为三通道数字信号；
步骤S2：采用频谱分析法和超分辨率空间谱估计法对所述三通道数字信号进行处理得到空间探测信号频谱、方向和极化信息。
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101388676A (zh) * | 2008-10-30 | 2009-03-18 | 北京航空航天大学 | 一种电小天线宽带匹配网络的优化匹配设计及其电小天线宽带匹配网络 |
| US8115470B1 (en) * | 2007-09-19 | 2012-02-14 | Litovsky Roman N | Broadband isotropic antenna |
| CN106654507A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-05-10 | 哈尔滨工业大学（威海） | 基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪及其测向方法 |
| CN106848546A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-06-13 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种宽带双极化天线阵列装置及高分辨测向方法 |
| CN108987921A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-12-11 | 西安电子科技大学 | 提高三极子天线交叉极化鉴别度的天线阵列 |
| CN109444571A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-03-08 | 北京遥测技术研究所 | 一种小卫星通信载荷电磁兼容预测方法 |
| CN109494457A (zh) * | 2017-09-12 | 2019-03-19 | 湘南学院 | 一种高效低剖面宽轴比带宽大规模圆极化阵列天线 |
| CN112526618A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-19 | 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） | 一种基于多频段多星座卫星信号的电离层层析成像测量仪及其观测方法 |
| CN113270729A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-08-17 | 珠海极海半导体有限公司 | 立体阵列天线、定位方法和系统、ble芯片及无线mcu芯片 |
| CN114614872A (zh) * | 2022-03-16 | 2022-06-10 | 西北工业大学 | 一种卫星导航抗干扰极化天线阵列重构方法 |
| CN115864000A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-03-28 | 武汉大学 | 一种千倍频程单极低频电小低噪高灵敏度有源天线 |
| CN116540175A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-08-04 | 南京航空航天大学 | 基于降维多重信号分类算法的信号aoa和toa联合估计测向方法 |
-
2023
- 2023-09-22 CN CN202311226111.XA patent/CN116979278B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8115470B1 (en) * | 2007-09-19 | 2012-02-14 | Litovsky Roman N | Broadband isotropic antenna |
| CN101388676A (zh) * | 2008-10-30 | 2009-03-18 | 北京航空航天大学 | 一种电小天线宽带匹配网络的优化匹配设计及其电小天线宽带匹配网络 |
| CN106654507A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-05-10 | 哈尔滨工业大学（威海） | 基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪及其测向方法 |
| CN106848546A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-06-13 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种宽带双极化天线阵列装置及高分辨测向方法 |
| CN109494457A (zh) * | 2017-09-12 | 2019-03-19 | 湘南学院 | 一种高效低剖面宽轴比带宽大规模圆极化阵列天线 |
| CN108987921A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-12-11 | 西安电子科技大学 | 提高三极子天线交叉极化鉴别度的天线阵列 |
| CN109444571A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-03-08 | 北京遥测技术研究所 | 一种小卫星通信载荷电磁兼容预测方法 |
| CN112526618A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-19 | 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） | 一种基于多频段多星座卫星信号的电离层层析成像测量仪及其观测方法 |
| CN113270729A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-08-17 | 珠海极海半导体有限公司 | 立体阵列天线、定位方法和系统、ble芯片及无线mcu芯片 |
| CN114614872A (zh) * | 2022-03-16 | 2022-06-10 | 西北工业大学 | 一种卫星导航抗干扰极化天线阵列重构方法 |
| CN115864000A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-03-28 | 武汉大学 | 一种千倍频程单极低频电小低噪高灵敏度有源天线 |
| CN116540175A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-08-04 | 南京航空航天大学 | 基于降维多重信号分类算法的信号aoa和toa联合估计测向方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| A Maximum Likelihood Method for Joint DOA and Polarization Estimation Based on Manifold Separation;Shuang Qiu;《IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems》;第57卷(第4期);全文 * |
| 基于CS-MUSIC算法的DOA估计;吴小川;邓维波;杨强;;系统工程与电子技术(第09期);全文 * |
| 基于LPFT-MUSIC的窄带多项式相位信号波达方向估计方法;李新波;石要武;石屹然;赵洋;张涵;;系统工程与电子技术(第11期);全文 * |
| 基于全相位预处理的时域多重信号分类波达方向估计方法;余华兵;郑恩明;陈新华;;振动与冲击(第10期);全文 * |
| 月基甚低频射电干涉仪Tripole天线特性研究;陈林杰;AMIN Aminaei;颜毅华;;电波科学学报(第06期);正文1-3节 * |
| 超宽带昆虫雷达的信号处理与仿真;熊新农;焦忠建;黄长干;涂海华;;计算机仿真(第10期);全文 * |
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|---|---|
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