基于频域多目标测向的星载赋形天线调零算法

　　0　引　言

　　通信指挥中,军事卫星通信系统具有重要的战略地位和作用,然而由于军事通信卫星大多处于地球同步轨道,其位置相对地面固定。因此,它存在着易于受到地面干扰影响的缺点,尤其是受到来自地面的人为有意的电磁干扰。另外,由于现在的通信卫星容量越来越大,星上的天线越来越多,转发器的数量呈几何级数增加,使得通信卫星自身的电磁环境越来越复杂。这种人为电磁干扰与通信卫星自身所处电磁环境的复杂性,使得军事通信卫星的信号传输易于受到临时的或可逆式的破坏,使通信的质量受到影响。因此,在卫星通信中用相控阵天线在空域进行波束合成来抑制强干扰是保障卫星正常通信的一项必不可少的关键技术。其中一个重要的解决办法就是在尽可能短的时间里估计出干扰源方向,然后再进行调零[1]。对于单个干扰,可采用单脉冲测角、干涉仪等方法实现干扰源波达方向角(direction of arri-val, DOA)的估计;对于多个干扰,可采用最大似然(maxi-mum likelihood, ML)方法[2]和基于空间谐波模型的高分辨方法,诸如多重信号分类(MUSIC)算法[3]、旋转不变子空间(ESPRIT)算法[4]等进行超分辨DOA估计。但由于ML方法对多信源进行DOA估计时涉及多维优化问题,计算量大而没有得到广泛应用;MUSIC算法是利用信号子空间与噪声子空间的正交特性,需要先求出接收数据自相关矩阵,然后对其进行特征分解,估计干扰源的数目,得到噪声子空间,进而在空域进行谱峰搜索实现干扰源的DOA估计,这无疑大大增加了计算量;ESPRIT算法主要是基于线性阵列,且子阵之间的相对位置存在严格限制,测向分辨能力对阵元位置的依赖性强,所以在实际应用中也受到一定限制[5]。本文采用频域多目标测向算法[6-7]实现对多干扰源的DOA估计,该算法无需预先估计信号源数目,即使在较低的干噪比条件下也能达到与MUSIC算法相同的测向精度,同时大大降低了运算量。基于测向结果,针对多个干扰源,采用带主波束保形的干扰抑制算法对多个干扰进行陷零。

　　1　问题模型

　　1.1　星载多干扰模式调零天线技术方案

　　本文所述的星载多干扰模式调零天线采用两副天线,即主天线与辅助天线相结合的方案:用一副主天线通过反射面赋形,即对主波束加赋形权后实现对整个关心区域的覆盖,用一副辅助天线通过多馈源赋形实现对各敏感地区的波束覆盖,共采用了10个单波束。其布阵图如图1所示,阵列模型如图2所示,每个阵元均为有向阵元,仿真所采用的导向矩阵是基于实际天线测得的导向矩阵。

　　1.2　阵列模型

　　假设有K个远场干扰sk(t)(k=1,2,…,K),每个信号的来向为(θk,φk),其中θk为方位角,φk为俯仰角,fk为该干扰的频率。在理想情况下,即阵列的每个阵元为各向同性的,而且在不考虑通道不一致性和互耦的影响时,阵列输出矩阵表达式为