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海洋广域无人机智能天线技术应用研究

曹海  
【摘要】:智能天线技术采用空分多址(SDMA),利用信号在传播方向上的差别,可以将同频率、同时隙的相干信号区分开。目前在移动通信领域有着重要的应用,配合最新的MIMO技术和传统的蜂窝通信,它可以成倍地扩展通信容量,最大限度地利用有限的频谱资源,特别是在解决影响无线通信质量的多径效应问题方面,表现优异。随着近些年无人机技术在海洋领域的应用需求不断上升,如何解决远距离海上测控通信成为行业热点。而影响海上无线通信最主要的因素之一就是多径效应,智能天线技术正好可以解决这一问题。本文依托海洋公益性行业科研专项,面向我国无人机在近海岸远距离作业需求,设计和研制基于智能天线技术的无人机地面测控基站样机。论文重点研究了智能天线技术的实现算法和天线样机研制的总体设计方案,结合现行常见通信基站的工作模式研究了智能天线基站的实现原理,并融合了算法特点和一致性校准技术,给出了配套硬件可行的设计方案,特别是在不同功能板的单元模块部分,给出了详细的电路设计。在随后的微波暗室仿真中分多组实验、多个频率验证了天线样机的方向性和增益。最后通过外场测试验证预期设计指标及功能要求,进而验证了设计方法的科学性和有效性。本文主要研究成果和创新点:1、改进了阵列天线数据预处理方式,提出一种中心对称矩阵生成方法,降低矩阵求解难度,提高数据处理效率;2、结合算法特点和天线基站常规工作模式设计了一套完整的智能天线测控基站的实现方案,并根据方案研制了测试样机,随后进行了相关的试验验证,该样机工作频率1.3GHz~1.4GHz,可自动实现超分辨率波达方向判别并持续跟踪,实现远距离测控,通信距离30km,能进行机载状态数据实时回传。


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