中国电子科大提出低轨卫星波束形成法,耗时最高缩短99.71%
2026-07-22 14:29
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维度网讯,电子科技大学联合天府无线智能研究院提出了一种用于低轨卫星波束扫描的低复杂度数字波束形成方法,在保持可接受波束性能的前提下,大幅缩短了处理时间。该方法针对低轨卫星高速运动导致地面目标跟踪困难的问题,为实时波束扫描通信提供了解决方案。

相控阵天线是低轨卫星通信的标准配置,其大规模阵列通过控制各单元馈电相位和幅度来改变方向图最大值方向,实现波束扫描。但卫星高速运动使地面终端不断感知卫星位置变化,需要快速且保持多功能方向图性能的波束扫描方法,以维持通信连续性。

该方法包含两个阶段:首先通过凸优化过程确定与初始波束相关的激励;然后通过低复杂度波束形成方法确定与扫描波束相关的激励。这一过程被设计为正交Procrustes分析问题,具有闭式解,无需迭代和无需求逆,即可实现低复杂度计算。该方法能够在指定方向上快速合成复杂的扫描波束,在可接受的波束性能损失下工作。

与传统的相移法相比,该方法能更好地保持复杂波束形状,在波束赋形性能与复杂度之间实现良好权衡,适用于多用户卫星通信场景。多种场景下的数值仿真验证了其有效性:在16单元均匀线性阵列上,计算延迟低至0.01毫秒;在14×14单元均匀平面阵列上,计算延迟为0.18秒,同时实现了可接受的旁瓣电平劣化。与改进的遗传算法、基于凸优化的方法相比,该方法在保持严格旁瓣电平性能界限的同时,处理时间缩短了70%至99.71%。与传统的相移法相比,处理时间最多增加25%,但旁瓣水平可降低至少76%。

相关研究成果已发表于《中国科学:信息科学》(英文版)期刊(Sci China Inf Sci, 2026, 69(8): 189304),由电子科技大学田雨桐、杨海宁、易诗佳、李娜、程钰间,以及天府无线智能研究院杨海宁共同完成。

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