2。3  MUSIC 算法基本原理  8 

2。4  和差波束单脉冲测角原理  10 

3． 基于 MUSIC 算法的快速多目标二维角度估计 。 12 

3。1  引言  12 

3。2  信源个数的估计  12 

3。3  相干信号的改进算法  14 

3。4  二维谱峰搜索快速算法  15 

3。4。1  概述 。 16 

3。3。2 雷达 CFAR 检测算法  17 

3。3。3  搜索角度步进的选取 。 18 

4。 和差单脉冲测角  22 

4。1  引言  22 

4。2  广义单脉冲测角技术  22 

4。3  和差波束单脉冲测角精度推导  23 

4。4  高效的迭代最小方差波束赋形算法  27 

4。4。1 算法原理  27 

4。5  测角精度与测角区间联合优化的和差单脉冲角度估计算法  29 

4。5。1 算法的基本流程  30 

4。5。2 算法的仿真结果  31 

1． 绪论

1。1 研究背景和意义

与地面通信相比，卫星通信可以覆盖更大的范围，解决地面通信中盲区的通信问题。同 时，卫星通信不受地质灾害和地形等的影响，可以应用于探险、地震救灾和保密通信等领域。 卫星按照所在运转轨道高度的不同，可以分为静止轨道卫星（Geostationary Orbit，简称 GEO）和非同步轨道卫星（non-GEO）。非同步轨道卫星主要指轨道高度小于 20000 km 的中低 轨道卫星。相比于 GEO，中低轨道卫星距离地面更近，反应时间更短，传输时延更小，空间 损耗更低，所需发射功率更小，频率复用特性更好。如今正在服役的卫星移动通信系统包括： 铱星系统，它能实现包括南北两极、空中和海洋在内的全球覆盖；全球星系统，它能实现南 北纬 70°之间大部分地区的覆盖；Inmarsat 系统，主要为企业、海运和航空业提供宽带通信 服务；还有 Thuraya 等其他一些系统。[1] 文献综述

在卫星移动通信中，星载智能天线是有效载荷的重要组成部分。低轨（Low Earth Orbit， 简称 LEO）卫星距离地面近，对地张角大，若仅用一个波束覆盖整个区域，覆盖的增益必定 很小，无法满足通信需求，故需要利用多波束天线技术形成多个波束实现高增益大范围的波 束覆盖。1975 年，多波束天线技术首次运用于卫星通信系统，如今已是星载智能天线发展的 重要方向。本文主要针对采用智能天线技术的低轨卫星通信系统，研究快速多目标角度估计 技术。

在通信领域，发挥相控阵天线的优越性能以及快速、高分辨率的测角技术，就可以实现 较高的天线增益，灵活的波束控制和强大的抑制干扰能力。星载智能天线一般采用三角栅格 的二维阵列结构，实现对地通信需要覆盖 55°左右的张角范围。在该角度范围内任意位置的 地面用户发起通信请求，均需要星载设备快速高精度的定位用户位置，为实现高增益窄波束 对准用户提供角度信息，并在整个通信过程中一直估计用户角度并实时跟踪用户，实现高灵 敏度通信。所以，开展通信系统中相控阵天线的快速角度估计技术的研究与实现具有重要的 理论价值和现实意义。

1。2 角度估计的发展及现状

1。3 本文所做工作及内容安排

本文主要针对低轨道星载智能天线对地大张角范围内的快速多目标角度估计的需要，开 展两个方面的算法研究。一、基于 MUSIC 算法的快速多目标角度估计方面，开展了信号源估 计算法和针对相干信号源的改进算法研究；并从降低运算量角度给出了目标谱峰分步搜索的 策略，通过恒虚警检测技术确定搜索步进。二、在和差波束单脉冲快速角度估计方面，详细 推导了单脉冲角度估计的理论精度表达式，并以测角精度公式为基础，结合阵列天线波束赋 形技术，提出了一种充分考虑测角精度和测角区间的和差波束单脉冲角度估计算法。