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申请/专利权人：中国航天科工集团八五一一研究所

摘要：本发明公开了一种星载立体型ADS‑B多波束阵列天线设计方法，其特征在于，首先确定干扰环境下ADS‑B接收机成功检测1条ADS‑B信号的概率pr，进而求得ADS‑B监视数据更新间隔TUI内ADS‑B信号成功检测的概率PT。再根据ADS‑B接收机的监视容量性能、天线波束增益的需求，确定ADS‑B天线的波束宽度；根据ADS‑B天线的波束宽度与空域覆盖范围，确定天线波束的数量及空域覆盖规划，最后根据ADS‑B天线波束数量N及空域覆盖规划，设计塔状凸台ADS‑B天线构型。

主权项：1.一种星载立体型ADS-B多波束阵列天线设计方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、确定干扰环境下ADS-B接收机成功检测1条ADS-B信号的概率pr，进而求得ADS-B监视数据更新间隔TUI内ADS-B信号成功检测的概率PT，转入步骤2；步骤2、根据ADS-B接收机的监视容量性能、天线波束增益的需求，确定ADS-B天线的波束宽度；根据ADS-B天线的波束宽度与空域覆盖范围，确定天线波束的数量及空域覆盖规划，转入步骤3；步骤3、根据ADS-B天线波束数量N及空域覆盖规划，设计塔状凸台ADS-B天线构型；步骤1中，确定干扰环境下ADS-B接收机成功检测1条ADS-B信号的概率pr，进而求得ADS-B监视数据更新间隔TUI内ADS-B信号成功检测的概率PT，具体如下：假设：1干扰信号数量不确定，彼此相互独立；2干扰信号到达概率服从泊松分布；根据同频干扰信号的类型，ADS-B接收机成功检测1条ADS-B信号的概率pr： 式中，mA是单位时间内空管雷达发射的AC模式干扰平均数量；ms是单位时间内包含1090ESADS-B的S模式干扰平均数量，i为实际到达的x个干扰信号中AC模式干扰的数量；x为干扰信号数量；dx是存在x个干扰信号条件下ADS-B信号成功解码概率；Px；m是单位时间内到达接收机的平均干扰为m的情况下，实际到达x个干扰信号的概率；假设n1、n2和n3是监视飞机单位时间内分别发送的AC、S模式和1090ES应答信号的平均数；t1、t2和t3分别是ADS-B信号受到AC、S模式和1090ES应答信号干扰的时间长度，λ1、λ2和λ3分别是AC、S模式和1090ES模式干扰应答的到达速率；当ADS-B接收机监视飞机的总数为k时，有λ1＝n1k，λ2＝n2k，λ2＝n3k，则单位时间内空管雷达发射的AC模式干扰平均数量mA，单位时间内包含1090ESADS-B的S模式干扰平均数量ms：mA＝λ1t1ms＝λ2t2+λ3t3在ADS-B监视数据更新间隔TUI内，飞机ADS-B信号至少被正确检测一次的概率PT： 式中，ΔT为ADS-B监视数据报告周期，且单个监视数据更新间隔TUI内包含多个监视数据报告周期ΔT；步骤2中，根据ADS-B接收机的监视容量性能、天线波束增益的需求，确定ADS-B天线的波束宽度；根据ADS-B天线的波束宽度与空域覆盖范围，确定天线波束的数量及空域覆盖规划，具体如下：依据干扰环境下不同数量飞机的ADS-B信号检测概率与天线波束宽度的关系，确定天线的最小波束宽度为θmin，使其满足ADS-B信号的检测性能要求；当搭载ADS-B接收机的卫星所处的轨道高度为H时，地球半径为R且飞机高度忽略不计情况下，若ADS-B接收机的覆盖范围达到最大，则ADS-B天线波束宽度为θmax： 因此ADS-B天线的波束宽度θ3dB应满足θmax≥θ3dB≥θmin；下式为星载ADS-B接收机接收ADS-B信号的链路预算公式：Pr＝Pt+Gt-Ls-Lf-Lp6其中，Pr到达ADS-B接收机天线的信号功率；Pt为飞机发射ADS-B信号的功率；Gt为飞机发射天线增益；ADS-B信号的空间传播损耗Ls＝32.4+20lgf+20lgd，f为ADS-B信号频率，d为飞机与ADS-B接收机的距离；Lf为ADS-B信号发射的馈线损耗；Lp为ADS-B信号接收的极化损耗；在ADS-B接收机的线馈损耗为Lr，灵敏度为Smin，链路余量为ΔP情况下，结合式6,得ADS-B接收机天线增益GrGr＝Smin+Lr+ΔP-Pr7当飞机分别位于ADS-B天线波束覆盖边缘与星下点时，则根据式7求得ADS-B接收机天线波束的边缘增益Gedge与中心增益Gcenter，确定ADS-B天线的波束宽度θ3dB；在整个空域覆盖范围为俯仰角0°，η°，方位角0°，360°，根据空域面积相等原则，天线波束数量N与波束宽度θ3dB满足如下关系： 其中，θ为球坐标系下的俯仰角，为球坐标系下的方位角，由此求得满足ADS-B天线空域覆盖需求的波束数量N；为满足天线俯仰方位的覆盖空域需求，ADS-B天线的N个波束分为1个中心波束与N-1个侧面波束；其中，中心波束覆盖俯仰角0°，η2°，方位角0°，360°的空域，N-1个侧面波束均匀环绕在中心波束四周，分别覆盖俯仰角η2°，η°，方位角0°，360N-1°，360N-1°，360N-1×2°，…，360N-1×N-2°，360°的空域；步骤3中，根据ADS-B天线波束数量N及空域覆盖规划，设计塔状凸台ADS-B天线构型，具体如下：采用三维共形阵列设计，将ADS-B天线的中心波束与N-1个侧面波束分别设置于塔状凸台的顶面与N-1个侧面；其中，塔状凸台顶面天线使用对称振子天线，满足中心波束对俯仰角0°，η2°，方位角0°，360°的覆盖要求；塔状凸台的每个侧面呈列状设置空气微带天线阵列，利用波束扫描方式控制侧面波束，以覆盖相应的俯仰方位范围，在确保天线波束的边缘增益Gedge与中心增益Gcenter的前提下，尽可能增大塔状凸台的侧面倾角，以减小塔状凸台的体积。

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