Китайский университет электронных наук и технологий (UESTC) предложил метод формирования луча для низкоорбитальных спутников, сокращающий время обработки до 99,71%

Репортаж от Wedoany，Университет электронных наук и технологий Китая (UESTC) совместно с Тяньфуским институтом беспроводного интеллекта (Tianfu Wireless Intelligent Research Institute) разработал метод цифрового формирования луча с низкой вычислительной сложностью для сканирования луча низкоорбитальных спутников. Этот метод позволяет значительно сократить время обработки при сохранении приемлемых характеристик луча. Он решает проблему отслеживания наземных целей, вызванную высокоскоростным движением низкоорбитальных спутников, и предлагает решение для связи с сканированием луча в реальном времени.

Фазированные антенные решётки являются стандартной конфигурацией для низкоорбитальной спутниковой связи. Их крупномасштабные решётки изменяют направление максимума диаграммы направленности путём управления фазой и амплитудой питания каждого элемента, обеспечивая сканирование луча. Однако высокая скорость движения спутника заставляет наземные терминалы постоянно отслеживать изменение его положения, что требует быстрого метода сканирования луча с сохранением многофункциональных характеристик диаграммы направленности для поддержания непрерывности связи.

Метод включает два этапа: сначала с помощью выпуклой оптимизации определяется возбуждение, связанное с начальным лучом; затем с помощью метода формирования луча с низкой вычислительной сложностью определяется возбуждение, связанное со сканирующим лучом. Этот процесс формулируется как задача ортогонального анализа Прокруста, имеющая замкнутое решение, не требующее итераций и обращения матриц, что обеспечивает низкую вычислительную сложность. Метод позволяет быстро синтезировать сложные сканирующие лучи в заданных направлениях, работая с приемлемыми потерями в характеристиках луча.

По сравнению с традиционным методом фазового сдвига, данный метод лучше сохраняет сложную форму луча, обеспечивая хороший баланс между производительностью формирования луча и вычислительной сложностью, что делает его пригодным для сценариев многоабонентской спутниковой связи. Численное моделирование в различных сценариях подтвердило его эффективность: на равномерной линейной решётке из 16 элементов задержка вычислений составила всего 0,01 миллисекунды; на равномерной плоской решётке 14×14 элементов задержка вычислений составила 0,18 секунды при достижении приемлемого ухудшения уровня боковых лепестков. По сравнению с улучшенным генетическим алгоритмом и методом на основе выпуклой оптимизации, данный метод сокращает время обработки на 70%–99,71% при сохранении строгих ограничений по уровню боковых лепестков. По сравнению с традиционным методом фазового сдвига, время обработки увеличивается не более чем на 25%, но уровень боковых лепестков может быть снижен как минимум на 76%.

Результаты соответствующего исследования были опубликованы в журнале «Science China Information Sciences» (Sci China Inf Sci, 2026, 69(8): 189304). Авторами работы являются Тянь Юйтун, Ян Хайнин, И Шицзя, Ли На, Чэн Юйцзянь из Университета электронных наук и технологий Китая, а также Ян Хайнин из Тяньфуского института беспроводного интеллекта.