田靖才，徐達(dá)龍，王 昊

(南京理工大學(xué)，江蘇 南京 210094)

0 引言

人造衛(wèi)星技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)中應(yīng)用廣泛的一項(xiàng)技術(shù)，在氣象、地球觀測(cè)、廣播和通信等領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用。隨著衛(wèi)星技術(shù)的高速發(fā)展，越來越多的軍用和民用衛(wèi)星投入使用。衛(wèi)星工作過程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)是與地面通信，星地之間穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交互是衛(wèi)星正常工作的前提條件。因此，針對(duì)星地通信地面端的研究和工程實(shí)踐具有重大意義。

從接收信號(hào)的角度，要求星地通信地面站接收覆蓋范圍廣，尤其是方位維要求全覆蓋。衛(wèi)星在一個(gè)龐大的軌道上運(yùn)行，地面接收站需要能接收來自各個(gè)方位的信號(hào)。由于軌道高度的變化，要求地面站在俯仰維可以接收較大范圍內(nèi)的信號(hào)。同時(shí)，衛(wèi)星處于一個(gè)不斷運(yùn)動(dòng)的過程當(dāng)中，要求地面接收站可以實(shí)時(shí)獲取衛(wèi)星當(dāng)前位置對(duì)于地面接收站的指向角度，并及時(shí)調(diào)整波束指向衛(wèi)星方向。相比于模擬的相控陣波束，采用更加靈活的數(shù)字波束形成(Digital Beam Forming,DBF)技術(shù)，更有利于實(shí)現(xiàn)這些要求。

近年來針對(duì)星地通信系統(tǒng)的研究中，文獻(xiàn)[1]提出了一種基于 FPGA+MPC8260內(nèi)核的地面站通信機(jī)的設(shè)計(jì)方案，以適應(yīng)低軌微納衛(wèi)星信道強(qiáng)烈的多普勒效應(yīng)及突發(fā)遙測(cè)的工作模式。文獻(xiàn)[2]提出了基于ZigBee技術(shù)的星地通信方案，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，降低了星地通信的硬件成本。

本文設(shè)計(jì)了一種共形陣的星地通信面接收波束形成器。采用球面陣圓極化天線的形式，在FPGA平臺(tái)上完成信號(hào)處理。系統(tǒng)可以完成對(duì)信號(hào)的接收、下變頻和數(shù)字波束形成[3-5]等功能。系統(tǒng)內(nèi)置整套衛(wèi)星定位和數(shù)字波束形成算法，可根據(jù)上位機(jī)給出的星歷平根數(shù)據(jù)，自主完成實(shí)時(shí)計(jì)算衛(wèi)星位置、波束指向角度和權(quán)系數(shù)。

1 系統(tǒng)概況

系統(tǒng)包括接收天線系統(tǒng)、接收下變頻系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)3部分。接收天線系統(tǒng)采用半球面共形陣[6-7]的陣列形式，由24個(gè)陣元組成，每個(gè)陣元又分左旋、右旋2個(gè)通道，可同時(shí)接收48個(gè)通道的信號(hào)。接收下變頻系統(tǒng)包括本振模塊和下變頻組件，完成接收信號(hào)的放大和下變頻功能，將信號(hào)頻率由射頻調(diào)整至中頻。信號(hào)處理系統(tǒng)完成中頻信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并基于FPGA完成衛(wèi)星位置指向計(jì)算、數(shù)字波束形成和數(shù)字下變頻等功能，最終輸出波束信號(hào)到后端通信模塊進(jìn)行后續(xù)處理。

系統(tǒng)電訊原理[8]如圖1所示。

圖1 電訊原理框圖Fig.1 Block diagram of telecommunication principle

系統(tǒng)具有如下特性和創(chuàng)新點(diǎn)：

① 采用半球面的共形陣接收天線陣列以支持?jǐn)?shù)字波束的空間掃描，根據(jù)信號(hào)入射角度選定參與數(shù)字波束形成的陣元，在實(shí)現(xiàn)了大接收空間覆蓋范圍的同時(shí)，有效地避免了無效陣元參與合成導(dǎo)致的波束信號(hào)信噪比惡化。

② 抗干擾能力強(qiáng)。天線單元采用雙饋形式獲得圓極化特性，每個(gè)陣元有左旋、右旋2個(gè)通道，可以根據(jù)發(fā)射信號(hào)的極化方式，選擇使用左旋通道或右旋通道形成波束，有效地提升抗干擾能力。

③ 支持多對(duì)一的實(shí)時(shí)通信。通過數(shù)字波束形成體制，可以同時(shí)形成3個(gè)指向上的數(shù)字波束，以同時(shí)追蹤3顆衛(wèi)星。

④ 內(nèi)置運(yùn)算模塊。信號(hào)處理流程中包含整套衛(wèi)星定位和數(shù)字波束形成算法，只需操作上位機(jī)導(dǎo)入衛(wèi)星星歷平根數(shù)據(jù)，系統(tǒng)即可自動(dòng)完成后續(xù)計(jì)算流程并輸出波束信號(hào)，降低了對(duì)使用環(huán)境的要求及操作復(fù)雜度。

2 天線陣列設(shè)計(jì)

接收天線采用圓極化方式，共24個(gè)陣元，每個(gè)陣元又分左旋通道和右旋通道，共48個(gè)通道，采用直徑500 mm,高度275 mm的半球陣。天線陣元排布分3層，每層分別由6、8、10個(gè)陣元在半球的一個(gè)切面圓的圓周上按角度均勻分布組成。

天線陣列俯視圖如圖2所示。

圖2 天線陣列俯視圖Fig.2 Top view of array

俯仰維上，3層天線法向分別朝向俯仰25°、50°、75°，如圖3所示。

圖3 俯仰排布示意Fig.3 Schematic diagram of elevation distribution

天線陣面的斜側(cè)面視圖如圖4所示，同時(shí)給出了基于陣元位置定義的陣面坐標(biāo)系定義方式，以豎直向上為z軸，3個(gè)共線陣元所在的直線為x軸。

圖4 天線陣列側(cè)面視圖Fig.4 Side view of array

此系統(tǒng)中，認(rèn)為天線陣元的位置矢量與來波方向夾角小于90°(即“面向”來波方向)的陣元接收到的平面波信號(hào)強(qiáng)度，會(huì)明顯強(qiáng)于位置矢量與來波方向夾角大于90°(即“背對(duì)”來波方向)的陣元接收到的信號(hào)強(qiáng)度。系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)字波束形成時(shí)，只取這些陣元參與數(shù)字波束的形成，其他陣元的數(shù)字波束形成系數(shù)設(shè)置為0，即不參與數(shù)字波束形成，以避免在合成出的波束信號(hào)中引入不必要的噪聲成分[9]。

半球形的陣列設(shè)計(jì)方式和陣元坐標(biāo)排布，可以保證在俯仰角0°～75°，方位角任意的情況下，有至少9個(gè)陣元的位置矢量與來波方向夾角小于90°(即“面向”來波方向)，即對(duì)于該范圍內(nèi)的任意來波方向，有至少9個(gè)陣元參與數(shù)字波束形成，實(shí)現(xiàn)了大接收空間覆蓋范圍的同時(shí)提升了波束信號(hào)信噪比。

3 數(shù)字波束形成算法設(shè)計(jì)

計(jì)算流程分為2部分：① 根據(jù)接收站位置信息和星歷數(shù)據(jù)計(jì)算東北天坐標(biāo)系下的指向角度[10]。結(jié)合姿態(tài)信息進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換[11]，計(jì)算接收站坐標(biāo)系下的指向角度。② 根據(jù)接收站坐標(biāo)系下的指向角度，計(jì)算每個(gè)陣元的權(quán)系數(shù)。

3.1 指向角度計(jì)算流程

內(nèi)置波束形成算法的第一步，計(jì)算衛(wèi)星在以接收站為原點(diǎn)的東北天坐標(biāo)系下的指向角度。根據(jù)星歷平根遞推方法得到瞬根，從瞬根中提取當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星在J2000坐標(biāo)系下的位置。通過J2000-WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣，可得到當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星在WGS84坐標(biāo)系下的位置。結(jié)合GPS提供的接收站當(dāng)前時(shí)刻的經(jīng)緯度和高度可計(jì)算衛(wèi)星在以接收站坐標(biāo)系為原點(diǎn)的東北天坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，進(jìn)一步可得到指向角度，包括俯仰角和方位角。

東北天坐標(biāo)系下衛(wèi)星位置指向角度計(jì)算流程如圖5所示。

圖5 東北天坐標(biāo)系下指向角度計(jì)算流程Fig.5 Pointing angle calculation process in ENU coordinates

內(nèi)置波束形成算法的第二步，將東北天坐標(biāo)系下的指向角根據(jù)電子羅盤提供的姿態(tài)信息轉(zhuǎn)換為接收站坐標(biāo)系下的指向角。首先根據(jù)角度，獲得該方向上任一點(diǎn)Q的坐標(biāo)(xQ,yQ,zQ)。[xQyQzQ]T連續(xù)與3個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣相乘，即可得到接收站坐標(biāo)系下Q的坐標(biāo)[x’Qy’Qz’Q]T。進(jìn)一步可轉(zhuǎn)化為接收站坐標(biāo)系下衛(wèi)星方向的指向角度。

坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換計(jì)算流程如圖6所示。

圖6 指向角度的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換計(jì)算流程Fig.6 Coordinate system conversion calculation lowchart of pointing angle

3.2 陣元權(quán)系數(shù)計(jì)算數(shù)學(xué)模型

陣元權(quán)系數(shù)包括2部分：位置補(bǔ)償[12]和極化補(bǔ)償[13]。其中位置補(bǔ)償可以通過得到的指向角結(jié)合陣元坐標(biāo)計(jì)算；極化補(bǔ)償是固定的數(shù)值，不隨波束指向而變化。

① 陣元位置差異導(dǎo)致的相位差(位置補(bǔ)償)

參考點(diǎn)、來波方向、陣元位置之間的關(guān)系，即波程差計(jì)算示意如圖7所示。

圖7 波程差計(jì)算示意Fig.7 Schematic diagram of wave path difference calculation

以原點(diǎn)O為參考點(diǎn)，陣元位置為空間中的一點(diǎn)M(xm,ym,,zm)，來波方向俯仰角為θ，方位角為φ，接收到的信號(hào)為來波方向上的平面波。對(duì)于空間中的任意一點(diǎn)M，來波方向OP與線段OM必然共面，且來波方向上的信號(hào)到達(dá)M點(diǎn)與O點(diǎn)之間的波程差S為線段OP的長(zhǎng)度，等于向量MO與向量PO方向上單位向量的點(diǎn)積：

(1)

sinφ+ksinθ。

有：

(2)

信號(hào)到達(dá)M點(diǎn)與到達(dá)參考點(diǎn)O之間需要補(bǔ)償?shù)南辔徊睿?/p>

(xmcosθcosφ+ymcosθsinφ+zmsinθ)。

(3)

根據(jù)上式，帶入陣元坐標(biāo)，可計(jì)算出所有陣元的位置補(bǔ)償值。

② 圓極化方式導(dǎo)致的相位差(極化補(bǔ)償)

天線的圓極化方式也會(huì)導(dǎo)致通道間的接收信號(hào)的相位差，需要進(jìn)行補(bǔ)償。極化方式導(dǎo)致的相位差是固定的，與來波方向無關(guān)，只與陣列結(jié)構(gòu)有關(guān)。

天線陣列排布俯視圖如圖8所示。

圖8 陣列排布俯視圖Fig.8 Top view of array layout

根據(jù)圖8，定義陣元1、7、15為3層陣列上各自的基準(zhǔn)陣元，其左旋通道和右旋通道的極化方式相位補(bǔ)償值為0。對(duì)于其他陣元的左旋通道，其極化方式相位補(bǔ)償值等于該層的基準(zhǔn)單元順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到該陣元位置所轉(zhuǎn)過的角度。例如，陣元2的左旋通道，其極化方式相位補(bǔ)償值為60°；陣元3的左旋通道，其極化方式相位補(bǔ)償值為120°。右旋通道極化補(bǔ)償值為左旋通道相位補(bǔ)償值的相反數(shù)。

位置補(bǔ)償和極化補(bǔ)償相加，即可得到每個(gè)通道需補(bǔ)償?shù)南辔恢担磾?shù)字波束形成中的權(quán)系數(shù)。

3.3 陣元權(quán)系數(shù)計(jì)算仿真驗(yàn)證

在仿真軟件中，按天線布陣方式輸入24個(gè)陣元坐標(biāo)、來波方向俯仰角和方位角，并改變波束指向角進(jìn)行掃描，查看合成的波束幅度與指向角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以驗(yàn)證該波束合成系數(shù)計(jì)算方式的正確性。由于該仿真的目的是驗(yàn)證波束形成算法是否能使各陣元信號(hào)經(jīng)數(shù)字移相處理后信號(hào)相位一致以完成同相疊加，與各陣元接收信號(hào)的幅度并無直接關(guān)系，所以假設(shè)各陣元接收到的信號(hào)幅度相同，同時(shí)所有陣元均參與數(shù)字波束形成。

仿真條件設(shè)置為：來波方向方位角70°，俯仰角30°，單個(gè)陣元接收信號(hào)均為幅度為10的點(diǎn)頻正弦波。仿真結(jié)果如圖9所示，圖中分別為仿真結(jié)果中波束指向俯仰角固定為30°時(shí)合成波束幅度與波束指向方位角的關(guān)系、波束指向方位角固定為70°時(shí)合成波束幅度與波束指向俯仰角的關(guān)系。

(a)波束指向方位角固定70°時(shí)，合成波束幅度與波束指向俯仰角的關(guān)系

從圖9反映的在仿真條件設(shè)置的理想情況下(不考慮來波方向偏移、來波信號(hào)無噪聲且24個(gè)陣元接收到的信號(hào)幅度相同)合成出的波束幅度與波束指向之間的關(guān)系，可以看出，當(dāng)波束指向設(shè)置為來波方向(俯仰角30°、方位角70°)時(shí)，合成的波束幅度最大，且等于所有單個(gè)陣元接收信號(hào)幅度之和。經(jīng)過該算法，各個(gè)陣元的信號(hào)相位被調(diào)整至同相，最大疊加，可認(rèn)為該計(jì)算方法正確。

4 信號(hào)處理軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件模塊結(jié)構(gòu)

FPGA內(nèi)部軟件模塊示意如圖10所示。

圖10 軟件模塊示意Fig.10 Schematic diagram of software modules

FPGA內(nèi)部軟件模塊主要由AD芯片配置模塊、GPS電子羅盤通信模塊、網(wǎng)口通信模塊、指向角度計(jì)算模塊、數(shù)字波束形成模塊、數(shù)字下變頻模塊和GTX通信模塊組成。

在信號(hào)處理系統(tǒng)中，可以最終形成分別指向3個(gè)方向的數(shù)字波束數(shù)據(jù)并輸出。3個(gè)方向分別指向3顆衛(wèi)星的位置，以實(shí)現(xiàn)多對(duì)一的實(shí)時(shí)接收通信。

同時(shí)，每個(gè)方向上，又有左旋、右旋2個(gè)波束，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射天線的極化方式，選擇左旋或右旋波束數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。例如對(duì)于左旋波束，由于左旋通道接收到線極化信號(hào)和右旋圓極化信號(hào)的幅度會(huì)明顯低于左旋圓極化信號(hào)，即對(duì)非左旋圓極化方式的干擾信號(hào)由較強(qiáng)的抑制能力，所以通過左/右旋波束選取的方式，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能[14]。

4.2 模塊功能和設(shè)計(jì)

信號(hào)處理軟件系統(tǒng)中，各模塊所實(shí)現(xiàn)的功能及部分模塊的設(shè)計(jì)方式如下：

① AD芯片配置模塊。對(duì)AD芯片進(jìn)行配置，并輸出48個(gè)通道的數(shù)字信號(hào)給到數(shù)字波束形成模塊進(jìn)行波束的合成。其中AD芯片選型為AD9694，支持16位的IQ采樣，采樣率設(shè)置為400 MHz。

② GPS、電子羅盤通信模塊。與外接的GPS和羅盤以串口形式進(jìn)行通信，解析獲得接收站當(dāng)前位置的經(jīng)度、緯度、高度、當(dāng)?shù)貢r(shí)間和姿態(tài)信息。

③ 網(wǎng)口通信模塊。與上位機(jī)以網(wǎng)口形式進(jìn)行通信，上報(bào)接收站的一些狀態(tài)信息，同時(shí)解析出星歷平根數(shù)據(jù)用于波束指向角度的計(jì)算。

④ 指向角度計(jì)算模塊。按照3.1中的計(jì)算流程，完成對(duì)指向角度的計(jì)算。由于其中涉及到較為復(fù)雜的運(yùn)算，考慮到FPGA實(shí)現(xiàn)復(fù)雜計(jì)算不便捷，所以將該模塊通過MicroBlaze軟核實(shí)現(xiàn)。軟核與FPGA之間的通信采用雙端RAM的形式，完成星歷數(shù)據(jù)、位置和姿態(tài)信息和指向角度計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)交互。

⑤ 數(shù)字波束形成模塊(DBF)。根據(jù)指向角度計(jì)算模塊輸出的俯仰角和方位角和作為固定參數(shù)存儲(chǔ)在模塊內(nèi)部的各個(gè)陣元的坐標(biāo)，按3.2中的方法計(jì)算每個(gè)通道的權(quán)系數(shù)，并與AD芯片控制模塊輸出的對(duì)應(yīng)通道采樣數(shù)據(jù)相乘，最后累加完成數(shù)字波束形成。最多可同時(shí)形成指向3個(gè)不同方向的6個(gè)波束數(shù)據(jù)，每個(gè)波束由24個(gè)左旋通道或24個(gè)右旋通道的數(shù)據(jù)經(jīng)加權(quán)后累加合成。為了獲得更大的動(dòng)態(tài)范圍，累加后的結(jié)果支持自定義截位輸出，截位控制字由上位機(jī)指定。復(fù)雜的權(quán)系數(shù)計(jì)算過程通過Vivado HLS構(gòu)造自定義IP核實(shí)現(xiàn)；權(quán)系數(shù)與通道相乘通過48個(gè)并行的乘法器實(shí)現(xiàn)；為了優(yōu)化時(shí)序，累加的操作采用分級(jí)累加的形式，以幾個(gè)時(shí)鐘的延時(shí)為代價(jià)獲得更好的時(shí)序性能。波束合成模塊構(gòu)成示意如圖11所示。

圖11 波束合成模塊構(gòu)成示意Fig.11 Schematic diagram of beam forming module structure

⑥ 數(shù)字下變頻模塊(Digital Down Conversion,DDC)。對(duì)波束進(jìn)行各自特定頻率的數(shù)字下變頻，將其調(diào)整到零中頻，并完成數(shù)據(jù)抽取以降低數(shù)據(jù)率。數(shù)控振蕩器(Numerically Controlled Oscillator,NCO)核提供的本振頻率由上位機(jī)指定。為了降低運(yùn)算量和資源消耗，工程采用先DBF，再DDC的形式，只需要6個(gè)混頻器、6個(gè)濾波器和3個(gè)NCO。降低了IP核的使用量，減少FPGA資源消耗。數(shù)字下變頻模塊示意如圖12所示。

圖12 數(shù)字下變頻模塊示意Fig.12 Schematic diagram of digital down conversion module

⑦ GTX通信模塊。將數(shù)字下變頻模塊輸出的經(jīng)過下變頻和抽取過后的波束數(shù)據(jù)打包整合，并按通信協(xié)議中的幀格式通過GTX接口發(fā)送到解調(diào)設(shè)備。底層協(xié)議采用XILINX FPGA的aurora 8B10B協(xié)議。

4.3 FPGA芯片選型及資源使用情況

根據(jù)在方案設(shè)計(jì)階段的資源估計(jì)，該系統(tǒng)的FPGA需要處理48個(gè)信道的信號(hào)分選，采用乘法器復(fù)用等技術(shù)，最終所需的乘法器數(shù)量為1 000左右。同時(shí)合成后的波束信號(hào)通過GTX通道進(jìn)行輸出，所以需要選擇帶有GTX接口的FPGA信號(hào)。

信號(hào)處理系統(tǒng)的的FPGA芯片最終選用xc7vx690tffg1927-2，在Xilinx Vivado 2016.3開發(fā)平臺(tái)中完成FPGA工程的編譯。編譯后的各資源使用情況均在正常范圍內(nèi)，其中LUT資源占用40%，LUTRAM資源占用15%，F(xiàn)F資源占用20%，BRAM資源占用25%，DSP資源占用29%。

編譯后的FPGA資源使用情況如圖13所示。

圖13 FPGA資源使用情況Fig.13 FPGA resource utilization

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了測(cè)試系統(tǒng)接收功能的正確性，并說明系統(tǒng)合成波束的性能優(yōu)劣程度，通過增益噪聲溫度比(G/T)值的測(cè)量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和分析。

由陣元排布方式可知，俯仰角度越大(即目標(biāo)高度越低)的來波方向，參與合成的陣元越少，波束形成的性能也越差。所以實(shí)驗(yàn)條件中的俯仰角設(shè)置為75°以驗(yàn)證最差條件下的系統(tǒng)功能正確性和性能優(yōu)劣，如果此條件下系統(tǒng)能正常工作，說明系統(tǒng)滿足0°～75°俯仰的覆蓋范圍要求，同時(shí)可測(cè)出所有來波方向中最差的G/T值性能。

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖14所示。

圖14 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景Fig.14 Experimental scene

在微波暗室中，將球面陣和發(fā)射天線架設(shè)在固定位置，水平距離6.1 m，發(fā)射天線高度比球面陣球心高1.6 m，發(fā)射天線位于球面陣方位角30°、俯仰角75°的方向。球面陣波束指向設(shè)置為該方向，在Vivado Hardware Manager平臺(tái)上分別觀察發(fā)射信號(hào)源打開和關(guān)閉時(shí)的波束合成結(jié)果，分別換算成信號(hào)功率和噪聲功率，計(jì)算G/T值。

在Vivado Hardware Manager平臺(tái)上觀察到合成出的信號(hào)波形如圖15所示。

作為對(duì)比，同時(shí)觀察波束方位角指向10°和0°時(shí)合成出的波束情況。圖15中H0BeamOut_1[37:20]為方位角指向30°時(shí)的合成波束?？梢钥闯?，當(dāng)波束指向方位角偏離30°時(shí)，合成出的波束幅度出現(xiàn)明顯的下降。

將載波合成波束波形導(dǎo)出到Matlab中進(jìn)行功率計(jì)算，結(jié)合關(guān)閉信號(hào)源時(shí)計(jì)算出的噪聲功率，采用下式可計(jì)算出[15-16]：

228.6(dB/K)，

(4)

式中，C為載波功率；N為噪聲功率；10log(RBW)為噪聲帶寬；EIRP為發(fā)射天線的發(fā)射功率；Lp為傳播空間損耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，G/T值為-13.2 dB/K。

圖15 載波合成波束波形Fig.15 Carrier synthetic beam waveform

表1 G/T值測(cè)量結(jié)果Tab.1 Measurement result of G/T value

6 結(jié)束語

本文給出了一種共形陣的星地通信地面接收波束形成器的設(shè)計(jì)過程，并完成了工程實(shí)現(xiàn)。以半球面的天線陣列形式對(duì)大空間覆蓋面的射頻信號(hào)進(jìn)行接收，在FPGA平臺(tái)上完成信號(hào)處理，并輸出波束數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可根據(jù)自主定位信息和上位機(jī)指定的衛(wèi)星信息，實(shí)時(shí)完成對(duì)指向角度和波束形成權(quán)系數(shù)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)空間范圍內(nèi)的多波束數(shù)字波束形成。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)功能完整，性能良好，G/T值可達(dá)到-13.2 dB/K，可以滿足空間通信過程中地面端的接收需求。