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20世纪以来,跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)的发展使得航天测控通信技术发生了革命性的变化,在构建全球化天地一体网络中起到了重要作用。在TDRSS返向链路中,中继卫星通过高功率放大器将相控阵天线各阵元接收信号放大转发至地面终端站,然后在地面站进行数字波束合成,其中高功率放大器的非线性失真特性破坏了各通道阵元信号的幅相一致性,从而导致星下波达方向(DOA)估计和波束合成(DBF)性能下降。本文结合国家自然科学基金项目“TDRSS返向链路星下DBF性能恶化机制及提升技术研究”,针对高功率放大器非线性失真问题进行了深入的研究,提出GDM-SVSLMS均衡算法有效地补偿非线性失真。本文的研究内容主要包括以下三部分:(1)分析了功率放大器的非线性特性,推导了功率放大器非线性特性对30路阵元信号的幅度和相位影响的数学模型,并通过Matlab仿真实验结果加以验证。(2)为了分析非线性失真对TDRSS性能的影响,首先推导了AM/AM和AM/PM变换失真对波达方向估计和数字波束合成性能影响的数学模型,然后在Matlab平台搭建了基于星下DBF体制的TDRSS返向链路仿真系统。仿真结果表明非线性失真会造成DOA指向精度下降,进而影响波束方向图指向角度及旁瓣抬升,导致系统误码性能恶化。(3)为改善非线性失真引起的星下DBF性能恶化,采用线性横向自适应均衡器,在经典变步长LMS均衡算法和动量梯度下降算法的基础上,提出一种变步长-动量梯度下降(GDM-SVSLMS)算法,并设计了通道均衡补偿器。理论和仿真实验均表明:该均衡补偿器对30路阵元信号非线性失真的校正是可行的,同时算法的收敛速度和稳定性得以提升;本文所设计的通道均衡补偿器能够消除DOA估计角度的偏差,修正波束图指向及降低旁瓣,从而改善星下DBF性能。本文的研究成果可为我国第二代中继卫星系统“天链二号”的建设提供一定的参考价值。