卫星姿轨控制对大型柔性索网天线在轨指向影响分析

文章针对星载天线大尺寸、大柔性，引起卫星姿轨控时卫星本体姿态运动与柔性天线自身弹性变形相互耦合，进而导致天线指向精度下降的问题，提出了一种计算卫星姿轨控制引起的大型柔性天线在轨波束指向偏差的计算方法。首先，结合有限元法和混合坐标法，通过理论推导，建立了卫星与大型柔性索网天线刚柔耦合动力学模型；然后，以某在轨成像卫星东西位保为例，通过有限元法对该柔性索网天线进行模态分析，得到描述天线弹性振动的模态矩阵与质量矩阵，结合天线的模态矩阵、质量矩阵及天线与卫星本体的坐标转换关系，得到天线振动相对于星本体坐标系的平动耦合系数与转动耦合系数，再与星本体的刚体运动参数组合起来，求解卫星天线刚柔耦合动力学模型，即可得到天线实际振动位移。最后，根据天线实际振动位移进行天线型面拟合，并选取其最差型面进行了天线电波束指向仿真。仿真结果表明，天线方位向的波束指向偏差最大为0.0576°，可为天线在轨指向设计提供依据。该算法同样适用于卫星其他姿轨控制工况。     

用户星天线指向控制设计初探

在数据中继卫星系统中，为保证用户星和中继星间的通信，用户星天线要精确指向中继星。由于天线指向系统和姿态控制系统间存在动态耦合，天线桅杆又有拉伸和扭转变形，所以仅靠卫星的姿态控制不能达到要求的指向精度，必须采用独立的指向控制系统。本文针对这一情况，首先分析了用户星天线指向跟踪信号，并设计单轴天线控制器。仿真结果表明，用典型跟踪信号作为输入，可得到满意的跟踪精度。     

运载火箭天基测控天线覆盖性能分析

相控阵天线是运载火箭天基测控系统的重要组成部分,天线波束指向的正确性决定了天基测控系统工作的有效性。文中对造成天线波束指向偏差的影响因素进行简述,并以某型号飞行弹道为例,重点分析运载火箭姿态角误差对天线波束覆盖性能的影响。分析方法可作为运载火箭天基测控系统设计和工程研制的参考。     

飞行器程控跟踪相控阵天线安装误差补偿技术

针对窄波束高增益相控阵天线波束指向精度要求高、安装误差对波束指向的影响无法忽略的问题,提出了一种基于光学瞄准的安装误差测量方法,给出了光学测量内容和误差修正矩阵,经某型无人机飞行测试表明,该方法可以减少由安装误差带来的波束指向偏差,对高精度波束指向具有重要意义。     

相控阵天线波束指向的近场测试方法

针对大扫描角度相控阵天线平面近场测试波束指向偏差大的问题,分析了原因,提出了一种简单可行的利用平面近场精确测试相控阵天线波束指向的方法。     

V 频段卫星通信天线捕获跟踪系统研究

随着卫星通信向大容量、网络化发展,Q/ V 频段逐渐应用于卫星通信的星地馈电链路和星间链路。为了掌握Q/ V 频段卫星通信技术,课题开展了频率较高的V 频段卫星通信天线捕跟系统研究和关键单机研制。由于V 频段天线波束窄,天线指向精度要求高,课题选择了程控+自动跟踪的天线指向控制方法,天线捕获跟踪采用单通道单脉冲体制方案。针对V 频段1. 8m 天线,解决了反射面赋性设计、精加工和形面精度测试,馈源小型化、精加工和装配,以及天线增益测试等难题。解决了V 频段单通道调制器芯片电路稳定工作和参数优化方法,实现了低噪声、高增益和高的和差通道隔离特性。在单机研制基础上,搭建了V 频段天线捕跟系统,通过外场捕获跟踪试验,获取了V 频段卫星通信天线捕跟系统关键参数:天线增益大于56dBi,低噪放噪声系数小于4. 2dB,自跟精度优于0. 05°。通过课题研究,验证了天线捕跟系统优良的跟踪性能,突破了V 频段关键单机设备研制技术,为后续型号应用积累了工程经验。     

中继卫星在轨自动跟踪精度测试方法研究

针对中继卫星在轨自动跟踪精度测试基准值建立和有效数据获取的难题,根据在天线电轴跟踪零点附近角误差电压灵敏度正比于波束指向角误差灵敏度的特性,提出了采用角误差电压灵敏度作为基准值,天线稳定跟踪目标时的方位角误差电压和俯仰角误差电压作为测试数据,通过数据处理得出在轨自动跟踪误差,然后与差波束零点(天线电轴)与和波束接收信号最大值轴之差相加,得出在轨自动跟踪精度的测试方法。并制定测试方案和测试流程,在轨进行了实施。与地面测试结果进行比较,数据相近,验证了测试方法的可行性和有效性。采用该方法测试难度小,便于实施,测试结果不受天线安装误差、卫星姿态变化等因素的影响,解决了中继卫星在轨自动跟踪精度测试的难题。     

星载抛物面天线视在相位中心确定方法及应用

星载抛物面天线成像过程中对波束的指向精度有较高要求,而波束指向精度在很大程度上取决于天线相位中心的位置精度。基于抛物面天线工作原理及视在相位中心的定义,提出一种抛物面天线视在相位中心的确定方法。在此基础上,通过卫星在轨多体系统仿真分析,给出了卫星机动过程中的视在相位中心坐标范围,并利用最小二乘法分析了视在相位中心坐标偏移量。进一步对比分析了有阻尼器和无阻尼器连接方式对天线视在相位中心偏移量的影响关系,为后续抛物面天线指向精度研究提供了理论基础。     

机载聚束式SAR天线波束指向控制分析

建立波束控制条件下的机载聚束式SAR的天线指向及成像数学模型,证实天线波束指向被控造成回波信号的幅度调制,引起成对回波,从而影响成像质量。此外,分析波束指向控制比率与测绘带方位宽度、图像动态范围的制约关系,提出设计机载聚束式SAR天线波束指向控制比率的基本原则。最后,通过计算机仿真,验证理论分析的正确性。     

面向空间太阳能电站应用的超大规模天线阵列 模块尺寸与姿态偏差效应分析

空间太阳能电站微波能量传输需要具备超大规模的相控阵列波束形成和超高精度的波束指向控制能力。采用大尺寸的基本相控电单元能够缩减天线阵列规模和微波发射通道数目,从而显著降低微波能量发射系统的构造和组装成本。然而,相控单元的尺寸越大,对天线模块的结构刚性和姿态控制精度要求越高。基于天线阵列的结构化构型设计,提出超大规模回复反射阵列的结构模块和相控电单元的尺寸分析模型,推导得到结构模块姿态偏差、电单元尺寸要求和能量传输效率的近似关系及其解析表达式,可供作为空间太阳能电站微波传能天线阵列及其波束控制方案设计的参考依据。     

星载天线双轴定位机构指向精度分析

以星载天线双轴定位机构为对象,分析了其指向精度的影响因素,从传动误差、测量误差、安装误差以及热变形误差等方面,研究了各项精度影响因素的分析模型和计算方法,建立了指向精度的分析模型,并以某一天线双轴定位机构为例进行指向精度分析。     

星载天线指向精度建模与分析

随着天线定位机构运动日趋复杂以及对定位机构任务要求的不断提高,提高指向精度已成为星载天线机构能力提升的核心。综合考虑卫星姿态控制误差、展开机构误差、双轴驱动机构误差和反射面误差等因素,利用齐次变换矩阵得到天线指向运动学误差等式,从而得到天线指向精度分析的一般方法。以某星载点波束定位机构为例,对各误差源的影响进行了分析,...     

热变形对一种天线指向机构指向精度的影响分析

热变形对天线指向机构的指向精度具有重要影响,但利用传统的设计方法很难实现对指向精度的准确计算,尤其是热变形对指向精度影响的研究工作更是少见。为此建立了机构的三维实体热-结构耦合有限元分析模型,根据有限元分析结果并结合机构的运动链关系,构建了各关键运动副运动误差的计算方法;在此基础上实现了机构指向误差的计算,研究了运动副名义、最大以及最小配合间隙条件下,温度载荷对各关键运动副运动误差和指向精度的影响。研究结果表明,温度载荷对关键运动副的运动误差以及机构的指向精度具有重要影响,随着温度载荷偏离常温数值的增加,指向误差不断增大,名义配合间隙条件下的指向误差最大。     

中继卫星轨道倾角漂移对在轨校相影响分析及策略

针对中继卫星轨道倾角在一个较大范围内变化，在轨校相采用天线精确指向标校站后，方位向、俯仰向十字拉偏标定校相码的方法，校相时间长，校相过程中轨道漂移带来的星上天线指向变化会影响校相准确性等问题，文章对轨道倾角漂移引起的星上天线指向变化进行仿真，并分析该变化对在轨校相的影响。以此为依据，对中继卫星角跟踪系统在轨校相方案进行研究，给出了粗校准与精校准相结合的校相策略，将轨道倾角漂移引起星上天线指向变化带来的校相误差降至最小。中继卫星角跟踪系统采用该方案进行相位校准后，在天线半功率波束宽度范围内，方位和俯仰误差信号的极性正确，交叉耦合小于20%，多次执行捕获跟踪任务，均能成功捕获跟踪目标，并且自动跟踪精度优于指标要求，验证了相位的正确性，表明该方案切实可行。     

遥测接收天线自动跟踪ATTRA系统的设计

本文介绍我校研制的一种遥测接收天线方位角自动跟踪系统623—ATTRA 的原理、组成及技术性能。该系统已在小型无人驾驶飞机及地面车辆遥测系统中应用。使用该系统后,由于遥测接收天线自动指向目标,从而提高了遥测数据传输的可靠性和精度。文章对方位角跟踪精度作了分析。     

面阵天线阵面变形后天线方向图的计算

1 概述 星载合成孔径雷达(SAR)天线多采用大型可折迭展开的平面阵天线,以实现波束赋形、波束扫描、多频段和多极化等特殊要求。和反射面天线等其他形式的天线一样,由于受加工精度误差和环境条件的影响,天线的机械与电气结构并非理想情况,即存在误差。对于星载SAR面阵天线,由于星载天线特殊的结构以及高空特殊环境的影响,天线阵面存在较大的变形误差。计算变形误差对天线电气性能影响是天线系统理论估算必须考虑的问题,本文主要进行变形天线方向图的计算。     

一种反射面波束扫描角度快速估算方法

针对现有反射面天线设计中，因馈源横向偏焦而引起波束扫描角度变化的一般现象及扫描角度估算过程，首先，采用归一化及逆推思想，并结合理论分析提出了一种快速估算焦径比约为0.8的正馈反射面馈源横向偏焦波束扫描角度的方法；其次，在此基础上，利用归一化的思想将这一方法推广到任意焦径比下正馈反射面天线波束扫描角度估算；最后，利用GRASP10.0仿真对比分析验证了该估算方法的正确性及精度。该方法为馈源横向偏焦的正馈反射面天线波束指向角度快速估算提供了一种新的途径。     

一种旋转飞行器应答机天线系统的设计

在当前应答机天线系统的工作模式下,飞行器旋转会引起其天线波束方向不断变化,导致地面测控设备信号间断,不能获取连续测量数据,难以实现精确跟踪测量。针对旋转测量存在的问题,本文设计了一种分集式应答机天线系统,理论分析和仿真结果表明,通过采用该系统,有效解决了现有天线系统的不足,能够实现对旋转飞行器的连续稳定跟踪。     

大型索网式可展开天线在轨高精度指向控制

以星载大型索网式可展开天线为对象,研究在轨工作过程中天线视轴高精度高稳定度指向控制方法。首先,基于Craig-Bampton法建立表征天线指向的动力学模型;然后针对天线振动对视轴指向的影响,设计PD反馈+陷波滤波器的控制算法;进一步分析影响指向精度的因素,设计带有调节滤波器的改进控制器以减小天线视轴指向的周期性误差,提高指向精度与稳定度。最后,给出数值仿真校验的结果并与现有的方法进行比较。结果表明,所提出的控制算法在保证天线指向稳定的同时,可以有效减小天线视轴的指向偏差,并对干扰与振动具有良好的鲁棒性。     

基于实时引导修正的大口径天线对星快速校相方法

对测控站中快速校准和差通道相位的方法进行了原理分析,以18 m口径天线为例,论证了在X频段下大口径天线的空间波束相对于S频段更窄,利用X频段空间目标进行快速校相时需要天线系统提供更高的指向精度来满足校相时的角度偏置处于主瓣内.通过分析抛物面天线的指向误差源和模型,提出了基于该模型进行目标引导数据误差反向修正的工程应用方...