Ka频段大口径测控天线无人机校相方法设计与验证

面向Ka频段航天测控设备天线标校工程应用需求,分析了大口径测控天线相位校准方法原理,论证设计了轻量化、模块化的组合式测控应答机无人机装载模式,提出了基于无人机的S频段天线自跟踪叠加偏置进行Ka频段天线快速校相的方法,并进行了跟踪精度分析。计算了在不同地面测控天线口径下进行相位标校的链路余量,规划了无人机飞行航路和试验步骤,并进行了Ka频段天线快速校相、电轴一致性测试试验,每次相位标校得出的交叉耦合和灵敏度系数指标均满足天线对无人机信标的闭环自跟踪要求。结果表明,基于无人机平台的大口径测控天线相位校准方法能够为Ka频段测控设备标校提供一种新的手段,具有良好的工程应用前景。     

一种Ka频段双通道遥测设备的无杆标校方法研究

Ka频段双通道遥测设备的和、差通道存在相位差,并且随环境变化而变化,需要在基带终端通过校相才能实现相位差的校正,最终完成对目标的自主跟踪。在靶场中,以往都是通过架设标校杆进行基带校相,这种方法可以实现相位标校的目的,但是随着遥测设备作战领域已经向深海、高原等区域拓展,受到这些特殊位置环境等对架设标校杆的种种限制。本文重点研究了在高原环境下,不架设标杆校,通过偏馈天线发射信号,实现和、差通道相位零值标定的目的。本文给出了基于偏馈天线的无杆标校原理和方法,并通过实验验证了本文方法的有效性。     

船摇速度补偿算法在两轴天线伺服系统中的应用研究

在海洋环境下进行遥测任务时,船摇对天线的指向精度及跟踪精度影响很大。针对方位俯仰型两轴天线伺服系统,通过在伺服环路中引入船摇速度补偿,降低船摇对伺服系统控制精度的影响。首先对速度补偿算法进行简要的理论分析,明确其抗船摇扰动的机理。然后对惯导采集的船摇速度进行坐标变换,把三轴的船摇速度信息变换到天线方位俯仰轴上,进而得出船摇在天线方位俯仰轴上的速度扰动量。最后设计了两组试验,对速度补偿算法的正确性及其抗船摇的效果进行验证。结果表明,在天线伺服系统中添加速度补偿后,天线的指向精度明显提高,方案简单有效。     

Ka频段车载天线跟踪低轨卫星方式影响因素分析

针对Ka频段车载天线捕获、跟踪和接收低轨卫星高速数传数据中存在的捕获慢、跟踪和接收数据不稳定的问题,研究了其产生机理,并提出修正方法。对Ka频段卫星校相流程、校相值可用时长、以及与温度的关系进行了分析,提出了优化校相策略并进行应用。应用结果表明,捕获策略和跟踪方案能够实现快速捕获、稳定跟踪,并能保证数据可靠传输。     

车载大型遥测天线新型方舱开盖机构的设计

随着航天遥测任务对机动性和防护性要求越来越高，车载大型遥测天线开始尝试安装在方舱内，运输时可以收藏防护，工作时可以展开，并要求在车辆运动过程中进行工作，实现通信要求。方舱开盖机构是作为消除风沙雨雪等环境负载影响、改善工作条件、提高车载大型遥测天线可靠性的一项重要举措。开盖机构能够自动开启和闭合，满足大型遥测天线工作需求，收藏状态能够对大型遥测天线起到防雨、防尘和防撞击等防护作用。由于大型遥测天线尺寸跨距大，又受铁路、公路运输的限制，导致常用的开盖机构设计空间受限制，并大幅增加了方舱开盖机构防护难度。针对上述问题，介绍了一套车载大型遥测天线新型方舱开盖机构的设计，将舱顶的顶板从左右方向分为两块，左右翻转打开。为了完全不影响天线的工作，方舱左右壁上部的立板也随着顶板一起翻转，顶板和立板翻转后，均与左右舱壁贴合，保证开盖机构打开后，整车宽度尺寸不影响车辆的公路运输性。该开盖机构采取电动推杆和钢丝绳绞盘方式进行自动开盖和闭合，并对机构进行力学分析计算、电动推杆和钢丝绳绞盘选型确认。新型方舱开盖机构既实现了方舱顶盖的自动开启和闭合，又满足了大型遥测天线的车辆运输和运动过程中的通信要求，有效实现防护功能，实际应用效果良好。     

固定视场光电经纬仪标校方法初探

采用固定视场和固定指向工作方式的光电经纬仪,其视场覆盖范围小,且无法进行倒镜和方位等间隔拍摄,因而不能采用具有动目标跟踪能力的普通光电经纬仪的标校方式进行标校。针对这一难题,从标校塔设计、真值测量和数据处理三个方面进行分析,提出配置多个点目标和线目标的标校塔设计思路,指出获取点目标位置真值和线目标姿态真值测量的可行途径,从试验设计、抗差估计、迭代计算等方面讨论角度测元误差模型参数的算法设计思路,给出姿态测元的计算方法和角度测元与姿态测元精度统计方法。     

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。     

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。     

船载遥测设备海上跟踪同步星标校的方法

结合船载遥测设备和测量船的特点,提出船载遥测设备海上跟踪同步星标校的方法,并通过试验数据进行验证。该方法克服了传统近场标校方法中存在的不足,实现了船载遥测设备海上精确标校。     

基于卡尔曼滤波的飞行器测控伺服记忆跟踪算法

针对目标飞行异常情形下遥测伺服设备记忆跟踪精度低的问题,提出一种基于卡尔曼滤波的记忆跟踪算法。该算法利用卡尔曼滤波减小测量数据失真引入的初始误差,并对滤波后速度和加速度值进行记忆外推。外推数据采用Neville插值,保证记忆跟踪时天线能够平滑运行。仿真结果显示,飞行器飞行异常情形下该算法跟踪角度均方根误差较现有的记忆跟踪算法平均减小39%。     

超宽带相控阵天线的发展现状及星载应用展望

面向卫星载荷小型化、集成化和多功能一体化的发展趋势,具有超宽带、高增益和波束灵活特性的天线是目前星载天线领域的研究热点,其可满足通信、干扰、侦察、探测等多种不同应用场景,具有十分迫切的需求。首先对不同形式的超宽带天线单元进行了归纳梳理,根据天线的机电特性和空间环境适应性情况,给出了星载应用选型建议;其次对不同的超宽带波束形成方式进行了阐述,重点分析了不同波束形成方式的优缺点及其在卫星平台上的适用性;总结了超宽带相控阵天线涉及到的关键技术,对主要的技术途径进行了介绍;最后对超宽带相控阵天线的星载应用技术发展提出了建议,可为我国后续开展星载超宽带相控阵天线的技术研究和工程应用提供参考。     

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。     

基于智能机械臂的任意扫描曲面天线测试系统

传统的天线测试技术已趋成熟,这些系统主要由扫描架与转台构成,体量大且造价相对高昂.而随着人工智能技术和制造水平的巨幅提升,机械臂产业已得到广泛应用,利用高精度机械臂代替扫描架与伺服控制,加之数据后处理算法,开创了天线测试领域的新纪元.研究的基于智能机械臂的任意曲面天线测试系统为国内天线测试领域的首例实践,可实现任意扫描...     

六自由度自跟踪天线座的系统设计

六自由度自跟踪天线座是一种新型天线座,克服了A-E及X-Y型天线座存在跟踪盲区的缺点,实现了对目标的全空域跟踪。文中介绍一种六自由度自跟踪天线座系统,并通过外场测试及对卫星的跟踪,对其性能技术指标进行测试。实测结果表明,天线座各项技术指标均达到要求,成为我国自行研制的第一套六自由度自跟踪天线座系统。     

基于太阳模拟器的网状天线热变形仿真与试验研究

准确预示天线在轨温度并分析天线热稳定性的影响因素是改善天线性能的重要方面.文章通过构建网状天线热分析和热变形有限元模型,仿真得到碳纤维主反射面、支撑肋组件等结构在两种工况太阳侧照下的温度场以及热变形场;在真空低温环境下,利用太阳模拟器对网状天线进行热真空原位环境热变形摄影测量试验.对比表明,仿真模型计算结果与试验测量结...     

典型星载螺旋天线的大功率微放电效应仿真分析及试验研究

为了对星载螺旋天线的微放电效应进行分析和研究,文章以典型星载双绕背射螺旋天线为例,首先采用HFSS软件对该天线进行微放电设计及阈值仿真分析,从设计上保证天线满足卫星微波系统50 W的功率容量要求;随后用前后向功率调零检测法对天线进行功率耐受和微放电试验,验证天线的功率耐受能力;为了研究天线放电现象及放电对天线性能的影响...     

一种星载平面螺旋天线的小型化设计方法

探讨了某星载背腔式平面螺旋天线的小型化设计方法。通过螺旋线传输段进行蝶形加载;辐射段和截止段进行曲线锯齿加载;改善了螺旋天线的低频和高频特性,克服了传统阿基米德螺旋天线臂长、传输损耗大、效率低的缺点,增加了螺旋曲线的有效长度;通过合理设计天线的反射腔高度,提高了天线的增益。对背腔式平面螺旋天线各参数进行了综合优化设计,研制出了具有小型化、宽频带、高增益等特点的复合加载平面螺旋天线实物样机,并进行了测量,结果表明,所设计的天线在带宽为5∶1工作频带内具有良好的阻抗和圆极化辐射特性,与传统螺旋天线相比,天线的几何尺寸要远小于同频带的平面螺旋天线。     

一种应用于卫星通信的小型双频天线设计

文章提出一种应用于卫星通信的小型化双频天线。为了实现天线的小型化和双频段工作，在圆形单极子天线上进行了削顶和矩形切割操作；为了有效扰动电流路径而进一步缩小天线尺寸、扩大天线带宽，在天线上表面和下表面又分别刻蚀了圆环槽和对称C型槽，改善天线的阻抗匹配。天线最终尺寸为16mm×18.5mm×1.6mm。利用电磁仿真软件对天线性能进行了仿真，结果表明：该天线能够在4.76GHz~9.25GHz和10.46GHz~14.2GHz两个频段内工作，最大增益为5.9dBi，平均增益为4dBi，且满足圆极化条件，具备良好的辐射特性。     

Ka频段液晶相控阵天线设计与分析

随着5G通信、卫星通信、物联网的迅速发展，对于相控阵天线提出了更高的技术要求，要求其具有带宽更宽、成本更低、指标更优、尺寸更小等特点。为了满足移动卫星通信的需求，针对相控阵天线的技术指标要求，设计了一款工作于Ka频段的液晶相控阵天线。通过研究液晶相控阵天线系统的整体架构，对其各个主要功能模块进行了设计和选型，包括天线阵列规模大小评估，移相器、辐射器、馈电网络、偏置网络、波控电路等功能部件的选型，研究基于液晶移相技术的小型化相控阵天线及波束控制电路，最终完成天线设计与仿真，并完成原理样机的研制和测试。对关键技术指标进行论证，天线各项指标可满足Ka频段移动卫星通信的相关技术需求。相较于传统卫星终端，该液晶相控阵天线具备批量生产、体积小、通信位置灵活等特点，适用于各种安装平台，更符合现代化通信的需求，为军/民用移动卫星通信提供了一种有效可行的天线解决方案。     

一种Ku频段全向高增益天线设计

提出了一种工作于Ku频段的宽频带、高增益和H面全向的新型共面波导（CPW）的中心导体和左右地板交叉连接耦合馈电天线结构设计。csTMws。软件仿真结果表明,该结构在具有较小尺寸的同时,能够有效展宽工作频带和提高增益,并保持天线的全向性。利用CSTMWS。软件对天线表面电流的仿真,解释了天线具有宽带和全向高增益辐射的原因：终端加载的三角形单极天线引起CPW中心带条的电流为行驻波电流,使天线获得了较宽的阻抗带宽;10个天线辐射单元的表面电流近似等幅同相,使天线获得了全向高增益的性能。研制出了工作在Ku频段的CPW交叉连接耦合馈电天线并进行了测试。天线印刷于厚度为0．5mm的FR-4环氧树脂板上,其反射系数低于-10dB时的频带为12．4～13．5GHz,相对带宽达8．5％,H面全向最大增益为6．6dBi,表明测试结果与仿真结果吻合较好。整个天线的尺寸仅为81mm×6．1mm,可应用于Ku频段的通信系统中。