卫星大型挠性天线弹性振动抑制的研究

论文从工程实践角度探讨了具有大尺寸（直径几米～几十米）和高精度（０．０５°）的挠性天线指向控制问题。在借鉴和改进有关抑制挠性天线弹性振动研究的基础上，初步设计了星—地回路的挠性天线指向控制方案。最后，通过分析数值仿真结果，给出了提高挠性天线指向精度的主要因素。     

RF communications subsystem for the Radiation Belt Storm Probes mission

The NASA Radiation Belt Storm Probes (RBSP) mission, currently in Phase B, is a two-spacecraft, Earth-orbiting mission, which will launch in 2012. The spacecraft's S-band radio frequency (RF) telecommunications subsystem has three primary functions: provide spacecraft command capability, provide spacecraft telemetry and science data return, and provide accurate Doppler data for navigation. The primary communications link to the ground is via the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory's (JHU/APL) 18 m dish, with secondary links to the NASA 13 m Ground Network and the Tracking and Data Relay Spacecraft System (TDRSS) in single-access mode. The on-board RF subsystem features the APL-built coherent transceiver and in-house builds of a solid-state power amplifier and conical bifilar helix broad-beam antennas. The coherent transceiver provides coherency digitally, and controls the downlink data rate and encoding within its field-programmable gate array (FPGA). The transceiver also provides a critical command decoder (CCD) function, which is used to protect against box-level upsets in the C&DH subsystem. Because RBSP is a spin-stabilized mission, the antennas must be symmetric about the spin axis. Two broad-beam antennas point along both ends of the spin axis, providing communication coverage from boresight to 70°. An RF splitter excites both antennas; therefore, the mission is designed such that no communications are required close to 90° from the spin axis due to the interferometer effect from the two antennas. To maximize the total downlink volume from the spacecraft, the CCSDS File Delivery Protocol (CFDP) has been baselined for the RBSP mission. During real-time ground contacts with the APL ground station, downlinked files are checked for errors. Handshaking between flight and ground CFDP software results in requests to retransmit only the file fragments lost due to dropouts. This allows minimization of RF link margins, thereby maximizing data rate and thus data volume.     

变形反射面天线的效率

基于场相关原理,导出了适用于反射面缓变变形的反射面天线效率表达式,并讨论了它与Rutz 公式的关系,为反射面天线的设计提供了更为准确的电磁与结构关系式。     

地球站天线与卫星天线极化取向对准的计算方法

本文给出了接收通信卫星线极化辐射信号时地球站天线极化取向角的计算公式。使用线极化辐射的通信系统中,地球站天线极化取向随其地理位置而变化。本文利用坐标变换方法导出了实用的计算公式。在地球站的架设、调整中,只要利用所公布的卫星定点经度位置和卫星天线波束指向角数据,加上所架设地球站的地面经纬度,便可算出极化角取向。本文给出的公式不仅用于电视接收站,还可适用于通信地球站。     

偏置动量系统中的挠性天线指向控制研究

从工程实践角度,探讨了在目前广泛采用的偏置动量轮三轴姿态稳定卫星上,进行大尺寸（３～５ｍ）和高指向精度（０．０５°）的挠性天性指向控制问题。在建立具有挠性天线的星体动力学模型,以及在借鉴和改进有关抑制挠性天线振动研究的基础上,设计了三轴稳定卫星平台上的挠性天线指向控制系统的方案。最后,根据数值仿真结果,给出了影响挠性天线指向精度的主要因素。     

窄边波导缝隙行波天线单柱面紧缩场测试研究

窄边波导缝隙行波天线单元是通过在单柱面紧缩场中测试进行筛选的,通过实际测试,对单柱面紧缩场测试系统有了一定了解,对柱面场的特性、天线校平的方法、外混频需要注意的事项、减小单元天线互耦等方面进行测试研究,已经完成了Ku、Ka两个频段近300根单元天线的筛选测试工作。     

一种室外远距离天线测试转台系统的控制方法

为了满足天线在室外的远距离测试需求,提出了一种外场天线测试转台的控制方法。该天线测试系统由上位测试子系统、发射转台子系统和接收转台子系统组成,通过无线网桥实现各子系统间的远距离无线通讯;转台子系统采用EtherCAT 总线,接线形式简单、容易扩展、通讯速率快;采用TwinCAT 和LabVIEW 作为软件开发环境,开发了转台的运动控制和通讯软件界面。本论文对转台子系统控制原理及子系统间通讯方式进行了详细说明,分析了转台子系统定位精度,并通过试验表明该系统满足室外远距离天线测试需求,满足设计指标要求。     

采用信标的大型可展开天线指向控制方法

为提高大型可展开天线的指向控制精度,并适应喷气卸载等在轨工况,基于Craig-Bampton法建立了表征柔性天线指向的动力学模型,在此基础上提出了一种采用信标的大天线指向控制方法.该方法先基于卡尔曼滤波,对大天线的振动状态进行检测,若天线未出现明显振动,则通过信标敏感器修正天线指向偏差,同时引入星本体姿态敏感器以保证稳定性;若天线振动超过阈值,则仅引入星本体敏感器以衰减振动,直至天线未出现明显振动.最后利用瑟拉亚(Thuraya)卫星的在轨实测热变形数据进行了仿真验证.结果表明,在未受到喷气扰动时,大天线指向精度优于±0.02°,在受到喷气扰动后,系统可正确检测并切换跟踪输入.这说明,该指向控制方法在保证稳定性的同时,可以有效修正大天线指向偏差,并能适应在轨位保、卸载喷气工况.     

应用数字工业摄影测量实现天线反射体姿态恢复

介绍了天线在安装现场实现无塔标校的一种方法。根据公共点坐标转换原理,采用数字工业摄影测量(简称摄影测量)技术,实现天线反射体(包括主反射面、副反射面、馈源)姿态的恢复。通过天线反射体姿态恢复后所测试Ka/S波段方向图和测试Ka/S波段原始方向图比对,可知天线电性能指标恢复满足要求。     

深空通信天线组阵关键技术及其发展趋势

天线组阵是未来深空通信中的重要发展方向之一。本文介绍了天线组阵的发展历程,重点讨论了组阵中的关键技术,包括阵址选择、阵元口径和数量设计、阵构型设计以及信号处理的方法,分析了上述技术对组阵性能的影响。最后,探讨了天线组阵的发展趋势。