ETS—VI上搭载的用于S波段星间通信的星上轨道计算和跟踪系统

本文介绍了日本工程试验卫星-Ⅵ(ETS-Ⅵ,将于1992年发射)上的S波段星间通信设备(SIC)的星上轨道计算和跟踪系统。该星间通信设备有一副多波束相控阵天线,用54个移相器调整波束指向。根据星载微处理器的星上轨道计算结果来控制54个移相器,使波束指向任何所需的用户卫星。星间通信要求精确的星上波束指向,本文介绍了一种方法,可用于星上轨道计算并估计由系统所考虑的各摄动所引起的波束指向误差。     

S频段星载相控阵天线在轨标校技术

针对星载相控阵天线在轨标校技术,重点研究了S频段星载相控阵天线标校方法,论证了标校站的数量及配置要求,同时分析了标校时间和标校流程,从而提出了使用1个标校站进行粗略标校,然后再使用3个标校站进行精确标校,即改进的粗略标校+精确标校的在轨标校方法。在保证标校精度的同时,使标校站天线口径从3个7m天线降低为1个7m天线和2个0.5m天线,大大降低了系统对标校站的建设要求。当相控阵天线波束合成损失大于1dB,系统可采用单站粗略标校+三站精确标校的改进算法进行天线标校;当相控阵天线波束合成损失在1dB以内,系统可省略单站粗略标校过程直接进行三站精确标校。     

同步轨道通信卫星天线覆盖图在轨测试方法

同步轨道通信卫星天线覆盖图在轨测试的目的是检验卫星入轨后上下行覆盖图与设计覆盖区域的一致性,以及太阳照射产生的天线热变形等因素对覆盖特性的影响。针对卫星上常用的固定赋形波束天线、区域波束天线和可移动点波束天线等类型的星载天线在轨测试问题,分析了几种在轨测试方法的原理,包括偏置卫星姿态法、转动天线平台法以及使用移动测量站的方法,提出了偏置卫星姿态法中融合转发器遥测参数判决和多站联合在轨测试的解决方案,有效解决了既要节省宝贵的燃料又要尽可能测量多条切线方向图的工程难题。对真星的固定赋形波束天线和可移动点波束天线进行了在轨测试,测试结果与实际特性吻合很好,验证了方法的可行性。最后,针对融合遥测参数判决的多站联合偏置卫星姿态法的测量不确定度进行了分析。     

用户星中继终端在轨应用策略

在介绍在轨用户星中继终端的分类、功能和使用现状的基础上,重点对用户星中继终端多约束条件进行了梳理分析。为缓解常态化应急测控带来的资源紧张矛盾,提出了用户星中继终端在轨应用策略,即Ka/S模式下影随测控,小S模式下定时捕获。针对Ka+小S模式下实现影随测控的可行性问题,利用STK(Satellite Tool Kit,卫星开发工具包)软件进行了仿真计算分析,结果表明:为实现影随测控,满足测控快速响应需要,要求星载S频段中继测控天线对中继卫星的覆盖范围,应大于星载中继数传天线对中继卫星的覆盖范围。     

星载全空间可见GPS接收系统定位精度分析及验证

针对低轨空间科学卫星在轨任意姿态无固定对天面造成的无法连续GPS(Global Positioning System,全球定位系统)定位的问题,在HXMT(Hard X-ray Modulation Telescope,硬X射线调制望远镜)卫星中提出了星载全空间可见的GPS接收系统,并指出了双天线多径干扰对定位精度的影响。建立模型,对双天线下主瓣直达信号和后瓣镜像干扰信号叠加合成的信号进行定位精度分析,结果表明,空间中83.3%以上的GPS卫星信号对该系统带来的定位误差影响不大于单天线的定位误差影响。通过半物理动态仿真验证以及外场试验进行验证,实际工程测试数据结果表明采用剔星策略后定位精度提高约13.4%。从而证明了星载全空间可见的GPS接收系统方案的正确性,并可广泛应用于工程实际。     

空间大型星载抛物面天线研究进展

抛物面天线作为星载天线的重要组成部分,在深空探测、移动通信、国防事业、气象监测等方面均具有广泛应用,近年来随着上述学科的快速发展,抛物面天线的研究也越来越受到人们的重视。针对空间大型星载抛物面天线的发展与需求,首先系统地概括了国外星载抛物球面天线的发展现状,综述了刚性、网状以及充气式星载抛物球面天线,对各类星载抛物球面天线的结构、性能进行了较为详细的描述和分析,对国内在该领域的部分研究成果进行了简述。然后梳理了星载抛物柱面天线的发展,对国内外具有代表性的抛物柱面天线进行了介绍,对抛物球面天线和抛物柱面天线进行了参数对比与分析。接下来对近年来针对星载抛物面天线的相关技术进行了介绍。最后对星载抛物面天线的发展趋势做了简要分析与预测。     

灵活的全空域同时多波束测控技术

针对日益发展的多星同时测控需求,给出了一种灵活的全空域多波束同时测控阵列天线实现技术。在分析国外GDPAA(网格球顶相控阵天线)相控阵技术的基础上,提出了子阵有源相控阵+多面数字波束合成的综合实现架构,比较了多面拼阵和球面拼阵工程实现的优缺点;并在单元天线建模的基础上对多面拼阵和球面拼阵进行了系统仿真,验证了其半球覆盖的波束性能和全空域覆盖的可行性。考虑工程实现,给出了多面拼阵的实现建议,并对其发展构思、预期性能和主要关键技术进行了探讨,最后进行了归纳总结。     

无人机测控通信系统中智能天线技术

针对无人机测控与信息传输系统中地面设备笨重、跟踪速度慢等问题,提出地面天线采用智能天线的方法,利用MUSIC(MUltiple SIgnal Classification,多重信号分类)算法实现对机载终端的DOA(Direction Of Ar-rival,波达方向)估计,并添加去相关操作对抗多径,利用基于LCMV(Linearly Constrained Minimum Variance,线性约束最小方差)准则的波束成形算法完成波束赋形,相较于传统的机械跟踪方式,具有设备质量小、成本低、机动性灵活性强和跟踪速度快等优势.仿真和实际测试结果表明,采用DOA估计和波束成形算法的智能天线能够在保证高增益的同时,实时准确地估计出有用信号和多径信号的来波信号方向,并正确完成波束指向,具有很高的工程应用价值.     

在全尺寸F-22上进行的早期天线试验

美国空军正通过在外形修改成与F-22隐身外形一致的YF-22原型机机体上试验F-22天线系统来消除技术风险。这是罗姆实验室的工程师们在军机研制的最早阶段试验安装在全尺寸机体上的天线系统。由于采用了自动高速测量系统,这些试验也是罗姆实验室所进行的最为详细的试验。 由于F-22采用若干具有电子操纵波束的多元相控阵天线,比常规天线需测量更多的参数。罗姆实验室研制的新型计算机化测试系统可使工程师们控制相控阵雷达形成的可操纵电子扫描波束,并使波束在测量期间高速扫描。     

柔性天线面对漂浮基星载天线扰动分析及抑制

 为了研究柔性天线面弹性变形对漂浮基星载天线的扰动,采用固定界面模态综合法和Lagrange方法,通过轴末端与天线面交界面的协调关系,推导了大范围运动的星载天线刚柔耦合动力学模型,其所建立的动力学模型计算效率高并具有足够的精度。分析了柔性天线面弹性变形对星载天线的扰动,利用PD+振动力反馈控制抑制系统振动,并基于Lyapunov方法证明了控制系统的渐近稳定性。仿真结果表明：天线工作过程激起了柔性天线面弹性振动,进而引起星载天线的抖动,严重影响了星载天线的指向精度;利用其控制策略能快速抑制系统振动。结论对天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

卫星通信设备抗直升机旋翼遮挡技术测试验证方法研究

抗旋翼遮挡技术是直升机载卫星通信设备的核心技术.根据直升机载卫星通信系统旋翼遮挡的特点,分析研究了直升机无遮挡通信时间比率与直升机航向和卫星波束入射角的关系,以此分析设计了试飞方案.发现了抗旋翼遮挡技术的重大设计缺陷,并通过试飞中的测试数据对抗旋翼遮挡算法进行了优化改进,有效实现了抗旋翼遮挡技术的有效性验证,达到直升机载卫星通信设备定型试飞的目的,为后续该类型设备的试飞奠定了扎实的理论与实践基础,具有较高的工程应用价值.     

30/20 GHz Band Small Earth Station for ISSDN Experiment

The system design and operational results of a 30/20 GHz band small Earth station for integrated services satellite digital network (ISSDN) experiments are presented. The Earth station has a high efficiency offset Cassegrain antenna with elliptical beam, a high power klystron amplifier with 1 kW output power and an uncooled parametric low noise amplifier with 200 K noise temperature. Experiments were performed using the medium capacity communications satellite for experimental purposes (CS). Performance on the Earth station was high. Effective radiation power (ERP) was greater than 88.1 dBW, and the receiving figure of merit (G/T) was larger than 30.6 dB/K. Good transmission characteristics were obtained through the satellite link for demand assigned time-division multiple access (DA-TDMA) with 20 Mbit/s bit rate.     

机载卫星通信天线引导概率分析

针对某机载Ka频段卫星通信天线的使用环境,论述其天线角跟踪系统在捷联航姿设备引导下,天线主波束指向卫星目标位置的概率,分析影响天线角跟踪系统引导概率的主要因素,通过消减系统中大误差源保证了天线引导概率,通过扩展主波束指向空域提高了目标落入概率。计算数据和试验验证表明,给出的分析方法可行,设计策略有效。     

Experiments on aeronautical satellite communications using ETS-Vsatellite

The world's first aeronautical satellite communication experiments, conducted at L-band frequencies using a commercial aircraft, are described. An airborne antenna with electronically steerable beam and communication equipment was installed in a B-747F freighter flying over transoceanic flight routes. The satellite used in these experiments is the Engineering Test Satellite-Five (ETS-V). During the test period, various experiments, such as antenna pattern measurements, transmission performances, and voice quality evaluation were conducted. As the airborne antenna is the key component for the aeronautical satellite communication system, emphasis has been placed on antenna characteristics. Its performance is found to be closely related to the fading characteristics in low-elevation areas and to transmission error performance     

不同GNSS星载原子钟周期特性分析

高精度的卫星时钟修正是全球卫星导航系统实时精密单点定位和授时服务的重要基础。为了提高GNSS钟差预报精度,需要对GNSS星载原子钟的周期特性进行分析。基于2016年全年的GNSS精密卫星钟差数据,利用中位数方法进行了数据预处理,使用多项式拟合模型分析了卫星钟的拟合残差,利用频谱分析法分析了BDS、GPS卫星钟差的周期特性,全面分析了BDS、GPS星载原子钟的周期特性。分析结果表明：除Cs钟外,其他卫星钟差都表现出较好的周期特性,BDS、GPS的主周期项基本在12h、24h、6h附近;同时不同的轨道、原子钟,其钟差周期项不同,而相同的轨道类型,其钟差周期项也存在一定差异;卫星的钟差主周期分别近似为其卫星轨道周期的1/2倍、1倍、2倍。     

基于改进POCET技术的通导一体化信号设计

随着低轨卫星组网的发展,结合我国北斗三号全球卫星导航系统的全面建成,研究兼容北斗的通信导航一体化技术日益迫切。为使卫星上的高功率放大器工作在非线性饱和区,以达到较高的发射功率效率,需要保证合成信号的恒包络特性。考虑北斗导航信号与低轨卫星通信信号频点不同,且待复用信号分量较多,以相位优化恒包络发射(POCET)技术为基础,提出了一种改进的多频点多非独立信号分量恒包络复用技术,对七路信号进行复用,利用罚函数进行目标函数优化得到最优解。通过分析其信号特性,表明该方法具有较高的复用效率,并能有效抑制非独立分量造成的波形畸变,从而实现通信导航一体化信号设计,为未来基于低轨卫星的通信导航一体化波形设计提供了思路。     

Sequential dynamic resource allocation in multi-beam satellite systems:A learning-based optimization method

Multi-beam antenna and beam hopping technologies are an effective solution for scarce satellite frequency resources. One of the primary challenges accompanying with Multi-Beam Satellites(MBS) is an efficient Dynamic Resource Allocation(DRA) strategy. This paper presents a learning-based Hybrid-Action Deep Q-Network(HADQN) algorithm to address the sequential decision-making optimization problem in DRA. By using a parameterized hybrid action space,HADQN makes it possible to schedule the beam patte...     

基于改进POCET技术的通导一体化信号设计

随着低轨卫星组网的发展,结合我国北斗三号全球卫星导航系统的全面建成,研究兼容北斗的通信导航一体化技术日益迫切。为使卫星上的高功率放大器工作在非线性饱和区,以达到较高的发射功率效率,需要保证合成信号的恒包络特性。考虑北斗导航信号与低轨卫星通信信号频点不同,且待复用信号分量较多,以相位优化恒包络发射（POCET）技术为基础,提出了一种改进的多频点多非独立信号分量恒包络复用技术,对七路信号进行复用,利用罚函数进行目标函数优化得到最优解。通过分析其信号特性,表明该方法具有较高的复用效率,并能有效抑制非独立分量造成的波形畸变,从而实现通信导航一体化信号设计,为未来基于低轨卫星的通信导航一体化波形设计提供了思路。     

Nontracking antenna performance for inertially controlled spacecraft using TDRSS

A series of tests to validate an antenna pointing concept for spin-stabilized satellites using a data relay satellite is described. These tests show that proper antenna pointing on an inertially stabilized spacecraft can lead to significant access time through the relay satellite even without active antenna pointing. We summarize the test results, the simulations to model the effects of antenna pattern and space loss, and the expected contact times. We also show how antenna beam width affects the results.     

An Adaptive Multiple-Beam Transmitter for Satellite Communications

A multiple-beam satellite communications system that can adaptbeam power to varying beam traffic is proposed. A new type active-array fed, single reflector antenna design and an S band, 5-beamsystem concept including interbeam exchange are described. Basedon these concepts, a high EIRP multiple-beam system with trafficadaptability similar to a single-beam system is realized.