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。     

星载可动天线安装误差补偿方法

为了提高天线指向精度,本文提出了一种星载可动天线的安装误差补偿方法。该方法根据卫星结构坐标系与立方镜坐标系间的关系及立方镜坐标系与天线结构坐标系间的关系,运用欧拉角坐标转移方式,得到对天线安装误差进行补偿的坐标转移矩阵。并且针对安装误差的特点,对坐标转移矩阵进行简化,只需要在轨上注3个参数即可实现对天线安装误差的补偿。仿真结果表明,在安装误差≯1°的情况下,补偿后的指向误差最大值≤0.05°;在安装误差≯0.5°的情况下,补偿后的指向误差最大值≤0.01°,补偿后的指向误差可接受。星载可动天线安装误差补偿方法可有效补偿安装误差对天线指向的影响,上注参数少易于实现。     

中继星天线程控指向用户星的方位角和俯仰角计算

文章在假设了中继星平台姿态坐标系和中继星天线坐标系条件下,叙述由中继星及用户星轨道根数求得中继星天线程控指向用户星的方位角和俯仰角的方法。     

基于高级在轨系统的测控数传一体化方案

针对测控与数据传输信道一体化的需求,采用AOS(Advanced Orbiting System,高级在轨系统)空间链路层的等时业务,设计了一种测控数传信道一体化方案,可在上下行信道采用非相干信息帧同时传输测量信息及高速载荷数据.该方案设计了2种工作模式,模式一在上下行信道同时使用AOS传输帧,双向数据传输速率最高3 Mbit/s,测距精度优于2 m;模式二上行信道使用遥控扩频帧,可进行多站测距,抗多址干扰能力不低于15 dB,抗单频干扰能力不低于23 dB,下行信道使用AOS传输帧,最高数据传输速率3 Mbit/s,测距精度优于1 m.     

卫星测距校零中调频信号源大频偏调制与小频偏调制的时延差测量方法

卫星测距校零中,如何测量调频信号源大频偏调制输出与小频偏调制输出的时延差是一个技术难题。文章提出采用程控分数分频器作为调制度变换器,实现对该时延差的测量方法。叙述了调制度变换器原理、测量时延差的方法和研制成功的设备的测量精度试验。     

基于单脉冲跟踪体制的V频段宽带角跟踪 接收机设计与验证

随着高通量通信卫星系统对星间数据传输速率需求的不断提高,星间链路的工作频段将由Ka频段逐渐向频率资源更加丰富的毫米波频段发展。为了满足星间链路对毫米波频段自动角跟踪系统的发展应用需求,给出了一种基于单通道单脉冲角跟踪技术的V频段宽带角跟踪接收机的设计方案。采用LTCC和MCM技术实现了V频段接收组件的集成一体化设计;采用基于IQ正交混频的跟踪调制器结合数字相位补偿的单通道单脉冲角误差信号处理技术完成了宽带输入信号的角误差信号解调。在产品研制基础上,搭建了V频段角跟踪接收机测试系统,测试结果表明该V频段宽带角跟踪接收机可以完成对-95dBm~-55dBm输入信号电平范围内多种宽带数据传输信号的角误差信号解调,角误差信号抖动优于±250mV;表征输入信号电平强弱的AGC遥测电压随输入信号电平的增大而单调递增,各项指标满足V频段星间链路建链需求,为我国后续将要发展的毫米波星间链路系统奠定了扎实的技术基础。     

和差信号校相残差对星载自跟踪系统的影响

星载自跟踪系统由于其特殊的工作环境，易产生和差信号的校相残差，从而影响系统跟踪性能，严重时甚至会导致跟踪无法收敛，因此，研究其对自跟踪系统的影响规律，具有实际工程指导意义。由于实际系统具有惯性延时、非线性等特点，无法使用纯数学方法分析和差信号校相残差对自跟踪的影响。本文采用了数学分析结合仿真分析的方法，首先使用数学方法分析了校相残差对无惯性延时理想系统的影响，得到了校相残差对跟踪轨迹、收敛速度的影响规律。然后，结合星载自跟踪系统负载跟踪速度较低的特点，建立并简化了自跟踪系统仿真模型。仿真结果显示，实际系统相对于无惯性延时的理想系统，校相残差的影响更显著，但跟踪轨迹、变化规律相同；同时也验证了理论分析的正确性。结论表明，随着校相残差从零逐渐变大，跟踪轨迹由直线收敛、螺旋收敛、圆形环绕变为螺旋发散直至直线发散；校相残差对自跟踪系统的影响大小主要由控制系统惯性延时和开环增益决定，惯性延时、开环增益越大收敛速度越慢直至发散。     

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。     

基于铁氧体的Ka频段自动跟踪调制器设计与实现

文章针对铁氧体移相器相位温度稳定性差、所需驱动功率大的问题，设计了一种基于锁式铁氧体移相器的Ka频段自动跟踪调制器，采用和、差支路对称设计，以改善和、差支路相对相位温度变化的离散性；采用锁式移相器，选用运算放大器驱动N沟道与P沟道MOSFET栅极共接的推挽源极跟随器的功率放大，同时降低差支路移相器控制信号频率等方法，以减小驱动功耗。最终研制完成的自动跟踪调制器具有工作带宽宽、和差支路相位温度变化离散小、功耗低等优点。实测结果表明，在25GHz~27GHz频率范围内，在-10℃~+45℃温度变化范围内，和差支路相位变化离散≤15°，驱动功耗≤1.5W。该设备可以广泛应用于星载和地面单通道单脉冲角跟踪系统。     

用户星姿态对中继终端天线跟踪的影响

用户星姿态对中继终端天线跟踪的影响主要在两个方面：姿态角误差对指向误差的影响和姿态角、姿态角速度对指向角速度的影响。文章首先引入了欧拉轴／角的姿态表示方法，然后根据欧拉轴与指向向量间的位置关系求得了姿态角误差所引起的天线理论最大指向误差，在此基础上，不考虑最大值取值条件的情况下，进一步求得姿态角速度所引起的天线理论最大指向角速度；接着，以常用中继终端天线的安装位置为例，求出了天线指向角速度与用户星姿态角、姿态角速度的数学表达式，这样便于分析各种情况下用户星姿态对天线指向角速度的影响；最后，借助于STK仿真软件进行了仿真验证，[JP2]仿真结果验证了上述结论的正确性。结论表明：天线理论最大指向误差除了与姿态角误差有关外，还受滚动姿态角的影响；天线指向角速度同时由姿态角、姿态角速度和天线指向角度确定。[JP]