中繼用戶終端動(dòng)態(tài)捕獲跟蹤性能驗(yàn)證的地面裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及繼用戶終端系統(tǒng)地面測試技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種中繼用戶終端動(dòng)態(tài)捕獲跟蹤性能驗(yàn)證的地面裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中繼衛(wèi)星和用戶星均為動(dòng)目標(biāo)，只有兩者相互捕獲跟蹤后，星-星-地間的信息鏈路才能建立。對于口徑大于0.5m的中繼終端天線，因其天線波束相對窄，而程序跟蹤能達(dá)到的精度有限，需要中繼用戶終端通過配置捕獲跟蹤子系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤來實(shí)現(xiàn)有效跟蹤。
[0003]對于自動(dòng)跟蹤成敗起關(guān)鍵作用之一的就是獲取和差信號(hào)相位差也稱相位標(biāo)校，使和差信號(hào)交叉耦合達(dá)到最小，由此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的地面驗(yàn)證試驗(yàn)；而且地面驗(yàn)證試驗(yàn)方法也需充分考慮在軌獲取和差相位差的可行性與一致性，因?yàn)楹筒钕辔粫?huì)隨著和、差兩路傳輸通道的溫度差，以及和、差兩路旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、低噪聲放大器壽命期的老化不一致性而改變。
[0004]另外，地面驗(yàn)證試驗(yàn)不僅要考慮各捕獲跟蹤模式的驗(yàn)證，關(guān)鍵還要驗(yàn)證在軌動(dòng)態(tài)力學(xué)條件下各模式間切換的過程匹配性和穩(wěn)定性。
[0005]現(xiàn)有的地面驗(yàn)證方法有兩種，一種是不帶真實(shí)的中繼終端天線的有線驗(yàn)證方案，即采用兩個(gè)模擬器，一是天線機(jī)構(gòu)模擬器，模擬天線低頻信號(hào)的輸入輸出以驗(yàn)證天線轉(zhuǎn)動(dòng)性能，二是天線和差信號(hào)模擬器，模擬射頻輸入信號(hào)以驗(yàn)證天線之后的通道捕獲跟蹤性能，這種方法不僅在射頻通道驗(yàn)證方面是不全面的，無法獲得真實(shí)的和差信號(hào)相位差情況，且所模擬的天線轉(zhuǎn)動(dòng)只驗(yàn)證了軌道與角度的算法，并未對整個(gè)捕獲跟蹤通道的動(dòng)態(tài)性能(比如各種捕獲跟蹤模式的切換、天線與伺服控制的過程匹配性和穩(wěn)定性)進(jìn)行驗(yàn)證;另一種是帶真實(shí)中繼終端天線的無線驗(yàn)證方案，但沒有采用模擬用戶星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)和軌道運(yùn)動(dòng)的天線轉(zhuǎn)臺(tái)，因而地面驗(yàn)證所處的動(dòng)力學(xué)邊界條件不充分;沒有使用星載自主校相功能，因而獲取和差相位差的方法過程復(fù)雜、重復(fù)性差、且很難在軌實(shí)施，因?yàn)樵谲壭枰谥欣^終端天線X軸或Y軸基本不變化的特殊軌道上才能進(jìn)行。
[0006]目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有地面驗(yàn)證方法存在的問題與不足，提供了一種中繼用戶終端動(dòng)態(tài)捕獲跟蹤性能驗(yàn)證的地面裝置和方法，實(shí)現(xiàn)了對中繼用戶終端捕獲跟蹤子系統(tǒng)進(jìn)行全閉環(huán)、全動(dòng)力學(xué)邊界條件驗(yàn)證，該試驗(yàn)方法不僅對中繼用戶終端捕獲跟蹤在軌運(yùn)動(dòng)環(huán)境下的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了充分驗(yàn)證，且重復(fù)性好、準(zhǔn)確度高。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種中繼用戶終端動(dòng)態(tài)捕獲跟蹤性能驗(yàn)證的地面裝置，包括:Ka中繼信標(biāo)及天線、中繼終端天線轉(zhuǎn)臺(tái)、工控計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備、卸載架以及頻譜儀;其中:
[0010]所述Ka中繼信標(biāo)及天線用于模擬中繼衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)發(fā)射指定電平、頻率的無線信號(hào)；
[0011 ]所述中繼終端天線轉(zhuǎn)臺(tái)用于裝載中繼用戶終端的Ka中繼終端天線、接收工控計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備發(fā)送來的軌道運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)、模擬Ka中繼終端天線相對于中繼衛(wèi)星的軌道運(yùn)動(dòng)；
[0012]所述工控計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備將用戶星軌道參數(shù)轉(zhuǎn)換成中繼用戶終端相對于中繼衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌跡、角速度、角加速度信號(hào)，發(fā)送給中繼終端天線轉(zhuǎn)臺(tái)；同時(shí)向中繼用戶終端的綜合接口單元發(fā)送中繼用戶終端任務(wù)控制包使中繼用戶終端模擬在軌工作，并采集監(jiān)測綜合接口單元下傳的遙測信號(hào)；
[0013]所述卸載架在Ka中繼終端天線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行重力卸載，使Ka中繼終端天線的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載與在軌相當(dāng)；
[0014]所述頻譜儀用于監(jiān)測Ka中繼終端天線所接收到的和信號(hào)、差信號(hào)。
[0015]優(yōu)選地，所述Ka中繼信標(biāo)及天線與Ka中繼終端天線相距幾百米左右距離，Ka中繼信標(biāo)及天線與Ka中繼終端天線之間無遮擋物；同時(shí)為避免Ka中繼終端天線卸載困難，Ka中繼信標(biāo)及天線與Ka中繼終端天線之間盡量保持平視。
[0016]優(yōu)選地，所述中繼終端天線轉(zhuǎn)臺(tái)包括X軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)X軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)收到工控計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備發(fā)送的軌道運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)X軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別與Ka中繼終端天線反向相對轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種中繼用戶終端動(dòng)態(tài)捕獲跟蹤性能驗(yàn)證的測試方法，包括如下步驟:
[0018]步驟S101、發(fā)射電平調(diào)配:根據(jù)場地距離計(jì)算空間損耗，計(jì)算出Ka中繼終端天線輸出信號(hào)，調(diào)整Ka中繼信標(biāo)及天線發(fā)射電平，使Ka中繼信標(biāo)及天線處于測試的安全電平范圍內(nèi)；在Ka中繼終端天線和信號(hào)、差信號(hào)輸出口旁路用頻譜儀監(jiān)測信號(hào)，同時(shí)標(biāo)定中繼用戶終端的跟蹤接收機(jī)接收端靈敏度信號(hào)電平下所對應(yīng)的Ka中繼終端天線輸出和信號(hào)、差信號(hào)電平；
[0019]步驟S102、中繼終端天線零位校準(zhǔn):中繼終端天線轉(zhuǎn)臺(tái)靜止不動(dòng)，頻譜儀于Ka中繼終端天線和信號(hào)、差信號(hào)輸出口記錄和信號(hào)、差信號(hào)方向圖，工控計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備向綜合接口單元發(fā)送中繼用戶終端工作指令包，控制調(diào)整Ka中繼終端天線以勻速分別在X軸方向、Y軸方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，使差信號(hào)方向圖中差信號(hào)最小，再使和信號(hào)方向圖中和信號(hào)最大；保持此時(shí)Ka中繼終端天線的位置，在此基礎(chǔ)上細(xì)調(diào)Ka中繼終端天線X軸、Y軸角度，使跟蹤接收機(jī)輸出的“X軸誤差電壓”、“Y軸誤差電壓”遙測讀數(shù)最小，此位置即為天線零位；
[0020]步驟S103、靜態(tài)角誤差信號(hào)分離:中繼終端天線轉(zhuǎn)臺(tái)靜止不動(dòng)，工控計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備向綜合接口單元發(fā)送中繼用戶終端工作指令包，將Ka中繼終端天線置于零位，并將Ka中繼終端天線從零位分別沿X軸、-X軸、Y軸、-Y軸勻速拉偏0Q.5(即該天線3dB波束寬度的I/2)，分別記錄跟蹤接收機(jī)所輸出的這4個(gè)點(diǎn)位(即X軸偏尚零位+θο.5、X軸偏尚零位-θο.5、Y軸偏離零位+θο.5、Υ軸偏離零位-θο.5)的"X軸誤差電壓〃、〃Y軸誤差電壓〃、〃Ka信標(biāo)信號(hào)和差通道相位差〃、〃X軸誤差斜率〃和"Y軸誤差斜率〃遙測值；當(dāng)位于X軸的2個(gè)點(diǎn)位，其"X軸誤差電壓〃遙測值為最大值、"Y軸誤差電壓〃遙測值為最小值，位于Y軸的2個(gè)點(diǎn)位，其"X軸誤差電壓〃遙測值為最小值、"Y軸誤差電壓〃遙測值為最大值時(shí)，表明和差通道交叉耦合最小，中繼用戶終端工作指令包中的"Ka信標(biāo)信號(hào)和差通道相位差〃、〃X軸誤差斜率〃和"Y軸誤差斜率〃參數(shù)設(shè)置正確，角誤差信號(hào)正常分離；
[0021]步驟S104、自動(dòng)校相:中繼終端天線轉(zhuǎn)臺(tái)靜止不動(dòng)，工控計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備向綜合接口單元發(fā)送中繼用戶終端工作指令包，設(shè)置中繼用戶終端為自動(dòng)校相模式，將Ka中繼終端天線置于零位，并將Ka中繼終端天線從零位分別沿X軸、-X軸、Y軸、-Y軸勻速拉偏
00.5，記錄該模式下〃校準(zhǔn)信號(hào)和差通道相位差〃、〃X軸誤差斜率〃、〃Y軸誤差斜率〃遙測值，并將其與步驟S103的相應(yīng)遙測值"Ka信標(biāo)信號(hào)和差通道相位差〃、〃Χ軸誤差斜率〃、〃Υ軸誤差斜率〃相減，求平均得到修正值，判斷是否需要修正;如需修正，則工控計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備向綜合接口單元發(fā)送帶修正參數(shù)的指令包，重復(fù)步驟S103;
[0022]步驟S105、靜態(tài)天線跟蹤:中繼終端天線轉(zhuǎn)臺(tái)靜止不動(dòng)，Ka中繼信標(biāo)及天線模擬具有多普勒頻偏變化的中繼衛(wèi)星信號(hào)，其發(fā)射的信號(hào)電平大小使在跟蹤接收機(jī)接收端為靈敏度電平;工控計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備向綜合接口單元發(fā)送工作指令包，在工作指令包所設(shè)定的跟蹤捕獲閾值與自動(dòng)跟蹤模式下，將Ka中繼終端天線從零位位置沿任意方向拉偏θ0.5角度，觀察“信標(biāo)信號(hào)鎖定狀態(tài)”遙測值即可知Ka中繼終端天線轉(zhuǎn)入自動(dòng)跟蹤的時(shí)間，將“X軸角度”、“Y軸角度”遙測值與零位位置比較即可得到自動(dòng)跟蹤的精度;進(jìn)一步將Ka中繼終端天線從零位位置沿任意方向拉偏大于θο.5角度，置中繼用戶終端為應(yīng)急故障模式，觀察“信標(biāo)信號(hào)鎖定狀態(tài)”、“X軸角度”、“Y軸角度”遙測值，確認(rèn)Ka中繼信標(biāo)及天線已被捕獲跟蹤;
[0023]步驟S106，動(dòng)態(tài)天線跟蹤:工控計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備向中繼終端天線轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)模擬衛(wèi)星姿態(tài)、軌道等條件運(yùn)動(dòng)，并向綜合接口單元發(fā)送工作指令包置中繼用戶終端為程序跟蹤模式、程控轉(zhuǎn)自動(dòng)跟蹤模式、應(yīng)急故障模式，驗(yàn)證中繼用戶終端在動(dòng)態(tài)捕獲跟蹤時(shí)的跟蹤時(shí)間和精度等性能。
[0024]本發(fā)明的地面裝置和方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0025]1、本發(fā)明對中繼用戶終端捕獲跟蹤的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行全閉環(huán)、全動(dòng)力學(xué)邊界條件驗(yàn)證，能充分考核在軌動(dòng)力學(xué)條件下各種捕獲跟蹤模式及其切換，以及各模式下的Ka中繼終端天線與伺服控制的過程匹配性和穩(wěn)定性。
[0026]2、本發(fā)明利用星載自主校相，使得靜態(tài)角誤差信號(hào)分離過程簡單可控，提高測試效率以及有效性的同時(shí)，達(dá)到了在軌校相與地面校相一致的效果。
【附圖說明】
[0027]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0028]圖1是本發(fā)明地面裝置的組成框圖；
[0029]圖2是本發(fā)明地面驗(yàn)證方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。[0031 ] 實(shí)施例
[0032]下面結(jié)合附圖對本實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明中繼用戶終端動(dòng)態(tài)捕獲跟蹤性能驗(yàn)證的地面裝置，包括Ka中繼信標(biāo)及天線、中繼終端天線轉(zhuǎn)臺(tái)、工控計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備、卸載架以及頻譜儀。Ka是指Ka波段。
[0034]Ka中繼信標(biāo)及天線模擬中繼衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)發(fā)射指定電平、頻率的無線信號(hào)，裝載在中繼終端天線轉(zhuǎn)臺(tái)上的Ka中繼終端天線與轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)接收該信號(hào)并送后端處理，