基于單通道單脈沖跟蹤接收機(jī)的快速校相技術(shù)

張　冰，喬建江，金立斌

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊　050081)

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基于單通道單脈沖跟蹤接收機(jī)的快速校相技術(shù)

張冰，喬建江，金立斌

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊050081)

航天測(cè)控系統(tǒng)中目前普遍采用雙通道跟蹤體制的多功能跟蹤基帶進(jìn)行快速校相，但在遙感衛(wèi)星接收系統(tǒng)中單通道跟蹤接收機(jī)應(yīng)用普遍，動(dòng)態(tài)快速校相技術(shù)應(yīng)用尚未得到廣泛應(yīng)用，本文根據(jù)單通道單脈沖跟蹤接收機(jī)的校相基本原理，提出了單通道單脈沖跟蹤接收機(jī)快速校相方法，并對(duì)傳統(tǒng)的快速校相方法進(jìn)行了改進(jìn)，有效提高了快速校相精度和遙感接收設(shè)備自動(dòng)化標(biāo)校水平。

單通道單脈沖跟蹤接收機(jī)；快速校相；自動(dòng)標(biāo)校；遙感

引言

在遙感衛(wèi)星跟蹤接收領(lǐng)域普遍采用單通道單脈沖自跟蹤接收機(jī)，單通道跟蹤接收機(jī)的動(dòng)態(tài)快速校相技術(shù)應(yīng)用尚未得到廣泛應(yīng)用。而傳統(tǒng)的校相方法存在流程復(fù)雜、校相時(shí)間長(zhǎng)、操作不方便等缺點(diǎn)，并且不能任務(wù)進(jìn)站初期進(jìn)行校相，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致衛(wèi)星跟蹤任務(wù)的失敗。為了尋求一種使用便利、簡(jiǎn)單、快速的校相技術(shù)，筆者在分析設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上，提出一種高效率、高精度可滿足實(shí)時(shí)校相的單通道單脈沖自跟蹤接收機(jī)快速校相算法模型，實(shí)現(xiàn)了遙感跟蹤接收領(lǐng)域的無塔一鍵校相技術(shù)。

1　技術(shù)原理

1.1單通道單脈沖跟蹤接收機(jī)校相基本原理

單通道單脈沖跟蹤體制在遙感衛(wèi)星接收系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。單通道單脈沖技術(shù)也就是單通道的變換技術(shù)，它是將天線及饋源系統(tǒng)產(chǎn)生的方位誤差信號(hào)、俯仰誤差信號(hào)，分別經(jīng)過相互正交的兩個(gè)低頻信號(hào)調(diào)制后再與和信號(hào)合并形成一個(gè)單通道信號(hào)。這個(gè)和信號(hào)可以是調(diào)頻或調(diào)相信號(hào)。單通道射頻載波信號(hào)的角度或相位變化用于傳輸數(shù)據(jù)信息，而射頻載波信號(hào)的幅度變化用于傳輸角誤差信息，通過一個(gè)共同的下行通道，傳輸?shù)浇邮諜C(jī)再分別解調(diào)出數(shù)據(jù)信息和角誤差信息，如圖1所示。

圖1　單通道單脈沖跟蹤原理示意圖

則根據(jù)上述分析解調(diào)可得：

UAZ(t)=k′θcos(Φ+ΔΦ)

UEL(t)=k′θsin(Φ+ΔΦ)

展開可以得到：

UAZ(t)=k′θcosΦcos(ΔΦ)-k′θsinΦsin(ΔΦ)

UEL(t)=k′θsinΦcos(ΔΦ)+k′θcosΦsin(ΔΦ)

所以，引入的交叉耦合為：

單通道合成器中采用6bit數(shù)字移相器，數(shù)字移相器產(chǎn)生的最大相位偏差為2.8°，溫度變化20℃產(chǎn)生的相移變化為2°，所以ΔΦ≤5°，引入的交叉耦合：

文本是語文課堂教學(xué)的重要憑據(jù)，涵養(yǎng)語文的“根”需要語文教師立足文本，依托文本，樹立文本意識(shí)，最終實(shí)現(xiàn)語文教學(xué)的高效。

0≥-tan(ΔΦ)≥-0.087

0≤tan(ΔΦ)≤0.087

和差通道相移的不一致會(huì)導(dǎo)致交叉耦合產(chǎn)生。工程實(shí)踐表明，交叉耦合小于1∶8時(shí)，單脈沖跟蹤性能處于比較理想的狀態(tài)；交叉耦合大于1∶3時(shí)，單脈沖跟蹤系統(tǒng)將無法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的收斂跟蹤。

1.2單通道單脈沖跟蹤快速校相算法建模

圖2　拉偏誤差電壓分布圖

在進(jìn)行遙感衛(wèi)星任務(wù)跟蹤時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)方便，一般在衛(wèi)星進(jìn)站初期，可借助ACU的程序引導(dǎo)或數(shù)字引導(dǎo)功能，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入天線主波束的3dB波瓣范圍后，但不一定是天線電軸對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，跟蹤接收機(jī)鎖定信號(hào)，AGC滿足跟蹤門限，并且輸出方位和俯仰跟蹤角誤差電壓，對(duì)跟蹤接收機(jī)參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置(對(duì)于左旋接收信號(hào)，將接收機(jī)方位移相值、俯仰移相值、前相移相值分別初始化為0°、0°、0°；對(duì)于右旋接收信號(hào)，將接收機(jī)方位移相值、俯仰移相值、前相移相值分別初始化為0°、180°、0°)。這時(shí)ACU讀取一組初始方位、俯仰誤差電壓UA1、UE1，然后方位拉偏(正偏或者負(fù)偏)一個(gè)固定位置偏置量ΔA，天線從P1拉偏至位置P2，再讀取一組方位、俯仰誤差電壓UA2、UE2，這樣可以通過公式計(jì)算出方位相位值。拉偏誤差電壓分布圖見圖2所示，圖中外圍虛線是最大波束邊緣，跟蹤誤差電壓最大處。

天線由P1轉(zhuǎn)動(dòng)到P2點(diǎn)位置時(shí)，單通道跟蹤接收機(jī)的前相移相值計(jì)算如下[1]:

分別按下式計(jì)算跟蹤接收機(jī)方位增益系數(shù)為：

圖3　拉偏誤差電壓分布圖

以上快速校相算法是基于方位、俯仰差信號(hào)相位理想正交，方向圖差斜率完全一致的條件下進(jìn)行算法設(shè)計(jì)和流程控制的，具有一定的局限性。在單通道跟蹤體制中，方位和俯仰和差合成一路信號(hào)，實(shí)際工作時(shí)，跟蹤接收機(jī)接收解調(diào)出的方位差信號(hào)與俯仰差信號(hào)往往沒有這樣理想。在進(jìn)行了快速校相后，在進(jìn)行天線自跟蹤條件檢查時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)天線相對(duì)目標(biāo)零點(diǎn)在俯仰方向拉偏時(shí)，將帶來交叉耦合的惡化，惡化程度與方位、俯仰差信號(hào)的相位差值有關(guān)，因此這僅僅是實(shí)現(xiàn)了“能跟蹤”，但是距離“跟蹤好”還是有需要進(jìn)一步校正。由此可見現(xiàn)有算法的局限，對(duì)天線自跟蹤性能存在潛在的影響。鑒于目前算法的局限性，對(duì)現(xiàn)有的快速校相算法及流程進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，在現(xiàn)有天線拉偏至位置P2的基礎(chǔ)上，在俯仰方向上再拉偏一個(gè)固定位置偏置量ΔE角度(如果方位順偏，則俯仰上偏；如果方位逆偏，則俯仰下偏)到P3 點(diǎn)，再讀取一組方位、俯仰誤差電壓UA3、UE3，同樣使用上述公式計(jì)算出相位值及增益系數(shù)，將此相位值與第一次拉偏相位值進(jìn)行比較，將誤差修改至方位移相值，即可完成快速校相。拉偏誤差電壓分布圖見圖3所示，圖中外圍虛線是最大波束邊緣，跟蹤誤差電壓最大處。

2　測(cè)試結(jié)果

在某遙感接收天線上采用了該動(dòng)態(tài)目標(biāo)快速校相技術(shù)，經(jīng)過系統(tǒng)聯(lián)試和用戶使用驗(yàn)證，和常規(guī)校相比較，跟蹤校相時(shí)間大幅度地縮短，校相精度高，交叉耦合優(yōu)于1/7，滿足遙感衛(wèi)星高仰角跟蹤需要，并且實(shí)現(xiàn)了在跟蹤低軌衛(wèi)星初期的一鍵快速校相，校相及跟蹤結(jié)果滿足指標(biāo)要求。具體校相測(cè)試結(jié)果見表1所示。

表1　單通道單脈沖接收機(jī)快速校相測(cè)試結(jié)果

3　結(jié)束語

針對(duì)遙感衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)特性以及遙感衛(wèi)星接收領(lǐng)域廣泛使用的單通道跟蹤接收機(jī)校相時(shí)間長(zhǎng)、校相困難的難題，提出了基于單通道跟蹤接收機(jī)的衛(wèi)星動(dòng)態(tài)目標(biāo)快速校相技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了速度快、流程簡(jiǎn)單的遙感衛(wèi)星接收領(lǐng)域無塔跟蹤一鍵快速校相，解決了對(duì)于遙感衛(wèi)星跟蹤接收領(lǐng)域中采用單通道單脈沖跟蹤體制快速校相的難題，也解決了傳統(tǒng)的校相方法時(shí)間長(zhǎng)、過程復(fù)雜的缺點(diǎn)，從而減小了硬件研發(fā)的成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，方便了用戶使用。該快速校相技術(shù)已在多個(gè)項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，校相成功率100%，校相結(jié)果完全滿足跟蹤精度要求。

[1]成亞勇,李玉瑄.雙通道角跟蹤體制實(shí)時(shí)校相算法研究[J].無線電工程，2009,39(05)：32-33.

[2]瞿元新,毛南平. 船載X頻段微波統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)快速校相方法[J].遙控遙測(cè)，2014,(02):69-72.

Fastphasecalibrationmethodforsingle-channelmonopulsetrackingreceiver

ZHANGBing,QIAOJian-jiang,JINLi-bin

(The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

Thefastphasecalibrationmethodhasnotbeenapplicableforsingle-channelmonopulsetrackingreceiver.Thispaperpresentsafastphasecalibrationmethodforsingle-channelmonopulsetrackingreceiverandimprovethetraditionalmethodbasedonthetheoryofmonopulsetracking.Itpavesthewayoftheaccuratetrackingandtheautomaticcalibrationforremotesensingsatellitetracking.

Single-channelmonopulsetrackingreceiver;Fastphasecalibration;Automaticcalibration;Remotesensing

2016-03-21

張冰(1981-)，男，工程師，主要從事天線伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制.

1001-9383(2016)02-0063-05

TN850

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