衛(wèi)星信標的用途及應(yīng)用

盧育鳳

國家廣播電視總局五五二臺 福建省 福州市 350007

1 衛(wèi)星信標的計算

信標接收機是衛(wèi)星通信地球站中用于天線跟蹤衛(wèi)星的設(shè)備，五十四研究所自主研制的一系列信標接收機具有L/C/Ku各頻段的信標接收能力，能夠完成衛(wèi)星的信標信號鎖定、鑒相，并將其轉(zhuǎn)換成與功率成正比的直流信號送給伺服控制系統(tǒng)，確保天線對準衛(wèi)星工作，獲得最佳天線增益。其中，步進信標接收機廣泛應(yīng)用于固定衛(wèi)星通訊地球站和車載靜中通系統(tǒng)中；單脈沖跟蹤接收機廣泛應(yīng)用在車載動中通、船載和機載衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。

衛(wèi)星信標是怎么算的呢。如果以亞太2R 為例，用Ku 波段的轉(zhuǎn)發(fā)器，本振是11300（C 波段轉(zhuǎn)發(fā)器的本振是5150）。衛(wèi)星的信標信號是由衛(wèi)星上發(fā)射的一個頻率和幅度都固定的信號，主要用于衛(wèi)星上行地球站的天線對星和自動跟蹤，對普通接收用戶而言意義不大。一般每顆通訊衛(wèi)星均帶有C（Ku）波段信標信號。亞太2R 水平極化信標為12749MHz，垂直為12251MHz， 如 本 振 為11300MHz，接收下來的信標頻率水平為12749-11300=1449MHz，垂直為12251-11300=951MHz。

2 衛(wèi)星信標的主要用途

2.1 向地面測控系統(tǒng)提供衛(wèi)星遙測信息

每顆通信衛(wèi)星均攜帶有C/Ku波段的信標，衛(wèi)星各分系統(tǒng)的運行參數(shù)實時傳送到星上信標發(fā)射機，經(jīng)過相位調(diào)制后變?yōu)閿y帶遙測信息的中頻調(diào)制波，隨后進行上變頻，并由星上的全向或定向天線發(fā)射出去，最終信標信號被地面測控系統(tǒng)接收。帶遙測信息的信標的調(diào)制帶寬約在200kHz左右，亞洲衛(wèi)星公司的信標經(jīng)遙測信息調(diào)制，其帶寬最高可達300MHz，而未帶遙測信息的信標（常見于Ku 波段信標）則是未調(diào)制單載波。

2.2 轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星測距音信號

衛(wèi)星接收地面測控系統(tǒng)發(fā)射的測距音信號經(jīng)過指令接收機的處理后，測距音信號通過信標發(fā)射機發(fā)送回地面，被地面測控系統(tǒng)接收，以進行衛(wèi)星軌道確定。從這個功能上說，衛(wèi)星信標的重要程度一點都不比星上轉(zhuǎn)發(fā)器低。如果信標發(fā)射機出現(xiàn)故障，就有可能導(dǎo)致整顆衛(wèi)星的丟失。因此一般的通信衛(wèi)星都是在C 波段配置兩個信標發(fā)射機，互為備份。

2.3 為地面通信系統(tǒng)服務(wù)

信標可以用于地面天線對星和自動跟蹤，以及Ku 波段地面系統(tǒng)的自動上行功率控制。衛(wèi)星信標最重要的功能之一就是能夠像夜間為船舶指引方向的燈塔一樣，引導(dǎo)地面站精確指向衛(wèi)星。值得注意的是，在實際工作中有些衛(wèi)星信標的頻率相差不大且位置又相對接近，加之地面站的低噪放一般都或多或少地存在頻偏。因此，僅僅依靠鑒別信標頻率是否一致很難判別是否對錯了衛(wèi)星。我們知道傳統(tǒng)的通信衛(wèi)星不論是C波段還是Ku波段，基本上都配置兩個以上的信標。所以筆者認為，只有通過對同一衛(wèi)星上的多個信標進行統(tǒng)一測量才能更準確的加以分辨，減少對錯衛(wèi)星的幾率。

目前中國上空可以看到的衛(wèi)星，其C 波段信標多為兩個信標在同一個極化。而Ku 波段的信標則分別位于不同的極化，一個極化至少一個。鑒此，使用C 波段信標對衛(wèi)星時可以比較兩個同極化信標的頻率差，以此作為區(qū)分衛(wèi)星的依據(jù)（由于接收系統(tǒng)的頻偏同時作用于兩個信標頻率，因此其頻率差值應(yīng)相對準確）。而Ku 波段對星時，除了對正極化信標進行辨別外，還應(yīng)轉(zhuǎn)動雙工器鑒別反極化信標的頻率是否相符。應(yīng)結(jié)合兩個信標的頻率情況綜合判斷為宜。

3 衛(wèi)星信標應(yīng)用

3.1 熱備份低噪聲放大器的增益

在配置伺服系統(tǒng)時，應(yīng)考慮到熱備份低噪聲放大器的增益問題。如果不同低噪聲放大器的增益存在很大的差別，那么當其被人為或者自動切換后，信標功率會出現(xiàn)明顯的跳變，從而導(dǎo)致伺服系統(tǒng)判斷錯誤。

3.2 信標功率的穩(wěn)定度

衛(wèi)星信標的功率與地面設(shè)備無關(guān)，其功率穩(wěn)定度相對較高，大致變化范圍在1dB 以內(nèi)。但如果我們通過地面站對衛(wèi)星信標進行24小時連續(xù)監(jiān)測，會發(fā)現(xiàn)即使在天氣變化不大的情況下，其信標功率的波動也會在2-3dB。主要是衛(wèi)星地面站低噪聲放大器增益會隨著環(huán)境溫度的變化而變化，從而導(dǎo)致了監(jiān)測信標功率讀數(shù)的變化。

3.3 信標頻率的穩(wěn)定度

我們知道衛(wèi)星的信標是由星上信標發(fā)射機產(chǎn)生的，通過衛(wèi)星通信天線發(fā)射到地面。由于衛(wèi)星信標與地面設(shè)施無關(guān)，一旦衛(wèi)星發(fā)射升空，其信標的頻率無法改變，且頻率穩(wěn)定度相對較高。

3.4 作為大口徑天線自動跟蹤衛(wèi)星的參考源

在理想的條件下，同步衛(wèi)星相對于地面的位置是固定不變的，但實際應(yīng)用當中的衛(wèi)星軌道存在漂移，衛(wèi)星地面站必須要使用跟蹤系統(tǒng)，根據(jù)安裝位置不同，地球站分為固定站、車載站、船載站、機載站，衛(wèi)星信標作為大口徑天線伺服系統(tǒng)的信號源，該系統(tǒng)會根據(jù)信標的變化，自動調(diào)整天線的方位、俯仰角，保持地面天線精確指向衛(wèi)星。衛(wèi)星上行站的天線伺服控制設(shè)備一般采用 VertexRXI 公司 7200 天線控制器，操作方便靈活，工作穩(wěn)定可靠，輔以Model 253 型信標跟蹤接收機，驅(qū)動單元采用中國電子科技集團公司第五十四研究所最先進的設(shè)備，可以實現(xiàn)很高的跟蹤精度。