星载数字多波束接收天线的动态波束跟踪测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种星载数字多波束接收天线的动态波束跟踪测试装置及方法，所述装置包括地面发射终端、无人机、无人机遥控设备、星载数字多波束接收天线、星载接收机、地面综合处理设备、后端数据处理计算机，所述的地面发射终端装载在无人机上，无人机遥控设备通过无线遥控无人机，星载数字多波束接收天线连接星载接收机，星载接收机连接地面综合处理设备，地面综合处理设备分别与无人机遥控设备和后端数据处理计算机连接。本发明专利技术解决了同时满足星载数字多波束接收天线近场波束动态跟踪立体测试以及高动态跟踪快速移动目标速率的问题，提高了动态波束指向测试的成功率和动态波束指向准确度，降低了系统数据收发误码率，达到了应用效果。

Dynamic beam tracking test device and method for spaceborne digital multibeam receiving antenna

The invention discloses a dynamic multi beam beam receiving antenna tracking device and method for testing satellite digital, which comprises a ground terminal, UAV, UAV remote control equipment, satellite digital multi beam antenna, satellite receiver, integrated ground equipment, data processing computer, ground terminal the loading in UAV, UAV remote control equipment through the wireless remote control of UAV, satellite digital multi beam antenna connected satellite receiver, satellite receiver with integrated processing facilities on the ground, the ground processing device is respectively connected with the UAV remote control equipment and data processing computer. The invention solves the problem and satisfy the satellite digital multi beam antenna near field beam test and three-dimensional dynamic tracking of high dynamic tracking fast moving target rate, improve the success rate of dynamic beam pointing test and dynamic beam pointing accuracy, reduces the system data transmission error rate, achieves the application effect.

【技术实现步骤摘要】
星载数字多波束接收天线的动态波束跟踪测试装置及方法
本专利技术涉及卫星测试系统，尤其是一种星载数字多波束接收天线的动态波束跟踪测试装置及方法。
技术介绍
随着自适应数字波束形成(DBF)等新技术在卫星通信领域的不断发展，现在很多卫星采用星载数字多波束天线。数字多波束天线可以灵活的通过对天线阵元接收数据进行加权处理以控制天线阵的方向函数,形成各种波束赋形，不但能够有效的抑制干扰，提高有用信号信噪比。自适应数字波束形成(DBF)大都算法复杂、运算量大，对星载数字多波束天线的精确测试提出了更高要求。特别是适用于星载数字多波束接收天线，要求的全空域动态波束指向的准确性和移动目标的动态跟踪稳定性，必须采取更先进的测试设备和技术对卫星进行精确测试，用以模拟该系统的实际应用能力。在目前国内卫星领域中，卫星通信系统逐渐采用了数字多波束天线技术，其作用范围要覆盖到整个空域。传统天线方向图测试利用天线近场测量系统来测量天线近场的幅度和相位分布,采用二维的方法测出天线方位面和俯仰面的方向图，由近场测试数据推算天线的远场性能完成天线方向图的测量。然而星载数字多波束天线的波束数量多、波束指向要用三维空间特征来表示，其全空域动态波束指向的准确性和移动目标的动态跟踪稳定性必须结合数据通信收发成功率完成立体测试，常规测量无法实现，且会增加系统复杂度和成本。现有地面测试技术无法同时满足星载数字多波束接收天线近场波束动态跟踪立体测试以及高动态跟踪快速移动目标速率的瓶颈问题，使得通过动态波束指向来测试数据收发的成功率较低，导致动态波束指向准确度差、数据收发误码率高等方面的缺点。本专利技术就是为了解决上述问题的一种星载数字多波束接收天线的动态波束跟踪测试装置及方法。目前没有发现类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。目前没有发现类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种星载数字多波束接收天线的动态波束跟踪测试装置和方法，通过利用无人机携带发射终端按照规定路径飞行来提高动态波束指向和数据收发误码率的测试精度和准确度。为了达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案如下:一种星载数字多波束接收天线的动态波束跟踪测试装置，包括：地面发射终端，用于对原始基带数据进行扩频和调制，通过安装支架固定在无人机上，在飞行过程中，向卫星发射信号；无人机，用于装载地面发射终端，按照设定路径进行飞行，具备GPS测距、测高、测速功能，并将信息发送给无人机遥控设备；无人机遥控设备，用于无线遥控无人机，并接收无人机回传的GPS测距、测高、测速、星下点经纬度信息送地面综合处理设备；星载数字多波束接收天线，用于接收地面发射终端发射的上行数据信号送星载接收机；星载接收机，用于对所述星载数字多波束接收天线发送的多波束扩频信号进行波束形成、波束捕获与跟踪、解扩解调处理，将恢复出的数据按照对应的数据格式进行识别、存储、转发，并且完成对下行数据进行扩频调制处理和实时输出俯仰角、方位角遥测信号送地面综合处理设备处理；地面综合处理设备，用于接收星载接收机发送的星上下发的数据信号并进行解扩解调处理，识别并恢复数据，然后发送到后端处理计算机存储和比对，还用于接收无人机遥控设备发送的信息完成格式识别，然后发送到后端数据处理计算机处理；后端数据处理计算机，用于接收所述地面综合处理设备送来的经过恢复的数据并分别显示数据内容、误码率比对、计算目标位置标称俯仰角、方位角并与实时输出的方位角、俯仰角比对信息。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种星载数字多波束接收天线的动态波束跟踪测试方法，包括如下步骤：步骤1：首先设置好地面坐标系，并进行设备初始化，对设备状态进行检查，设置为测试前的初始状态；步骤2：设置无人机的飞行初始位置为0位置，即为星载多波束天线圆心正上方70m的位置，通过无人机遥控设备对遥控无人机进行遥控起飞,悬停在0位置，记录无人机的位置相对0位置的水平距离和高度，此时初始俯仰角、方位角应为(0，0)；步骤3：通过无人机遥控设备遥控无人机沿设定飞行路径飞行；步骤4：无人机实时回传飞行高度、距离、测速、星下点经纬度等信息给无人机遥控设备存储，同时传送给地面综合处理设备完成格式识别，送后端数据处理计算机实时计算目标位置标称俯仰角、方位角步骤5：定时启动地面发射终端完成对原始数据编码、调制；步骤6：开始发射扩频信号；步骤7：星载数字多波束接收天线将接收的扩频多波束模拟信号送星载接收机经过模数转换得到数字信号；步骤8：对得到数字信号进行波束形成、波束捕获、波束跟踪、解调、解码，得到恢复的基带数据；并根据来波指向(DOA)估计结果实时输出俯仰角、方位角，并记录测得的俯仰角、方位角遥测信号；步骤9：将恢复的基带数据信号和测得的俯仰角、方位角遥测信号送地面综合处理设备完成格式识别后送后端数据处理计算机；步骤10：后端数据处理计算机对恢复的基带信号与发射终端得到的原始数据进行误码比对；步骤11：后端数据处理计算机将计算得到的目标位置标称俯仰角、方位角和星载数字多波束接收系统实时测得的俯仰角、方位角进行比对计算角度差，确认动态波束跟踪是否正确；步骤12：重复步骤2-11，选择不同的无人机飞行路径，重新测试。其中，所述的设置地面坐标系包括：波束指向的方位角和俯仰角。其中，所述方位角和俯仰角在圆形平面天线的圆心为坐标原点建立的三维笛卡尔坐标系中定义，具体的，将星载数字多波束接收天线按反射面法线方向垂直于地面并指向冷空状态放置于支架上，圆形平面天线的圆心法线方向为坐标Z轴，以任意阵元与圆心的连线方向为X轴，并指向正北方向，按右手法则建立坐标系；方位角为方向矢量在XY平面的投影和X轴的夹角，俯仰角为方向矢量和XY平面的夹角的余角。其中，所述的设备初始化包括以下步骤：步骤4.1：将地面发射终端装载固定在在无人机上，开启进行软件加载和初始化，设置为测试前初始状态；步骤4.2：利用无人机遥控设备运行无人机操控软件进行初始化，设置无人机的飞行前初始状态；步骤4.3：进行星载数字多波束接收系统软件加载和初始化，设置为测试前初始状态；步骤4.4：进行地面综合测试设备初始化，准备好接收数据信号和角度遥测信号；其中，所述的实时计算目标位置标称俯仰角、方位角的具体步骤为：利用无人机飞行过程中实时回传给遥控设备的飞行高度、水平距离等信息作为已知条件，以星载天线的位置作为基准，按照如下公式可以计算出目标位置标称波束指向俯仰角、方位角其中，S为无人机与星载多波束天线圆心的水平距离，H为无人机飞行的高度。其中，相对于正北方向，S为无人机与星载多波束天线圆心的水平距离，L为过无人机星下点的纬度线与过星载天线的位置的经度线的交点与无人机星下点之间的弧长。其中，所述的L通过以下步骤计算：设无人机的星下点经、纬度分别为ζ1、η1，则过无人机星下点的纬度线与过星载天线的位置的经度线的交点的经、纬度分别为ζ2、η2，则弧长L＝Rp·φ；其中，Rp为地球半径，取6378.14km，φ为过无人机星下点的纬度线与过星载天线的位置的经度线的交点与无人机星下点之间的球心角，单位为弧度(rad)；球心角φ按如下公式计算：其中，所述的测试计算机对计算得到的目标位置标称俯仰角、方位角和星载数字多波束接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星载数字多波束接收天线的动态波束跟踪测试装置，其特征在于：包括：地面发射终端(101)，用于对原始基带数据进行扩频和调制，通过安装支架固定在无人机(102)上，在飞行过程中，向卫星发射信号；无人机(102)，用于装载地面发射终端(101)，按照设定路径进行飞行，具备GPS测距、测高、测速功能，并将信息发送给无人机遥控设备(103)；无人机遥控设备(103)，用于无线遥控无人机(102)，并接收无人机(102)回传的GPS测距、测高、测速、星下点经纬度信息送地面综合处理设备(106)；星载数字多波束接收天线(104)，用于接收地面发射终端(101)发射的上行数据信号送星载接收机(105)；星载接收机(105)，用于对所述星载数字多波束接收天线(104)发送的多波束扩频信号进行波束形成、波束捕获与跟踪、解扩解调处理，将恢复出的数据按照对应的数据格式进行识别、存储、转发，并且完成对下行数据进行扩频调制处理和实时输出俯仰角、方位角遥测信号送地面综合处理设备处理(106)；地面综合处理设备(106)，用于接收星载接收机(105)发送的星上下发的数据信号并进行解扩解调处理，识别并恢复数据，然后发送到后端处理计算机(107)存储和比对，还用于接收无人机遥控设备(103)发送的信息完成格式识别，然后发送到后端数据处理计算机处理(107)；后端数据处理计算机(107)，用于接收所述地面综合处理设备(106)送来的经过恢复的数据并分别显示数据内容、误码率比对、计算目标位置标称俯仰角、方位角并与实时输出的方位角、俯仰角比对信息。...

【技术特征摘要】
1.一种星载数字多波束接收天线的动态波束跟踪测试装置，其特征在于：包括：地面发射终端(101)，用于对原始基带数据进行扩频和调制，通过安装支架固定在无人机(102)上，在飞行过程中，向卫星发射信号；无人机(102)，用于装载地面发射终端(101)，按照设定路径进行飞行，具备GPS测距、测高、测速功能，并将信息发送给无人机遥控设备(103)；无人机遥控设备(103)，用于无线遥控无人机(102)，并接收无人机(102)回传的GPS测距、测高、测速、星下点经纬度信息送地面综合处理设备(106)；星载数字多波束接收天线(104)，用于接收地面发射终端(101)发射的上行数据信号送星载接收机(105)；星载接收机(105)，用于对所述星载数字多波束接收天线(104)发送的多波束扩频信号进行波束形成、波束捕获与跟踪、解扩解调处理，将恢复出的数据按照对应的数据格式进行识别、存储、转发，并且完成对下行数据进行扩频调制处理和实时输出俯仰角、方位角遥测信号送地面综合处理设备处理(106)；地面综合处理设备(106)，用于接收星载接收机(105)发送的星上下发的数据信号并进行解扩解调处理，识别并恢复数据，然后发送到后端处理计算机(107)存储和比对，还用于接收无人机遥控设备(103)发送的信息完成格式识别，然后发送到后端数据处理计算机处理(107)；后端数据处理计算机(107)，用于接收所述地面综合处理设备(106)送来的经过恢复的数据并分别显示数据内容、误码率比对、计算目标位置标称俯仰角、方位角并与实时输出的方位角、俯仰角比对信息。2.一种星载数字多波束接收天线的动态波束跟踪测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：首先设置好地面坐标系，并进行设备初始化，对设备状态进行检查，设置为测试前的初始状态；步骤2：设置无人机的飞行初始位置为0位置，即为星载多波束天线圆心正上方70m的位置，通过无人机遥控设备对遥控无人机进行遥控起飞,悬停在0位置，记录无人机的位置相对0位置的水平距离和高度，此时初始俯仰角、方位角应为(0，0)；步骤3：通过无人机遥控设备遥控无人机沿设定飞行路径飞行；步骤4：无人机实时回传飞行高度、距离、测速、星下点经纬度等信息给无人机遥控设备存储，同时传送给地面综合处理设备完成格式识别，送后端数据处理计算机实时计算目标位置标称俯仰角、方位角(θmi,)；步骤5：定时启动地面发射终端完成对原始数据编码、调制；步骤6：开始发射扩频信号；步骤7：星载数字多波束接收天线将接收的扩频多波束模拟信号送星载接收机经过模数转换得到数字信号；步骤8：对得到数字信号进行波束形成、波束捕获、波束跟踪、解调、解码，得到恢复的基带数据；并根据来波指向(DOA)估计结果实时输出俯仰角、方位角，并记录测得的俯仰角、方位角(θti,)遥测信号；步骤9：将恢复的基带数据信号和测得的俯仰角、方位角(θti,)遥测信号送地面综合处理设备完成格式识别后送后端数据处理计算机；步骤10：后端数据处理计算机对恢复的基带信号与发射终端得到的原始数据进行误码比对；步骤11：后端数据处理计算机将计算得到的目标位置标称俯仰角、方位角...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏伟，桑峰，高火山，朱维，王金华，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31