一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准方法及系统技术方案

本发明专利技术是一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨快速校准方法及系统，本发明专利技术以经典单通道单脉冲跟踪理论为基础，仅需要一个地面站发送信号，星上经过几个简单操作步骤，便可在短时间内实现卫星单通道单脉冲角跟踪系统的相位校准。其基本步骤包括(1)向卫星发送信号，星上跟踪接收机锁定该信号；(2)将星上天线在方位向拉偏一个小角度，利用拉偏前后方位差、俯仰差遥测以及X轴、Y轴旋变遥测计算出初步的相位；(3)上注该相位，星上天线跟踪回零位；(4)对星上天线进行十字拉偏，进行相位的精确校准。

A phase in orbit calibration method and system for single channel monopulse angle tracking system

The invention is a method and system of phase on orbit calibration of single channel monopulse angle tracking system. The invention is based on the classical single channel monopulse tracking theory and only needs a ground station to send signals. After several simple operation steps on the star, the single channel monopulse angle tracking system can be realized in a short time. Phase calibration. The basic steps include (1) sending signals to the satellite, on the satellite tracking receiver to lock the signal; (2) the initial phase is calculated by using the azimuth difference, the pitch difference telemetry, the X axis and the Y axis rotation by the azimuth deviation of the satellite antenna, and (3) the antenna is tracked back to the zero position on the satellite, and (4) The antenna is cross polarized and the phase is precisely calibrated.

【技术实现步骤摘要】
一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准方法及系统
本专利技术涉及一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准方法及系统，特别是一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨快速校准方法，主要在高轨中继卫星以及通信卫星角跟踪系统中使用，属于卫星无线电跟踪测量

技术介绍
星载单脉冲角跟踪系统的天线接收目标发来的信号，其单脉冲天线馈源输出“和”信号Σ、“差”信号Δ。差信号Δ是“方位差”信号ΔA及“俯仰差”信号ΔE的矢量和，馈源的方位差信号ΔA矢量与俯仰差信号ΔE矢量互相垂直。星载捕跟接收机通过测量“和”、“差”两路信号之间的幅度、相位关系来确定天线偏离目标的方向。例如：天线对准目标时，和信号最大、差信号等于零。天线在方位轴负向偏离目标时，和信号减小，差信号大小正比于偏离目标角度大小，和、差信号相位相差180°。“和”、“差”从馈源输出后，分别经过波导、滤波器、低噪声放大器等传输信道，信道长度不同会造成“和”、“差”信号相位关系发生变化，进而造成角误差特性变坏，例如误差特性曲线斜率变小、交叉耦合变大，误差特性极性可能改变等。严重时，系统就不能捕获跟踪。因此，星载单脉冲角跟踪系统执行任务前必须先对“和”、“差”信道的相位差进行校准和补偿。在公开刊物及公开渠道上了解到单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准方法有2种：1)耦合测试法：在地面适当位置设置一个地面站向卫星发射信号，星载天线和信号Σ输出端增加一个定向耦合器、差信号Δ输出端增加一个开关。星载角跟踪系统差信号输入可以在天线Δ信号和Σ耦合信号之间切换。进行在轨相位校准时，将星载角跟踪系统差信号输入切换至星载天线Σ耦合信号，然后对角跟踪系统移相器进行360°移相，利用方位差、俯仰差曲线计算相位的取值。该方法校相过程中不需要转动星载天线，但星上系统需要额外增加两台设备，增加了星上系统的复杂程度，降低了星上系统的可靠度。2)拉偏测试法：我国中继卫星角跟踪系统在轨校相参考了地面测控雷达的校相方法，将标校塔设置在地面星下点的位置。进行在轨相位校准时，首先转动星载天线，通过极值搜索的方法使星载天线指向对准地面标校塔。在此基础上，将星载天线方位轴拉偏0.15°，求出相位α1；将星载天线俯仰轴拉偏0.15°，求出相位α2。计算得到星载角跟踪系统相位最终取值为：该方法不需要星上系统额外增加设备，但校相过程首先需要通过极值搜索的方法使天线对准地面站，该过程耗时长且指向精度差，影响最终相位校准精度。
技术实现思路
本专利技术的
技术实现思路
为：克服现有技术的上述不足，提供了一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨快速校准方法及系统，解决了测试系统复杂以及测试耗时长带来精度下降的问题。本专利技术的技术方案是：一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准方法，步骤如下：1)粗校准单通道单脉冲角跟踪系统相位；2)根据粗校准结果，通过上行遥控将单通道单脉冲角跟踪系统相位注入星上接收机，并发送自跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；3)在粗校准结果基础上对单通道单脉冲角跟踪系统的相位进行精确校准。所述粗校准单通道单脉冲角跟踪系统相位的方法为：11)向卫星发射信号，控制星上天线指向地面站，使星上接收机锁定信号，记录遥测数据，遥测数据包括天线的方位差遥测电压ΔUA0和俯仰差遥测电压ΔUE0；12)控制星上天线方位轴转动，增大天线方位轴角度记录遥测数据，遥测数据包括天线的方位差遥测电压ΔUA1和俯仰差遥测电压ΔUE1；13)根据地面试验所测得的方位差遥测电压与天线方位轴偏转角度的转换系数、上述遥测数据以及天线方位轴增大角度，计算单通道单脉冲角跟踪系统相位α0粗校准结果。所述计算单通道单脉冲角跟踪系统相位α0粗校准结果计算公式为：其中，K为地面试验所测得的方位差遥测电压与天线方位轴偏转角度的转换系数。所述单通道单脉冲角跟踪系统的相位进行精确校准的方法为十字拉偏法：31)控制星上天线方位轴转动，使得天线方位轴角度增大获得使得俯仰差遥测电压ΔUE为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α1，将单通道单脉冲角跟踪系统相位α1通过上行遥控注入星上接收机，并发送自跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；其中，θ为星上天线半功率波束宽度；32)控制星上天线方位轴转动，使得天线方位轴角度减小获得使得俯仰差遥测ΔUE为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α2，发送星上天线自动跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；33)控制星上天线俯仰轴转动，使得天线俯仰轴角度增大获得使得方位差遥测ΔUA为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α3，发送星上天线自动跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；34)控制星上天线俯仰轴转动，使得天线俯仰轴角度减小获得使得方位差遥测ΔUA为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α4，发送星上天线自动跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；35)计算得到单通道单脉冲角跟踪系统相位精确校准结果α：一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准系统包括：地面站、地面测试系统，数据处理模块；地面站向待校准卫星发射校准信号，控制待校准卫星的星上天线指向地面站，使待校准卫星的星上接收机锁定地面校准信号，地面测试系统记录遥测数据，遥测数据为方位差遥测电压和俯仰差遥测电压；地面测试系统通过上行遥控控制星上天线方位轴转动，增大天线方位轴角度，地面测试系统记录遥测数据，遥测数据为天线方位差遥测电压和俯仰差遥测电压；数据处理模块根据遥测数据计算单通道单脉冲角跟踪系统相位进行粗校准；星上接收机接收通过上行遥控注入的单通道单脉冲角跟踪系统相位，并发送自跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；数据处理模块在粗校准基础上对单通道单脉冲角跟踪系统的相位进行精确校准。所述计算单通道单脉冲角跟踪系统相位α0进行粗校准的公式为：其中，K为地面试验所测得的方位差遥测电压与天线方位轴偏转角度的转换系数，ΔUA0和ΔUE0为锁定星上接收机时地面测试系统记录的天线方位差遥测电压和俯仰差遥测电压，为天线方位轴增大角度，ΔUA1和ΔUE1为天线方位轴角度增大时，地面测试系统记录的天线方位差遥测电压和俯仰差遥测电压。所述对单通道单脉冲角跟踪系统的相位进行精确校准的方法为十字拉偏法：(51)地面测试系统通过上行遥控控制星上天线方位轴转动，使得天线方位轴角度增大获得使得俯仰差遥测电压ΔUE为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α1，将单通道单脉冲角跟踪系统相位α1通过上行遥控注入星上接收机，并发送自跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；其中，θ为星上天线半功率波束宽度；(52)地面测试系统通过上行遥控控制星上天线方位轴转动，使得天线方位轴角度减小获得使得俯仰差遥测ΔUE为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α2，发送星上天线自动跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；(53)地面测试系统通过上行遥控控制星上天线俯仰轴转动，使得天线俯仰轴角度增大获得使得方位差遥测ΔUA为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α3，发送星上天线自动跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；(54)地面测试系统通过上行遥控控制星上天线俯仰轴转动，使得天线俯仰轴角度减小获得使得方位差遥测ΔUA为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α4，发送星上天线自动跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；(55)计算得到单通道单脉冲角跟踪系统相位精确校准结果α，本专利技术与现有技术相比的有益效果为：(1)本专利技术利用星本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准方法，其特征在于步骤如下：1)粗校准单通道单脉冲角跟踪系统相位；2)根据粗校准结果，通过上行遥控将单通道单脉冲角跟踪系统相位注入星上接收机，并发送自跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；3)在粗校准结果基础上对单通道单脉冲角跟踪系统的相位进行精确校准。

【技术特征摘要】
1.一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准方法，其特征在于步骤如下：1)粗校准单通道单脉冲角跟踪系统相位；2)根据粗校准结果，通过上行遥控将单通道单脉冲角跟踪系统相位注入星上接收机，并发送自跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；3)在粗校准结果基础上对单通道单脉冲角跟踪系统的相位进行精确校准。2.根据权利要求1所述一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准方法，其特征在于：所述粗校准单通道单脉冲角跟踪系统相位的方法为：11)向卫星发射信号，控制星上天线指向地面站，使星上接收机锁定信号，记录遥测数据，遥测数据包括天线的方位差遥测电压ΔUA0和俯仰差遥测电压ΔUE0；12)控制星上天线方位轴转动，增大天线方位轴角度记录遥测数据，遥测数据包括天线的方位差遥测电压ΔUA1和俯仰差遥测电压ΔUE1；13)根据地面试验所测得的方位差遥测电压与天线方位轴偏转角度的转换系数、上述遥测数据以及天线方位轴增大角度，计算单通道单脉冲角跟踪系统相位α0粗校准结果。3.根据权利要求2所述一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准方法，其特征在于：所述计算单通道单脉冲角跟踪系统相位α0粗校准结果计算公式为：其中，K为地面试验所测得的方位差遥测电压与天线方位轴偏转角度的转换系数。4.根据权利要求1所述一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准方法，其特征在于：所述单通道单脉冲角跟踪系统的相位进行精确校准的方法为十字拉偏法。5.根据权利要求4所述一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准方法，其特征在于：所述十字拉偏法为：31)控制星上天线方位轴转动，使得天线方位轴角度增大获得使得俯仰差遥测电压ΔUE为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α1，将单通道单脉冲角跟踪系统相位α1通过上行遥控注入星上接收机，并发送自跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；其中，θ为星上天线半功率波束宽度；32)控制星上天线方位轴转动，使得天线方位轴角度减小获得使得俯仰差遥测ΔUE为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α2，发送星上天线自动跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；33)控制星上天线俯仰轴转动，使得天线俯仰轴角度增大获得使得方位差遥测ΔUA为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α3，发送星上天线自动跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；34)控制星上天线俯仰轴转动，使得天线俯仰轴角度减小获得使得方位差遥测ΔUA为零的单通道单脉冲角跟踪系统相位α4，发送星上天线自动跟踪指令，使星上天线精确指向地面站；35)计算得到单通道单脉冲角跟踪系统相位精确校准结果α，6.一种单通道单脉冲角跟踪系统相位在轨校准系统，其特征在于包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：关鹏，王珊珊，左朋，余晓川，党晓康，李林，吝莹，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61