中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置，包括模拟中继卫星单载波无线发射信标信号的Ka中继信标及天线、模拟中继用户终端相对于中继卫星的轨道运动的中继终端天线转台、发送控制信号并采集遥测的工控计算机及数据采集设备，用作天线转动时重力卸载的卸载架以及监测无线信号的频谱仪。同时公开了用该地面装置进行中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的测试方法。本发明专利技术通过地面装置对中继用户终端捕获跟踪进行了全闭环、全动力学边界条件验证，并利用星载自主校相复核，解决了现有技术所面临的问题，提高测试效率以及有效性的同时，达到了在轨校相与地面校相一致的效果。

Ground device and method for dynamic acquisition and tracking performance verification of relay user terminal

The invention discloses a user terminal device to capture dynamic relay ground tracking performance verification, including the simulation of relay satellite single carrier wireless transmitting beacon signal Ka relay and beacon antenna, simulation of relay user terminal relative to the orbital motion of the relay satellite relay terminal antenna turntable, sending control signals and computer acquisition and telemetry data acquisition equipment is used as the antenna rotates gravity unloading unloading frame and monitoring the wireless signal spectrum analyzer. At the same time, a test method for dynamic acquisition and tracking performance verification of relay user terminal using the ground device is disclosed. The capture of the relay user terminal through the ground tracking device of full closed loop, the dynamic boundary conditions of verification, and the use of satellite autonomous school phase review, solves the problems in existing technical problems, improve the testing efficiency and effectiveness at the same time, reached a consistent school and school ground effect on orbit.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及继用户终端系统地面测试
，具体地，涉及一种中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置和方法。
技术介绍
中继卫星和用户星均为动目标，只有两者相互捕获跟踪后，星-星-地间的信息链路才能建立。对于口径大于0.5m的中继终端天线，因其天线波束相对窄，而程序跟踪能达到的精度有限，需要中继用户终端通过配置捕获跟踪子系统进行自动跟踪来实现有效跟踪。对于自动跟踪成败起关键作用之一的就是获取和差信号相位差也称相位标校，使和差信号交叉耦合达到最小，由此需要设计相应的地面验证试验；而且地面验证试验方法也需充分考虑在轨获取和差相位差的可行性与一致性，因为和差相位会随着和、差两路传输通道的温度差，以及和、差两路旋转关节、低噪声放大器寿命期的老化不一致性而改变。另外，地面验证试验不仅要考虑各捕获跟踪模式的验证，关键还要验证在轨动态力学条件下各模式间切换的过程匹配性和稳定性。现有的地面验证方法有两种，一种是不带真实的中继终端天线的有线验证方案，即采用两个模拟器，一是天线机构模拟器，模拟天线低频信号的输入输出以验证天线转动性能，二是天线和差信号模拟器，模拟射频输入信号以验证天线之后的通道捕获跟踪性能，这种方法不仅在射频通道验证方面是不全面的，无法获得真实的和差信号相位差情况，且所模拟的天线转动只验证了轨道与角度的算法，并未对整个捕获跟踪通道的动态性能(比如各种捕获跟踪模式的切换、天线与伺服控制的过程匹配性和稳定性)进行验证；另一种是带真实中继终端天线的无线验证方案，但没有采用模拟用户星姿态运动和轨道运动的天线转台，因而地面验证所处的动力学边界条件不充分；没有使用星载自主校相功能，因而获取和差相位差的方法过程复杂、重复性差、且很难在轨实施，因为在轨需要在中继终端天线X轴或Y轴基本不变化的特殊轨道上才能进行。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道。
技术实现思路
本专利技术针对现有地面验证方法存在的问题与不足，提供了一种中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置和方法，实现了对中继用户终端捕获跟踪子系统进行全闭环、全动力学边界条件验证，该试验方法不仅对中继用户终端捕获跟踪在轨运动环境下的动态性能进行了充分验证，且重复性好、准确度高。为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的。根据本专利技术的一个方面，提供了一种中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置，包括：Ka中继信标及天线、中继终端天线转台、工控计算机及数据采集设备、卸载架以及频谱仪；其中：所述Ka中继信标及天线用于模拟中继卫星信标信号发射指定电平、频率的无线信号；所述中继终端天线转台用于装载中继用户终端的Ka中继终端天线、接收工控计算机及数据采集设备发送来的轨道运动控制信号、模拟Ka中继终端天线相对于中继卫星的轨道运动；所述工控计算机及数据采集设备将用户星轨道参数转换成中继用户终端相对于中继卫星的运动轨迹、角速度、角加速度信号，发送给中继终端天线转台；同时向中继用户终端的综合接口单元发送中继用户终端任务控制包使中继用户终端模拟在轨工作，并采集监测综合接口单元下传的遥测信号；所述卸载架在Ka中继终端天线转动时进行重力卸载，使Ka中继终端天线的转动机构负载与在轨相当；所述频谱仪用于监测Ka中继终端天线所接收到的和信号、差信号。优选地，所述Ka中继信标及天线与Ka中继终端天线相距几百米左右距离，Ka中继信标及天线与Ka中继终端天线之间无遮挡物；同时为避免Ka中继终端天线卸载困难，Ka中继信标及天线与Ka中继终端天线之间尽量保持平视。优选地，所述中继终端天线转台包括X轴转动机构和Y轴转动机构，当X轴转动机构和Y轴转动机构收到工控计算机及数据采集设备发送的轨道运动控制信号后，驱动X轴转动机构和Y轴转动机构分别与Ka中继终端天线反向相对转动。根据本专利技术的另一方面，提供了一种中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的测试方法，包括如下步骤：步骤S101、发射电平调配：根据场地距离计算空间损耗，计算出Ka中继终端天线输出信号，调整Ka中继信标及天线发射电平，使Ka中继信标及天线处于测试的安全电平范围内；在Ka中继终端天线和信号、差信号输出口旁路用频谱仪监测信号，同时标定中继用户终端的跟踪接收机接收端灵敏度信号电平下所对应的Ka中继终端天线输出和信号、差信号电平；步骤S102、中继终端天线零位校准：中继终端天线转台静止不动，频谱仪于Ka中继终端天线和信号、差信号输出口记录和信号、差信号方向图，工控计算机及数据采集设备向综合接口单元发送中继用户终端工作指令包，控制调整Ka中继终端天线以匀速分别在X轴方向、Y轴方向进行运动，使差信号方向图中差信号最小，再使和信号方向图中和信号最大；保持此时Ka中继终端天线的位置，在此基础上细调Ka中继终端天线X轴、Y轴角度，使跟踪接收机输出的“X轴误差电压”、“Y轴误差电压”遥测读数最小，此位置即为天线零位；步骤S103、静态角误差信号分离：中继终端天线转台静止不动，工控计算机及数据采集设备向综合接口单元发送中继用户终端工作指令包，将Ka中继终端天线置于零位，并将Ka中继终端天线从零位分别沿X轴、-X轴、Y轴、-Y轴匀速拉偏θ0.5(即该天线3dB波束宽度的1/2)，分别记录跟踪接收机所输出的这4个点位(即X轴偏离零位+θ0.5、X轴偏离零位-θ0.5、Y轴偏离零位+θ0.5、Y轴偏离零位-θ0.5)的″X轴误差电压″、″Y轴误差电压″、″Ka信标信号和差通道相位差″、″X轴误差斜率″和″Y轴误差斜率″遥测值；当位于X轴的2个点位，其″X轴误差电压″遥测值为最大值、″Y轴误差电压″遥测值为最小值，位于Y轴的2个点位，其″X轴误差电压″遥测值为最小值、″Y轴误差电压″遥测值为最大值时，表明和差通道交叉耦合最小，中继用户终端工作指令包中的″Ka信标信号和差通道相位差″、″X轴误差斜率″和″Y轴误差斜率″参数设置正确，角误差信号正常分离；步骤S104、自动校相：中继终端天线转台静止不动，工控计算机及数据采集设备向综合接口单元发送中继用户终端工作指令包，设置中继用户终端为自动校相模式，将Ka中继终端天线置于零位，并将Ka中继终端天线从零位分别沿X轴、-X轴、Y轴、-Y轴匀速拉偏θ0.5，记录该模式下″校准信号和差通道相位差″、″X轴误差斜率″、″Y轴误差斜率″遥测值，并将其与步骤S103的相应遥测值″Ka信标信号和差通道相位差″、″X轴误差斜率″、″Y轴误差斜率″相减，求平均得到修正值，判断是否本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置，其特征在于：包括：Ka中继信标及天线(1)、中继终端天线转台(2)、工控计算机及数据采集设备(3)、卸载架(4)以及频谱仪(5)；其中：所述Ka中继信标及天线(1)用于模拟中继卫星信标信号发射指定电平、频率的无线信号；所述中继终端天线转台(2)用于装载中继用户终端的Ka中继终端天线、接收工控计算机及数据采集设备(3)发送来的轨道运动控制信号、模拟Ka中继终端天线相对于中继卫星的轨道运动；所述工控计算机及数据采集设备(3)将用户星轨道参数转换成中继用户终端相对于中继卫星的运动轨迹、角速度、角加速度信号，发送给中继终端天线转台(2)；同时向中继用户终端的综合接口单元发送中继用户终端任务控制包使中继用户终端模拟在轨工作，并采集监测综合接口单元下传的遥测信号；所述卸载架(4)在Ka中继终端天线转动时进行重力卸载，使Ka中继终端天线的转动机构负载与在轨相当；所述频谱仪(5)用于监测Ka中继终端天线所接收到的和信号、差信号。

【技术特征摘要】
1.一种中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置，其特征在于：包括：Ka
中继信标及天线(1)、中继终端天线转台(2)、工控计算机及数据采集设备(3)、
卸载架(4)以及频谱仪(5)；其中：
所述Ka中继信标及天线(1)用于模拟中继卫星信标信号发射指定电平、频率的无
线信号；
所述中继终端天线转台(2)用于装载中继用户终端的Ka中继终端天线、接收工
控计算机及数据采集设备(3)发送来的轨道运动控制信号、模拟Ka中继终端天线相对
于中继卫星的轨道运动；
所述工控计算机及数据采集设备(3)将用户星轨道参数转换成中继用户终端相对
于中继卫星的运动轨迹、角速度、角加速度信号，发送给中继终端天线转台(2)；同时
向中继用户终端的综合接口单元发送中继用户终端任务控制包使中继用户终端模拟在
轨工作，并采集监测综合接口单元下传的遥测信号；
所述卸载架(4)在Ka中继终端天线转动时进行重力卸载，使Ka中继终端天线的
转动机构负载与在轨相当；
所述频谱仪(5)用于监测Ka中继终端天线所接收到的和信号、差信号。
2.如权利要求1所述的中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置，其特征
在于：所述Ka中继信标及天线与Ka中继终端天线之间设有距离，两者之间无遮挡物，
且Ka中继信标及天线与Ka中继终端天线之间保持平视。
3.如权利要求1所述的中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置，其特征
在于：所述中继终端天线转台(2)包括X轴转动机构和Y轴转动机构，当X轴转动机
构和Y轴转动机构收到工控计算机及数据采集设备(3)发送的轨道运动控制信号后，
驱动X轴转动机构和Y轴转动机构分别与Ka中继终端天线反向相对转动。
4.一种采用权利要求1至3中任一项所述的中继用户终端动态捕获跟踪性能验证
的地面装置进行中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的测试方法，其特征在于，包括如
下步骤：
步骤S101、发射电平调配：根据场地距离计算空间损耗，计算出Ka中继终端天线
输出信号，调整Ka中继信标及天线发射电平，使Ka中继信标及天线处于测试的安全电
平范围内；在Ka中继终端天线和信号、差信号输出口旁路用频谱仪监测信号，同时标

\t定中继用户终端的跟踪接收机接收端灵敏度信号电平下所对应的Ka中继终端天线输出
和信号、差信号电平；
步骤S102、中继终端天线零位校准：中继终端天线转台静止不动，频谱仪于Ka中
继终端天线和信号、差信号输出口记录和信号、差信号方向图，工控计算机及数据采集
设备向综合接口单元发送中继用户终端工作指令包，控制调整Ka中继终端天线以匀速
分别在X轴方向、Y轴方向进行运动，使差信号方向图中差信号最小，再使和信号方向
图中和信号最大；保持此时Ka中继终端天线的位置，在此基础上细调Ka中继终端天线
X轴、Y轴角度，使跟踪接收机输出的X轴误差电压和Y轴误差电压的遥测读数最小，
此位置即为天线零位；
步骤S103、静态角误差信号分离：中继终端天线转台静止不动，工控计算机...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡珍，康永鹏，杨宇涛，李科，朱少杰，叶晖，那顺布和，
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