本发明专利技术公开了一种用于交会对接的微波测量与通信系统，包括，安装于追踪飞行器的主机和安装于目标飞行器的辅机，所述主机包括：主机频率源、主机信号处理器、主机调制发射通道、主机接收通道、测角接收通道、主机双工耦合器、主机天线阵；所述辅机包括：辅机频率源、辅机信号处理器、辅机调制发射通道、辅机接收通道、辅机双工耦合器、辅机天线。同时，本发明专利技术还提供了一种采用上述装置的用于交会对接的微波测量与通信方法。采用本发明专利技术实现了在追踪飞行器和目标飞行器间大动态距离范围、宽视角情况下，追踪飞行器对目标飞行器的测距、测速、测角和数据通信问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
目前国外在交会对接的微波测量与通信，采用的是传统体制的微波雷达，有些通过分时应用，兼具有通信功能。 我国在载人飞船与天宫一号交会对接项目中也研制了微波雷达，但是这些设备的测距、测速采用传统的应答式体制。测角所采用的技术包括比幅单脉冲跟踪测角和干涉仪测角，工作于L、S、X、Ku等频段。具有典型代表性的，如美国休斯公司研制的航天飞机上用于交会对接和通信的是Ku频段的多功能雷达，远距离采用合作应答方式，利用脉冲往返时间测量距离，载波多普勒频移测量速度，采用单脉冲比幅跟踪测角，利用分时方式兼顾通信；苏联/俄罗斯用于交会对接测量的S波段“航向”型雷达用于“和平号”空间站，用了 9天线系统圆锥扫描测角、副载波调相的应答式测距体制；欧洲研制的S频段微波雷达，采用5天线干涉仪测角方式和应答式连续波侧音测距方式，角度覆盖只能达到60度X80度。国内已有的载人飞船项目交会对接微波雷达采用Ku工作频段，采用干涉仪测角方式和应答式连续波伪码扩频测距方式，避开使用转动天线，但存在保证测量性能指标的角度覆盖窄、容易产生近距离多径影响的缺点，并且也没有集成通信能力。国外产品基本研发于上世纪70-90年代，测量体制采用传统体制，随着GPS系统的广泛应用，在近地轨道航天器交会对接采用GPS进行相对测量已成为主要途径之一。在月球轨道交会对接中，微波雷达是中、远程测量的核心敏感器和通信设备，月球轨道交会对接中GPS测量途径已不可用，可用的测量、通信途径少，并具有很高的轻量化需求，而已有的用于交会对接微波测量系统的不足之处在于采用传统体制，在集成多功能时重量与功耗太大，多功能的系统配置和处理方法难以解决高测量精度与宽覆盖范围，多功能集成与产品轻量化之间的矛盾，导致这些方法应用的局限性。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是针对现有技术的不足，提供了，实现了在追踪飞行器和目标飞行器间大动态距离范围、宽视角情况下，追踪飞行器对目标飞行器的测距、测速、测角和数据通信问题。本专利技术的技术解决方案是—种用于交会对接的微波测量与通信系统，包括，安装于追踪飞行器的主机和安装于目标飞行器的辅机，所述主机包括主机频率源、主机信号处理器、主机调制发射通道、主机接收通道、测角接收通道、主机双工耦合器、主机天线阵；所述辅机包括辅机频率源、辅机信号处理器、辅机调制发射通道、辅机接收通道、辅机双工耦合器、辅机天线。在初始或未捕获阶段，所述目标飞行器利用辅机发射通道和辅机天线向追踪飞行器发送由辅机信号处理器产生的捕获信号，所述追踪飞行器利用主机接收通道和测角接收通道从接收到的捕获信号中分别对目标飞行器的方向进行估计，并根据方向估计结果将所述主机天线阵指向目标飞行器，进入测控阶段；在测控阶段，所述目标飞行器通过辅机调制发射通道将由辅机信号处理器产生的辅机测控信号进行调制后从辅机天线发出；所述追踪飞行器通过主机调制发射通道将由主机测控信号进行调制后从主机天线阵发出；所述追踪飞行器的主机信号处理器从所述主机接收通道中接收到的辅机测控信号中提取出目标飞行器的伪距测量值和伪速测量值并输出；所述追踪飞行器的主机信号处理器从测角接收通道中接收到的辅机测控信号中获得载波相位测量值并输出；所述目标飞行器的辅机信号处理器从所述辅机接收通道接收到的主机测控信号中提取出追踪飞行器的伪距测量值和伪速测量值，并利用所述伪距测量值和伪速测量值对目标飞行器进行时标调整。进一步的，所述捕获信号采用单载波信号，由全O或全I码组成；所述主机测控信号和辅机测控信号均为时帧伪码扩频载波调制信号，在所述时帧伪码扩频载波调制信号的I支路调制扩频测控信息、Q支路调制扩频通信信息。进一步的，所述主机天线阵包括1个主收发天线，5个测角天线和I个初捕获天线，所述主收发天线与所述主机接收通道和主机发射通道相连；所述初捕获天线在初始或未捕获阶段与测角接收通道相连，在测控阶段，断开与测角接收通道的连接；所述测角天线在测控阶段与测角接收通道相连。进一步的，所述测角天线组成L形，所述主收发天线位于L形测角天线阵口面轴线的几何中心位置，初捕获天线位于L形测角天线阵中的空区位置，与L形测角天线阵形成正方形天线阵。进一步的，所述主机天线阵和辅机天线采用Ka或以上频段天线。一种基于上述系统的用于交会对接的微波测量与通信方法，包括以下步骤在初始或未捕获阶段所述目标飞行器向追踪飞行器发送捕获信号，所述追踪飞行器利用主机接收通道和测角接收通道对捕获信号进行方向估计；所述追踪飞行器根据方向估计结果转动主机天线阵，将主机天线阵对准目标飞行器，并转入测控阶段；在测控阶段所述目标飞行器向追踪飞行器发送辅机测控信号；所述追踪飞行器向目标飞行器发送主机测控信号；所述追踪飞行器利用接收到的辅机测控信号获得目标飞行器的伪距测量值、伪速测量值和载波相位测量值，利用所述伪距测量值、伪速测量值与接收到的来自于目标飞行器的测控信号信息帧中的目标飞行器的伪距测量值和伪速测量值进行追踪飞行器和目标飞行器的时差、距离、速度解算，所述伪距测量值和伪速测量值通过测控信号信息帧发送到目标飞行器；利用所述载波相位测量值获得目标飞行器的方位角和俯仰角，根据所述目标飞行器的方位角和俯仰角驱动所述主机天线阵对目标飞行器进行跟踪；所述目标飞行器利用接收到的主机测控信号获得追踪飞行器的伪距测量值和伪速测量值，利用所述伪距测量值和伪速测量值以及接收到的来自于追踪飞行器的测控信号信息帧中的伪距测量值和伪速测量值进行目标飞行器和追踪飞行器的时差、距离、速度解算对目标飞行器的时标进行调整，所述伪距测量值和伪速测量值通过测控信号信息帧发送到追踪飞行器。本专利技术与现有技术相比具有如下优点本专利技术在初始阶段或未捕获阶段采用单载波的捕获信号，在捕获完成后的测控阶段采用时帧伪码扩频载波调制信号的测控信号，实现了在初捕获阶段和测控阶段微波频率、收发通道和信号处理器的复用。在所述追踪飞行器中，配置主机接收通道和测角接收通道可分别实现对目标飞行器的测距、测速和测角。在追踪飞行器与目标飞行器间IOOkm到对接的大动态距离范围、-60度到+60度宽视角情况下，追踪飞行器对目标飞信器的优于O. I米精度的测距、优于O. 005米/秒精度的测速、优于O. I度精度的测角和数据通信。且上述测量过程中，通过使用单个测角接收通道接收主机天线阵输出的信号避免 了采用多个接收通道引起的相位不一致从而影响测角精度的情况。与现有技术相比改善了测角精度。附图说明图I为本专利技术示意图；图2为主机天线阵示意图。具体实施例方式下面就结合附图对本专利技术做进一步介绍。如图I所示为本专利技术实施例示意图。包括安装于追踪飞行器的主机和安装于目标飞行器的辅机。追踪飞行器利用主机实现对目标飞行器的测距、测速、测角、数据通信，并将测距、测速、测角的结果和数据通信信息进行输出给追踪飞行器的GNC分系统用于追踪飞行器与目标飞行器的交会对接。所述主机包括主机频率源、主机信号处理器、主机调制发射通道、主机接收通道、测角接收通道、主机双工耦合器和主机天线阵。所述辅机包括辅机频率源、辅机信号处理器、辅机调制发射通道、辅机接收通道和辅机天线。在主机中，主机频率源产生基准频率，并通过基准频率产生用于主机中其他设备的工作频率信号，并将产生的各工作频率信号分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于交会对接的微波测量与通信系统，包括，安装于追踪飞行器的主机和安装于目标飞行器的辅机，所述主机包括：主机频率源、主机信号处理器、主机调制发射通道、主机接收通道、测角接收通道、主机双工耦合器、主机天线阵；所述辅机包括：辅机频率源、辅机信号处理器、辅机调制发射通道、辅机接收通道、辅机双工耦合器、辅机天线，其特征在于：在初始或未捕获阶段，所述目标飞行器利用辅机发射通道和辅机天线向追踪飞行器发送由辅机信号处理器产生的捕获信号，所述追踪飞行器利用主机接收通道和测角接收通道从接收到的捕获信号中分别对目标飞行器的方向进行估计，并根据方向估计结果将所述主机天线阵指向目标飞行器，进入测控阶段；在测控阶段，所述目标飞行器通过辅机调制发射通道将由辅机信号处理器产生的辅机测控信号进行调制后从辅机天线发出；所述追踪飞行器通过主机调制发射通道将由主机测控信号进行调制后从主机天线阵发出；所述追踪飞行器的主机信号处理器从所述主机接收通道中接收到的辅机测控信号中提取出目标飞行器的伪距测量值和伪速测量值并输出；所述追踪飞行器的主机信号处理器从测角接收通道中接收到的辅机测控信号中获得载波相位测量值并输出；所述目标飞行器的辅机信号处理器从所述辅机接收通道接收到的主机测控信号中提取出追踪飞行器的伪距测量值和伪速测量值，并利用所述伪距测量值和伪速测量值对目标飞行器进行时标调整。...
【技术特征摘要】
1.一种用于交会对接的微波测量与通信系统，包括，安装于追踪飞行器的主机和安装于目标飞行器的辅机，所述主机包括主机频率源、主机信号处理器、主机调制发射通道、主机接收通道、测角接收通道、主机双エ耦合器、主机天线阵；所述辅机包括辅机频率源、辅机信号处理器、辅机调制发射通道、辅机接收通道、辅机双エ耦合器、辅机天线，其特征在于: 在初始或未捕获阶段，所述目标飞行器利用辅机发射通道和辅机天线向追踪飞行器发送由辅机信号处理器产生的捕获信号，所述追踪飞行器利用主机接收通道和测角接收通道从接收到的捕获信号中分别对目标飞行器的方向进行估计，井根据方向估计结果将所述主机天线阵指向目标飞行器，进入测控阶段； 在测控阶段，所述目标飞行器通过辅机调制发射通道将由辅机信号处理器产生的辅机测控信号进行调制后从辅机天线发出；所述追踪飞行器通过主机调制发射通道将由主机测控信号进行调制后从主机天线阵发出； 所述追踪飞行器的主机信号处理器从所述主机接收通道中接收到的辅机测控信号中提取出目标飞行器的伪距测量值和伪速測量值并输出；所述追踪飞行器的主机信号处理器从测角接收通道中接收到的辅机测控信号中获得载波相位測量值并输出； 所述目标飞行器的辅机信号处理器从所述辅机接收通道接收到的主机测控信号中提取出追踪飞行器的伪距测量值和伪速測量值，并利用所述伪距測量值和伪速测量值对目标飞行器进行时标调整。2.如权利要求I所述的ー种用于交会对接的微波测量与通信系统，其特征在于所述捕获信号采用单载波信号，由全O或全I码组成；所述主机测控信号和辅机测控信号均为时帧伪码扩频载波调制信号，在所述时帧伪码扩频载波调制信号的I支路调制扩频测控信息、Q支路调制扩频通信信息。3.如权利要求I所述的ー种用于交会对接的微波测量与通信系统，其特征在于所述主机天线阵包括I个主收发天线，5个测角天线和I个初捕获天线，所述主收发天线与所述主机接收通道和主机发射通道相连；所述初捕获天线在初始...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟兴旺，王登峰，郑先安，尚社，踪念科，赵峰，张文会，严琪，杨瑞强，蔡春贵，
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：
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