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  导航卫星全向测控方法

     

【摘 要】本文提出了导航卫星全向测控方法,能够消除两副测控天线射频合成产生的干涉区。将对地天线和背地天线接收到的上行遥控射频信号分别解调,然后进行数字合成;将下行遥测数字信号用两组不同的扩频码调制,然后分别通过两副测控天线发送遥测射频信号,地面用对应的两组不同的扩频码分别解调,再进行数字合成。该方法能够实现测控天线的360º全向覆盖,大大提高导航卫星的安全性和机动性。
【关键词】导航卫星 全向测控 数字合成


一、引言

为确保测控的可靠,卫星测控天线从卫星发射到在轨飞行全过程都处于连续的工作模式。为保证任何情况下星地间测控无线链路的稳定可靠,卫星要求测控天线具有近全空间辐射方向图。
单天线方向图见图1,双天线射频合成方向图见图2。可见前者性能明显优于后者,这是因为两副天线在交界区信号强度接近,由于相位偏差导致部分区域能量相互抵消,形成较强的干涉区,该区域不能进行有效测控,也就是测控盲区。


图1 单天线方向图
一旦卫星姿态不稳导致测控盲区长期对地,则卫星可能失控,再加上导航卫星载荷功耗大,如果此时太阳帆板对日角度不好,其后果是致命的。即使该区域只是短暂对地,也会造成测控信号中断,影响卫星姿态调整,很有可能导致卫星导航任务的中断。因此,有必要研究导航卫星全向测控的方法,让卫星在任何姿态下均能有效测控,确保卫星安全和导航任务的顺利执行。


图2 双天线合成方向图
二、遥控信号的全向数字合成
遥控全向天线合成示意图见图3。两台扩频接收机和地面站的遥控扩频码均相同。地面站将遥控射频信号同时发送到导航卫星的两副测控天线。
卫星的两副天线分别接收遥控射频信号。扩频接收机A将对天遥控射频信号解调为对天遥控数字信号,扩频接收机B将对地遥控射频信号解调为对地遥控数字信号。数字合成器根据两路射频信号的强弱进行选择,输出较强射频信号对应的遥控数字信号给计算机。
两副测控天线在射频上是完全隔离的,因此不存在射频信号相位差引起的干涉区。解调出的两路遥控数字信号在相位上是相同的,只要载波都锁定,则可以任选一路输出。

图3 遥控全向天线合成示意图

三、遥测信号的全向数字合成
遥测全向天线合成示意图见图4。地面扩频接收机A和卫星扩频发射机A的遥测扩频码相同,地面扩频接收机B和卫星扩频发射机B的遥测扩频码相同,前者和后者扩频码不同。卫星天线A和地面天线A的极化方式相同,卫星天线B和地面天线B的极化方式相同,前者和后者的极化方式不同。
星载计算机将遥测数字信号同时送两台扩频发射机,通过不同的扩频码调制到遥测射频信号A和遥测射频信号B。
地面天线A将接收到的遥测射频信号A送扩频接收机A,地面天线B将接收到的遥测射频信号B送扩频接收机B,用不同的扩频码分别解调出遥测数字信号A和遥测数字信号B。数字合成器根据两路射频信号的强弱进行选择,输出较强射频信号对应的遥测数字信号给计算机。
两路遥测射频信号在射频上是合在一起的,实质上是通过不同的扩频码和不同的天线极化方式来分离,然后在数字信号层面上进行合成的。不同扩频码之间的隔离度通常大于10dB,不同天线极化方式之间的隔离度通常大于10dB,能够有效避免两副天线在干涉区的相互干扰。

图4 遥测全向天线合成示意图

四、数字合成全向天线方向图
全向天线数字合成方向图见图5。可见导航卫星的两副测控天线直接射频合成导致的干涉区,能够通过数字合成有效消除。
由于两路遥控射频信号在射频上是完全隔离的,不存在射频信号相位差引起的干涉区,所以合成效果很理想。
相反,由于两路遥测射频信号在射频上是合在一起的,存在两路不同扩频码的射频信号之间的相互干扰,所以合成效果受扩频码码间隔离度和天线极化隔离度的影响。不过通常两者隔离度之和都大于20dB,因此还是能够有效避免两路遥测射频信号的相互干扰。

图5 全向天线数字合成方向图
五、结束语
随着当前军事和民用对导航定位的需求不断增强,导航卫星的应用将会越来越普遍。针对导航卫星任务的重要性和特殊性,使用全向测控方法,充分利用地面资源,即使在卫星姿态不稳的情况下也能提供实时有效的测控,保证导航卫星安全和任务的顺利完成。

参考文献见www.dcw.org.cn
[1] Pu binlong, Li rongjun, satellite TT&C antenna of circular polarized, Space electronics technic. 1998(03)
卜斌龙,李荣军. 圆极化卫星测控天线. 空间电子技术. 1998(03)
[2] Wang hongzuo, He bingzhe, Method of SQPN transponder tracing hoop. Aerobat TT&C transaction. 2005(03)
王宏卓,何兵哲. 扩频应答机码跟踪环的一种实现方法. 飞行器测控学报. 2005(03)


 


 

 
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