CN104243066A - 一种跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统及方法，本发明目标角度输入设备向终端控制模块提供中继卫星程控目标角度信息，终端控制模块按照此程控目标角度信息生成指令控制天线转动模拟器跟踪目标轨迹；信标和角误差发生模拟器，模拟输出中继天线接收的中继卫星信标信号，发送给中继用户终端系统的跟踪接收模块，跟踪接收模块接收信号并处理成AGC值、方位差、俯仰差信号，发送给终端控制模块，终端控制模块在程序控制中继天线模拟器转动基础上，根据接收到的AGC值和位置角度偏差信息控制中继天线精确指向中继卫星信标信号来波方向，最终跟踪上中继卫星信号。本发明能够模拟程序控制与自跟踪联合模式跟踪中继星的工作过程。

Description

一种跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统及方法，属于卫星控制与测试技术领域。

背景技术

目前小卫星开始应用一种中继用户终端系统，用户终端系统将星上载荷数据发送给中继卫星，通过中继卫星将载荷数据传输到地面接收系统。用户星与中继卫星需要进行双向跟踪，从而建立通信链路，小卫星设计的跟踪中继卫星方式为程序控制与自跟踪联合模式。

所谓程控跟踪，是根据目标的轨道预报，计算出目标在天线坐标系内的运动轨迹、天线程控指向目标的角度并生成指令来控制天线跟踪目标轨迹。

所谓自跟踪，是通过比较天线波束的接收信号，获得精确的目标角位置信息，得到完整的目标偏离天线指向信号，用以驱动天线运动，从而使天线波束精确指向目标并连续追随目标前进。

地面测试过程中，如何对小卫星中继用户终端系统跟踪方式进行验证，目前国外未发现有相关报道，国内采用的测试方法为通过加载程序控制文件对程序跟踪模式单独测试，或通过外场跟踪试验对自跟踪模式进行单独测试。这两种测试方法存在的主要问题为：(1)不能有效模拟在轨运行过程中，中继用户终端系统两种模式联合工作来跟踪中继卫星过程；(2)不能对两种跟踪模式的在轨切换过程进行验证。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统及方法，本发明能够模拟程序控制与自跟踪联合模式跟踪中继星的工作过程，填补了国内外在卫星程控与自跟踪联合模式测试的空白。

本发明的技术解决方案是：

一种跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统，其特征在于包括：目标角度输入设备、天线转动模拟器、信标和角误差信号发生模拟器；

目标角度输入设备以一定时间间隔向星上设备中继用户终端系统的终端控制模块输入中继卫星程控目标角度信息，使得终端控制模块根据该程控目标角度信息生成控制天线转动模拟器跟踪目标轨迹的控制指令；

信标和角误差发生模拟器，模拟中继天线接收的中继卫星信标信号，并将该信号耦合成和差两路信号，发送给中继用户终端系统的跟踪接收模块，使得跟踪接收模块将和差两路信号处理成AGC值、方位差、俯仰差信号，发送给终端控制模块；终端控制模块根据接收到的AGC值、方位差、俯仰差信号控制中继天线转动模拟器精确指向中继卫星信标信号来波方向；

天线转动模拟器，接收终端控制模块发送的控制指令，并根据该指令进行转动跟踪目标轨迹以及根据终端控制模块提供的方位差和俯仰差信号进行精确指向中继卫星信标信号来波方向，最终跟踪上中继卫星信标信号；同时天线转动模拟器将天线实际转动角度的信息反馈至终端控制模块用于判定天线实际转动角度是否到位。

所述天线转动模拟器包括步进电机、谐波减速器、旋转变压器及输出轴(采用与中继天线跟踪机构同样的设计)；当步进电机接收到终端控制模块转动指令后，通过谐波减速器带动输出轴转动，位于输出轴上用于角度测量的旋转变压器将天线转动模拟器的转动角度信号反馈到终端控制模块。

所述信标和角误差信号发生模拟器包括信号模拟源、功分器、移相器和可调衰减器；信号模拟源产生与中继卫星信标信号相同的中继卫星模拟信标信号，并通过功分器将其耦合为和、差两路信号进行输出，和、差支路的相位差通过移相器和可调衰减器进行调节，输出信号强度通过可调衰减器进行调节。

一种基于跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统的测试方法，包括步骤如下:

(1)将中继用户终端的跟踪模式设置为程控跟踪模式，终端控制模块开始接收目标角度输入设备提供的程控目标角度信息，并生成控制指令控制天线转动模拟器向目标角度方向转动，同时天线转动模拟器将天线实际转动角度的信息反馈至终端控制模块；

(2)判断天线实际转动角度与目标角度输入设备提供的程控目标角度信息是否一致，若一致则说明天线转动模拟器已经按照程控目标角度数据跟踪指向中继星，并进入步骤(3)，否则天线转动模拟器继续按照程控目标角度数据转动，直至实际转动角度与程控目标角度数据相一致；

(3)信标和角误差信号发生模拟器开机，通过调整模拟的中继卫星信标信号强度，将和、差支路输出信号调整到最小，然后调整模拟信标信号由弱至强逐渐变大，和、差支路输出信号也逐步增加，并将和、差信号实时发送至跟踪接收模块；

(4)跟踪接收模块实时接收到和、差信号，并将其处理得到AGC值、方位差、俯仰差信号实时发送到终端控制模块；

(5)终端控制模块对随着和、差信号逐渐变大的AGC值进行判别，当AGC电平值大于自跟踪锁定门限时，用户终端系统的跟踪模式进入自跟踪模式，并进入步骤(6)，否则保持程控跟踪模式，直到AGC电平值大于自跟踪锁定门限，进入步骤(6)；

(6)在自跟踪模式下，天线转动模拟器停止按照程控跟踪模式给定的程控目标角度信息转动，而根据终端控制模块按照跟踪接收模块提供的方位差和俯仰差信号，向中继卫星信标来波方向转动；

(7)在自跟踪模式下，信标和角误差信号发生模拟器调整模拟信标信号强度，使得和、差支路输出信号由强变弱逐渐变小，跟踪接收模块处理得到的AGC值也随之减小，终端控制模块对AGC值进行判别，当AGC电平值小于自跟踪失锁门限值，用户终端跟踪模式退出自跟踪模式，再次进入程控跟踪模式，否则保持自跟踪模式。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明融合程控与自跟踪两种跟踪模式，有效地和完整地模拟在轨运行过程中，中继用户终端系统两种模式联合工作来跟踪中继卫星过程，本发明控制准确性高，测量精度高，填补了国内外在卫星程控与自跟踪联合模式测试的空白。

(2)本发明实现两种跟踪模式切换过程，并能够对自跟踪AGC门限值进行验证，本发明适用性强，能够同时完成两种跟踪模式的切换，大大节省了测试的设计成本和提高了测试效率。

附图说明

图1为本发明测试系统结构图；

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

目前小卫星开始应用一种中继用户终端系统，用户终端系统将星上载荷数据发送给中继卫星，通过中继卫星将载荷数据传输到地面接收系统。

小卫星的用户终端系统与中继卫星首先需要进行双向跟踪，从而建立通信链路。用户终端系统跟踪设计的跟踪中继卫星方式为程序控制与自跟踪联合模式，主要依靠其内部的终端控制模块和跟踪接收模块来实现。

系统控制模块根据外置算好的天线转动角度程序控制中继天线转动，跟踪中继卫星，同时跟踪接收模块根据中继天线接收到的中继卫星信标信号，处理成相应数字信息发送给终端控制模块，由终端控制模块控制中继天线精确跟踪上中继卫星。终端控制模块在天线转动模拟器跟踪目标轨迹转动的基础上，根据接收到的AGC值、方位差、俯仰差信号控制中继天线转动模拟器精确指向中继卫星信标信号来波方向，最终跟踪上中继卫星信标信号。

如图1所示，一种跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统，其特征在于包括：目标角度输入设备、天线转动模拟器、信标和角误差信号发生模拟器；

目标角度输入设备以一定时间间隔向星上设备中继用户终端系统的终端控制模块输入中继卫星程控目标角度信息，使得终端控制模块根据该程控目标角度信息生成控制天线转动模拟器跟踪目标轨迹的控制指令；

信标和角误差发生模拟器，模拟中继天线接收的中继卫星信标信号，并将该信号耦合成和差两路信号，发送给中继用户终端系统的跟踪接收模块，使得跟踪接收模块将和差两路信号处理成AGC值、方位差、俯仰差信号，发送给终端控制模块；终端控制模块根据接收到的AGC值、方位差、俯仰差信号控制中继天线转动模拟器精确指向中继卫星信标信号来波方向；信标和角误差信号发生模拟器包括信号模拟源、功分器、移相器和可调衰减器；信号模拟源产生与中继卫星信标信号相同的中继卫星模拟信标信号，并通过功分器将其耦合为和、差两路信号进行输出，和、差支路的相位差通过移相器和可调衰减器进行调节，输出信号强度通过可调衰减器进行调节。

天线转动模拟器，接收终端控制模块发送的控制指令，并根据该指令进行转动跟踪目标轨迹以及根据终端控制模块提供的方位差和俯仰差信号进行精确指向中继卫星信标信号来波方向，最终跟踪上中继卫星信标信号；同时天线转动模拟器将天线实际转动角度的信息反馈至终端控制模块用于判定天线实际转动角度是否到位。

天线转动模拟器包括步进电机、谐波减速器、旋转变压器及输出轴(采用与中继天线跟踪机构同样的设计)；当步进电机接收到终端控制模块转动指令后，通过谐波减速器带动输出轴转动，位于输出轴上用于角度测量的旋转变压器将天线转动模拟器的转动角度信号反馈到终端控制模块。

如图2所示，一种基于跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统的测试方法，包括步骤如下:

(1)将中继用户终端的跟踪模式设置为程控跟踪模式，终端控制模块开始接收目标角度输入设备提供的程控目标角度信息，并生成控制指令控制天线转动模拟器向目标角度方向转动，同时天线转动模拟器将天线实际转动角度的信息反馈至终端控制模块；

(2)判断天线实际转动角度与程控目标角度数据是否一致，若一致则说明天线转动模拟器已经按照程控目标角度数据跟踪指向中继星，并进入步骤(3)，否则天线转动模拟器继续按照程控目标角度数据转动，直至实际转动角度与程控目标角度数据相一致；

(3)信标和角误差信号发生模拟器开机，通过调整模拟的中继卫星信标信号强度，将和、差支路输出信号调整到最小，然后调整模拟信标信号由弱至强逐渐变大，和、差支路输出信号也逐步增加，并将和、差信号实时发送至跟踪接收模块；

(4)跟踪接收模块实时接收到和、差信号，并将其处理得到AGC值、方位差、俯仰差信号实时发送到终端控制模块；

(5)终端控制模块对随着和、差信号逐渐变大的AGC值进行判别，当AGC电平值大于自跟踪锁定门限时，用户终端系统的跟踪模式进入自跟踪模式，并进入步骤(6)，否则保持程控跟踪模式，直到AGC电平值大于自跟踪锁定门限；

(6)在自跟踪模式下，天线转动模拟器停止按照程控跟踪模式给定的程控目标角度信息转动，而根据终端控制模块按照跟踪接收模块提供的方位差和俯仰差信号，向中继卫星信标来波方向转动；

(7)在自跟踪模式下，信标和角误差信号发生模拟器调整模拟信标信号强度，使得和、差支路输出信号由强变弱逐渐变小，跟踪接收模块处理得到的AGC值也随之减小，终端控制模块对AGC值进行判别，当AGC电平值小于自跟踪失锁门限值，用户终端跟踪模式退出自跟踪模式，再次进入程序控制方式，否则保持自跟踪模式。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统，其特征在于包括：目标角度输入设备、天线转动模拟器、信标和角误差信号发生模拟器；

目标角度输入设备以一定时间间隔向星上设备中继用户终端系统的终端控制模块输入中继卫星程控目标角度信息，使得终端控制模块根据该程控目标角度信息生成控制天线转动模拟器跟踪目标轨迹的控制指令；

信标和角误差发生模拟器，模拟中继天线接收的中继卫星信标信号，并将该信号耦合成和差两路信号，发送给中继用户终端系统的跟踪接收模块，使得跟踪接收模块将和差两路信号处理成AGC值、方位差、俯仰差信号，发送给终端控制模块；终端控制模块根据接收到的AGC值、方位差、俯仰差信号控制中继天线转动模拟器精确指向中继卫星信标信号来波方向；

天线转动模拟器，接收终端控制模块发送的控制指令，并根据该指令进行转动跟踪目标轨迹以及根据终端控制模块提供的方位差和俯仰差信号进行精确指向中继卫星信标信号来波方向，最终跟踪上中继卫星信标信号；同时天线转动模拟器将天线实际转动角度的信息反馈至终端控制模块用于判定天线实际转动角度是否到位。

2.根据权利要求1所述的一种跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统，其特征在于：所述天线转动模拟器包括步进电机、谐波减速器、旋转变压器及输出轴；当步进电机接收到终端控制模块转动指令后，通过谐波减速器带动输出轴转动，位于输出轴上用于角度测量的旋转变压器将天线转动模拟器的转动角度信号反馈到终端控制模块。

3.根据权利要求1所述的一种跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统，其特征在于：所述信标和角误差信号发生模拟器包括信号模拟源、功分器、移相器和可调衰减器；信号模拟源产生与中继卫星信标信号相同的中继卫星模拟信标信号，并通过功分器将其耦合为和、差两路信号进行输出，和、差支路的相位差通过移相器和可调衰减器进行调节，输出信号强度通过可调衰减器进行调节。

4.一种基于权利要求1所述的跟踪中继星的程控与自跟踪联合模式测试系统的测试方法，其特征在于步骤如下:

(1)将中继用户终端的跟踪模式设置为程控跟踪模式，终端控制模块开始接收目标角度输入设备提供的程控目标角度信息，并生成控制指令控制天线转动模拟器向目标角度方向转动，同时天线转动模拟器将天线实际转动角度的信息反馈至终端控制模块；

(2)判断天线实际转动角度与目标角度输入设备提供的程控目标角度信息是否一致，若一致则说明天线转动模拟器已经按照程控目标角度数据跟踪指向中继星，并进入步骤(3)，否则天线转动模拟器继续按照程控目标角度数据转动，直至实际转动角度与程控目标角度数据相一致；

(3)信标和角误差信号发生模拟器开机，通过调整模拟的中继卫星信标信号强度，将和、差支路输出信号调整到最小，然后调整模拟信标信号由弱至强逐渐变大，和、差支路输出信号也逐步增加，并将和、差信号实时发送至跟踪接收模块；

(4)跟踪接收模块实时接收到和、差信号，并将其处理得到AGC值、方位差、俯仰差信号实时发送到终端控制模块；

(5)终端控制模块对随着和、差信号逐渐变大的AGC值进行判别，当AGC电平值大于自跟踪锁定门限时，用户终端系统的跟踪模式进入自跟踪模式，并进入步骤(6)，否则保持程控跟踪模式，直到AGC电平值大于自跟踪锁定门限，进入步骤(6)；

(6)在自跟踪模式下，天线转动模拟器停止按照程控跟踪模式给定的程控目标角度信息转动，而根据终端控制模块按照跟踪接收模块提供的方位差和俯仰差信号，向中继卫星信标来波方向转动；

(7)在自跟踪模式下，信标和角误差信号发生模拟器调整模拟信标信号强度，使得和、差支路输出信号由强变弱逐渐变小，跟踪接收模块处理得到的AGC值也随之减小，终端控制模块对AGC值进行判别，当AGC电平值小于自跟踪失锁门限值，用户终端跟踪模式退出自跟踪模式，再次进入程控跟踪模式，否则保持自跟踪模式。