CN108333601B - 一种用于高轨遥感卫星的精密测距系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高轨遥感卫星的精密测距系统，包括测距应答机、测控固放、测距自校设备、双工器和测控天线；所述测距自校设备接收双工器发送的上行射频信号以及测控固放发送的下行射频信号，下行射频信号一路经双工器发送给地面测控站，另一路与上行射频信号进行合路后，发送给测距应答机；测距应答机接收合路后的信号，并生成包含卫星本身距离零值的下行信号，经测控固放进行放大后发送给测距自校设备。本发明优化了测距应答机软件设计，考虑到了卫星本身距离零值，可以将系统测距值控制在5cm以内。本发明在重量、功耗不增加的前提下，实现了星地精密测距功能和系统测距自校功能，与现有技术相比，提高了系统测距精度。

Description

一种用于高轨遥感卫星的精密测距系统
技术领域
本发明涉及一种用于高轨遥感卫星的精密测距系统的设计及其实现方法。
背景技术
遥感卫星的精密测距、定轨是实现目标成像的重要因素，遥感卫星的测距和定轨指标远远高于其他卫星。低轨遥感卫星依靠GPS系统进行测定轨，轨道确定精度可至厘米级。高轨遥感卫星无法使用GPS系统，而常规高轨(GEO轨道)测距定轨技术满足不了高轨遥感卫星测距定轨要求。
本发明所涉及领域的现状：1)GPS系统可以对低轨遥感卫星进行精密定轨，无法应用于高轨遥感卫星；2)静止轨道常规测距定轨技术仅可以实现测距精度10米、定轨精度公里级，无法满足高轨遥感卫星精密测距、定轨指标要求。
如何提高高轨遥感卫星的测距精度，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于高轨遥感卫星的精密测距系统。该系统可以实现5厘米的测距精度，50米的定轨精度，解决了高轨遥感卫星的精密测距、定轨问题。
本发明的技术解决方案是：
提供一种用于高轨遥感卫星的精密测距系统，包括测距应答机、测控固放、测距自校设备、双工器和测控天线；
所述测控天线接收地面测控站发射的上行射频信号经给双工器发送给测距自校设备；
所述测距自校设备接收双工器发送的上行射频信号以及测控固放发送的下行射频信号，下行射频信号一路经双工器发送给地面测控站，另一路与上行射频信号进行合路后，发送给测距应答机；
所述测距应答机接收合路后的信号，并生成包含卫星本身距离零值的下行信号，经测控固放进行放大后发送给测距自校设备。
优选的，所述测距自校设备包括合路器、自校变频控制模块和耦合器；
合路器接收上行射频信号和自校变频控制模块输出的下行信号；耦合器接收测控固放发送的下行射频信号后分成两路，一路发送给双工器，另一路发送自校变频控制模块；自校变频控制模块调节下行射频信号的输出功率与上行射频信号的功率匹配，将下行频率变频至上行频率后，输出信号至合路器；合路器将双工器发送的上行射频信号和自校变频控制模块过来的下行射频信号合成后，发送给测距应答机。
优选的，地面测控站接收到下行射频信号，进行解扩、解调、帧同步后，提取出下行测量信息帧，通过所发出的上行测量信息帧和下行测量信息帧的时间差计算出卫星距离地面的测距值；同时提取下行测量信息帧中的卫星本身距离零值，将卫星距离地面的测距值减去卫星本身距离零值，进行校正，得到修正后的卫星距离地面的测距值。
优选的，测距应答机上行射频信号的测量信息中的和下行射频信号的测量信息。
优选的，测距应答机计算卫星本身距离零值的方法如下：
(1)提取上行射频信号的测量信号中的测量帧信息中的码片时间测量数据T；
(2)提取下行射频信号的测量信号中的测量帧信息中的测距码周期测量数据N；
(3)计算距离零值D采用如下公式：
Figure BDA0001562502060000021
其中C是光速。
优选的，测控自校设备中自校变频控制模块由数控衰减器和混频器组成；数控衰减器受高精度测距应答机发出的控制信号控制，数控衰减器调节由耦合器发过来的下行射频信号的输出功率与双工器传输过来的上行射频信号的功率匹配，使得两个信号功率保持在额定功率差范围内。混频器将耦合器发过来的下行射频信号的频率变频至高精度测距应答机可接收频率。
优选的，双工器对接收的上行射频信号进行滤波后发送给测距自校设备；对接收的下行射频信号进行滤波后发送给地面测控站。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明提供了一种高轨遥感卫星的精密测距系统，与现有技术相比，解决了高轨遥感卫星的精密测距、定轨问题。
(2)与普通测距系统相比，精密测距系统增加了一台测距自校设备，优化了测距应答机软件设计，考虑到了卫星本身距离零值，可以将系统测距值控制在5cm以内，远远优于普通测距系统1m的测距指标。本发明在重量、功耗不增加的前提下，实现了星地精密测距功能和系统测距自校功能，与现有技术相比，提高了系统测距精度。
(3)本发明的高轨遥感卫星的精密测距系统的精度高，因而提高了地面测控系统的定轨效率，将定轨时间由原来的12小时，提高到了1小时。
附图说明
图1为本发明精密测距系统组成示意图；
图2为本发明测距自校设备实现框图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明组成结构框图。包括高精度测距应答机1、测控固放2、测距自校设备3、双工器4、测控天线5。
测控天线5将接收到的地面测控站发射的上行射频信号传输给双工器4；双工器4将上行射频信号进行滤波处理后发送给测距自校设备3。
结合图2，测距自校设备3接收两路射频信号，一路是由双工器4传输过来的上行射频信号，另一路是测控固放2传输过来的卫星下行射频信号。测距自校设备3包括合路器、自校变频控制模块和耦合器，测距自校设备3的合路器接收上行射频信号和自校变频控制模块输出的下行信号，合路器将双工器发送的上行射频信号和自校变频控制模块过来的下行射频信号合成后，输出给高精度测距应答机。耦合器接收测控固放2传输过来的卫星下行射频信号，并将测控固放2输出的下行射频信号通过耦合器分成两路，一路送往双工器4，通过双工器4及测控天线5发送至地面测控站；另一路送往自校变频控制模块；自校变频控制模块由数控衰减器和混频器组成。数控衰减器受高精度测距应答机发出的控制信号控制，数控衰减器调节由耦合器发过来的下行射频信号的输出功率与双工器传输过来的上行射频信号的功率匹配，使得两个信号功率保持在额定功率差范围内。混频器将耦合器发过来的下行射频信号的频率变频至高精度测距应答机可接收频率。
高精度测距应答机1从测距自校设备3输出的信号中识别出上行射频信号和下行射频信号，提取上行射频信号的测量信号，进行解扩、解调、帧同步后，再利用自身形成的下行测量帧同步信号对上行测量信号进行采样，提取测距信息、上行伪多普勒值等测量信息，并将这些测量信息实时置于下行测量信息帧中；高精度测距应答机1从测距自校设备3输出的信号中识别出同时识别出下行射频信号，提取下行射频信号的测量信号，进行解扩、解调、帧同步后，计算出精密测距系统本身的距离零值，并置于下行测量信息帧中；高精度测距应答机1将组合后的下行测量帧实时通过下行射频信号发送给测控固放2进行放大后，再通过双工器4和测控天线5发送到地面测控站。高精度测距应答机1根据提取出的上行射频信号功率大小和下行射频信号的功率差值，生成控制信号，调节自校变频控制模块中下行射频信号的功率，使得两个射频信号功率匹配。地面测控站接收到下行射频信号，进行解扩、解调、帧同步后，提取出下行测量信息帧，通过所发出的上行测量信息帧和下行测量信息帧的时间差计算出卫星距离地面的测距值；同时提取下行测量信息帧中的卫星测距信息，即卫星本身的距离零值，将卫星距离地面的测距值减去卫星本身的距离零值，进行校正，得到修正后的精确的卫星距离地面的测距值。
计算出精密测距系统本身的距离零值，即自身的时延的方法为：
(1)提取上行射频信号的测量信号中的测量帧信息中的码片时间测量数据T；
(2)提取下行射频信号的测量信号中的测量帧信息中的测距码周期测量数据N；
(3)计算距离零值D采用如下公式：
Figure BDA0001562502060000051
其中C是光速。
为了实现系统的高精度测距功能，专门配置了一台测距自校设备，测距自校设备主要完成精密测距系统硬件通道的自闭环功能，自校功能可以抵消卫星测距通道器件老化与温度对测距的影响。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种用于高轨遥感卫星的精密测距系统，其特征在于：包括测距应答机(1)、测控固放(2)、测距自校设备(3)、双工器(4)和测控天线(5)；
所述测控天线(5)接收地面测控站发射的上行射频信号经给双工器(4)发送给测距自校设备(3)；
所述测距自校设备(3)接收双工器(4)发送的上行射频信号以及测控固放(2)发送的下行射频信号，下行射频信号一路经双工器(4)发送给地面测控站，另一路与上行射频信号进行合路后，发送给测距应答机(1)；
所述测距自校设备(3)包括合路器、自校变频控制模块和耦合器；合路器接收上行射频信号和自校变频控制模块输出的下行信号；耦合器接收测控固放(2)发送的下行射频信号后分成两路，一路发送给双工器(4)，另一路发送自校变频控制模块；自校变频控制模块调节下行射频信号的输出功率与上行射频信号的功率匹配，将下行频率变频至上行频率后，输出信号至合路器；合路器将双工器发送的上行射频信号和自校变频控制模块过来的下行射频信号合成后，发送给测距应答机(1)；
测控自校设备(3)中自校变频控制模块由数控衰减器和混频器组成；数控衰减器受测距应答机(1)发出的控制信号控制，数控衰减器调节由耦合器发过来的下行射频信号的输出功率与双工器(4)传输过来的上行射频信号的功率匹配，使得两个信号功率保持在额定功率差范围内；混频器将耦合器发过来的下行射频信号的频率变频至高精度测距应答机可接收频率；
所述测距应答机(1)接收合路后的信号，并生成包含卫星本身距离零值的下行信号，经测控固放(2)进行放大后发送给测距自校设备(3)；
测距应答机(1)计算卫星本身距离零值的方法如下：
(1)提取上行射频信号的测量信号中的测量帧信息中的码片时间测量数据T；
(2)提取下行射频信号的测量信号中的测量帧信息中的测距码周期测量数据N；
(3)计算距离零值D采用如下公式：
Figure FDA0002781005490000021
其中C是光速。
2.如权利要求1所述的用于高轨遥感卫星的精密测距系统，其特征在于，地面测控站接收到下行射频信号，进行解扩、解调、帧同步后，提取出下行测量信息帧，通过所发出的上行测量信息帧和下行测量信息帧的时间差计算出卫星距离地面的测距值；同时提取下行测量信息帧中的卫星本身距离零值，将卫星距离地面的测距值减去卫星本身距离零值，进行校正，得到修正后的卫星距离地面的测距值。
3.如权利要求1或2所述的用于高轨遥感卫星的精密测距系统，其特征在于，双工器(4)对接收的上行射频信号进行滤波后发送给测距自校设备(3)；对接收的下行射频信号进行滤波后发送给地面测控站。
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