CN108365884B - 基于指向误差的卫通站单脉冲跟踪接收机相位补偿方法 - Google Patents

基于指向误差的卫通站单脉冲跟踪接收机相位补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于指向误差的卫通站单脉冲跟踪机相位补偿方法，通过修改跟踪接收机程序，记录校相过程中俯仰轴、方位轴初始指向误差，A轴校相时记录上转、下转E轴时E轴的最大电压值，E轴校相时记录左转、右转A轴时A轴的最大电压值，在手动校相结果的基础上通过记录的过程量计算补偿值，对手动校相结果进行修正。实现了对船载卫星通信站单脉冲跟踪接收机手动校相结果的相位补偿，提升了手动校相时的校相精度，有利于改善船载卫通站伺服系统的跟踪性能和卫星通信链路的信道质量。

Description

基于指向误差的卫通站单脉冲跟踪接收机相位补偿方法
技术领域
本发明涉及卫星通信站跟踪接收机领域，尤其涉及一种船载卫星通信站单脉冲跟踪接收机相位补偿方法。
背景技术
海上船体时刻晃动，船载卫星通信站为建立稳定的通信，多采用单脉冲跟踪体制实现通信天线对卫星的稳定跟踪。跟踪接收机是卫通站伺服系统中的关键设备，负责从天线馈源中耦合出的差信号中解调出方位误差和俯仰误差，为伺服系统跟踪卫星提供参考。为准确解调出方位和俯仰误差信号，必须校准跟踪接收机相位值，消除和信号与差信号在合成单通道前存在的相差，确保两者相位一致。
本发明中所述船载卫通站采用A-E-C三轴跟踪体制，即方位轴、俯仰轴、交叉轴三轴跟踪，其跟踪接收系统由低噪声放大器(和低噪A、和低噪B、差低噪A、差低噪B)、和差网络、分路器、跟踪接收机、连接线缆六大功能部分组成。设目标卫星的信标信号为Us(t)＝Ue-jωt(右旋信号)，U为信号幅值，ω为信号角速率。信标信号在天线馈源激励起基模TE11作为和模，输出为和通道和信号uΣ(t)；跟踪耦合器中激励起的高次TE21模作为差模，输出为差通道的差信号u△(t)。和、差信号可表达如下：
uΣ(t)＝Ucos(ωt+ξ1) (1)
Figure GDA0002440106540000011
其中，
Figure GDA0002440106540000012
为归一化误差，μ1、μ2分别为方位、俯仰轴的幅值比例；u△A(t)、u△E(t)为差信号在方位、俯仰轴上的分量，
Figure GDA0002440106540000013
为归一化误差角；ξ1、ξ2分别为和、差信号的初始相位，θ为天线电轴指向与卫星目标之间的夹角。重新标定初始时刻，对(1)、(2)进行变换，令γ＝ξ2-ξ1，可得，
uΣ(t)＝Ucos(ωt) (3)
Figure GDA0002440106540000021
差信号经调制后与和信号合成一路送跟踪接收机系统进行解调。和差网络输出的单通道跟踪信号送至跟踪接收机，经变频放大、AGC放大、锁相、幅度检波、相位检波和同步检波之后解调输出俯仰轴和方位轴方向的误差信号u△E(t)和u△A(t)。其中，移相器将参考源信号相位移动γE和γA。跟踪接收机校相的目的是调整移相器相位值，消除和信号与差信号合成前的初始相位差，以解调出俯仰误差和方位误差。经过跟踪接收机一系列处理后，解调出的俯仰和方位误差为：
Figure GDA0002440106540000022
其中，p为解调常数；γ1和γ2分别为俯仰和方位误差的初始相位差。当γ1＝γE，γ2＝γA时，(5)就得到了正确的误差值。当天线对准卫星后只转动A轴，此时
Figure GDA0002440106540000023
只在A轴产生误差电压，应有u△E＝0；若γ1≠γE，则
Figure GDA0002440106540000024
即在E轴产生了交叉耦合项：
-pμθsin(γ1-γE)
校相的指标A轴交叉耦合定义为：
Figure GDA0002440106540000025
同理，当天线对准卫星后只转动E轴，此时
Figure GDA0002440106540000026
γ2≠γA时，A轴的交叉耦合项为-pμθsin(γ2-γA)。校相指标E轴交叉耦合定义为：
Figure GDA0002440106540000027
交叉耦合项越小，交叉耦合指标值越大，则表明校相结果越好。当前跟踪接收机校相主要采用手动校相法，通过手动转动天线，修改跟踪接收机相位值。这种方法存在校相环境不稳定时手动调整天线初始指向位置不精准导致校相精度不高的问题、在处理校相过程中的不一致数据时采用简单的平均法，因此校相精度有提高的空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于初始指向误差的卫通站单脉冲跟踪接收机相位补偿方法，降低手动校相时因初始指向误差带来的相位误差，提升跟踪接收机校相的精度。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于指向误差的卫通站单脉冲跟踪接收机相位补偿方法，通过对跟踪接收机校相程序进行修改实现手动校相结果相位的补偿，其特征在于所述方法为：记录校相过程中方位轴、俯仰轴初始指向误差U△A、U△E和校相过程中的A、E轴的最大电压，计算手动相位结果的补偿量对结果进行修正；校相过程中A轴校相时记录上转、下转E轴时E轴的最大电压值，分别为U△E1、U△E2；E轴校相时记录左转、右转A轴时A轴的最大电压值，分别为U△A1、U△A2；
A轴校相时，相位修正的方式为
Figure GDA0002440106540000031
其中，γ2为补偿后的A轴相位值，γA1、γA2分别为上转、下转E轴操作得到的手动校相结果，
Figure GDA0002440106540000032
分别为上转、下转E轴时的误差角；
E轴校相时，相位修正的方式为
Figure GDA0002440106540000033
其中，γ1为补偿后的E轴相位值，γE1、γE2分别为左转、右转A轴操作得到的手动校相结果，
Figure GDA0002440106540000034
分别为左转、右转A轴时的误差角；
Figure GDA0002440106540000035
的求取方式如下
Figure GDA0002440106540000036
Figure GDA0002440106540000041
其中：方位轴的误差电压增益系数αA、俯仰轴的误差电压增益系数αE。
优选地，所述方法包括：上转天线E轴角度θ0，记录A轴误差电压输出U△AT1，记录E轴误差电压输出U△ET1，计算交叉耦合
Figure GDA0002440106540000042
天线转回原位，再下转天线E轴角度θ0，记录A轴误差电压输出U△AT2，记录E轴误差电压输出U△ET2，计算交叉耦合
Figure GDA0002440106540000043
如果交叉耦合HA-E1、HA-E2有一个不满足指标要求，则重新开始校相；
如果交叉耦合HA-E1、HA-E2均满足指标要求，则完成A轴校相，开始E轴校相。
优选地，所述方法包括：左转天线A轴角度θ0，记录E轴误差电压输出U△ET1，记录A轴误差电压输出U△AT1，计算交叉耦合
Figure GDA0002440106540000044
天线转回原位，再右转天线A轴角度θ0，记录E轴误差电压输出U△ET2，记录A轴误差电压输出U△AT2，计算交叉耦合
Figure GDA0002440106540000045
如果交叉耦合值HE-A1、HE-A2有一个不满足指标要求，则重新开始校相；
如果交叉耦合值HE-A1、HE-A2均满足指标要求，则完成E轴校相，卫通站跟踪接收机校相作业完成。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过求取初始指向出差对校相结果的影响，实现了对船载卫星通信站单脉冲跟踪接收机手动校相结果的相位补偿，提升了手动校相时的校相精度，有利于改善船载卫通站伺服系统的跟踪性能和卫星通信链路的信道质量。
附图说明
图1是本发明实施例的误差信号向量关系图。
图2是本发明实施例的校相过程误差示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
结合图1,2所示，本发明提供一种基于初始指向误差的卫通站单脉冲跟踪接收机相位补偿方法，通过对跟踪接收机校相程序进行修改实现手动校相结果相位的补偿，具体步骤如下：
开始手动校相流程，手动调整天线电轴指向卫星；
在跟踪接收机中添加‘记录’选项，按下‘记录’选项，程序记录此时方位轴的误差电压U△A、俯仰轴的误差电压U△E，以及方位轴的误差电压增益系数αA、俯仰轴的误差电压增益系数αE；
上转天线E轴一定角度θ0，调整跟踪接收机A轴相位，使A轴误差电压输出为零，得A轴相位值γA1，按下‘记录’选项，程序记录E轴最大误差电压U△E1；
A轴误差电压输出为零，此时有
Figure GDA0002440106540000051
其中
Figure GDA0002440106540000052
为此时的误差角，得A轴理论相位值
Figure GDA0002440106540000053
下转天线E轴使天线电轴回中心，再下转E轴相同角度θ0，调整跟踪接收机A轴相位，使A轴误差电压输出为零，得A轴相位值γA2，按下‘记录’选项，程序记录E轴最大误差电压U△E2；
A轴误差电压输出为零，此时有
Figure GDA0002440106540000054
其中
Figure GDA0002440106540000055
为此时的误差角，得A轴理论相位值
Figure GDA0002440106540000056
原手动方法计算A轴相位初始值为
Figure GDA0002440106540000061
跟踪接收机程序添加‘补偿’选项，按下‘补偿’选项后，程序依据之前记录的值计算A轴相位修正值，计算表达式如下：
Figure GDA0002440106540000062
作为本次操作校相结果，(15)通过(12)、(14)联立推导得出；
其中补偿值
Figure GDA0002440106540000063
求取方式如下
Figure GDA0002440106540000064
上转天线E轴角度θ0，记录A轴误差电压输出U△AT1，记录E轴误差电压输出U△ET1，计算交叉耦合
Figure GDA0002440106540000065
天线转回原位，再下转天线E轴角度θ0，记录A轴误差电压输出U△AT2，记录E轴误差电压输出U△ET2，计算交叉耦合
Figure GDA0002440106540000066
如果交叉耦合HA-E1、HA-E2有一个不满足指标要求，则重新开始校相；
如果交叉耦合HA-E1、HA-E2均满足指标要求，则完成A轴校相，开始E轴校相；
手动调整天线电轴指向卫星；
在跟踪接收机中添加‘记录’选项，按下‘记录’选项，记录方位轴的误差电压U△A、俯仰轴的误差电压U△E，以及方位轴的误差电压增益系数αA、俯仰轴的误差电压增益系数αE；
左转天线A轴一定角度θ0，调整跟踪接收机E轴相位，使E轴误差电压输出为零，得E轴相位值γE1，按下‘记录’选项，程序记录A轴最大误差电压U△A1；
E轴误差电压输出为零，此时有
Figure GDA0002440106540000067
其中
Figure GDA0002440106540000068
为此时的误差角，得E轴理论相位值
Figure GDA0002440106540000071
右转天线A轴使天线电轴回中心，再右转天线相同角度θ0，调整跟踪接收机E轴相位，使E轴误差电压输出为零，得E轴相位值γE2，按下‘记录’选项，程序记录A轴最大误差电压U△A2；
E轴误差电压输出为零，此时有
Figure GDA0002440106540000072
其中
Figure GDA0002440106540000073
为此时的误差角，得E轴理论相位值
Figure GDA0002440106540000074
原手动方法计算E轴相位初始值为
Figure GDA0002440106540000075
优选地，修改跟踪接收机程序计算E轴相位修正值为
Figure GDA0002440106540000076
作为本次操作校相结果，(21)通过(18)、(20)联立推导得出；
其中补偿值
Figure GDA0002440106540000077
求取方式如下
Figure GDA0002440106540000078
左转天线A轴角度θ0，记录E轴误差电压输出U△ET1，记录A轴误差电压输出U△AT1，计算交叉耦合
Figure GDA0002440106540000079
天线转回原位，再右转天线A轴角度θ0，记录E轴误差电压输出U△ET2，记录A轴误差电压输出U△AT2，计算交叉耦合
Figure GDA00024401065400000710
如果交叉耦合值HE-A1、HE-A2有一个不满足指标要求，则重新开始校相；
如果交叉耦合值HE-A1、HE-A2均满足指标要求，则完成E轴校相，卫通站跟踪接收机校相作业完成。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于初始指向误差的卫通站单脉冲跟踪接收机相位补偿方法，通过对跟踪接收机校相程序进行修改实现手动校相结果相位的补偿，其特征在于所述方法为：记录校相过程中方位轴、俯仰轴初始指向误差U△A、U△E和校相过程中的A、E轴的最大电压，计算手动相位结果的补偿量对结果进行修正；校相过程中A轴校相时记录上转、下转E轴时E轴的最大电压值，分别为U△E1、U△E2；E轴校相时记录左转、右转A轴时A轴的最大电压值，分别为U△A1、U△A2；
A轴校相时，相位修正的方式为
Figure FDA0002440106530000011
其中，γ2为补偿后的A轴相位值，γA1、γA2分别为上转、下转E轴操作得到的手动校相结果，
Figure FDA0002440106530000012
分别为上转、下转E轴时的误差角；
E轴校相时，相位修正的方式为
Figure FDA0002440106530000013
其中，γ1为补偿后的E轴相位值，γE1、γE2分别为左转、右转A轴操作得到的手动校相结果，
Figure FDA0002440106530000014
分别为左转、右转A轴时的误差角；
Figure FDA0002440106530000015
的求取方式如下
Figure FDA0002440106530000016
Figure FDA0002440106530000017
其中：方位轴的误差电压增益系数αA、俯仰轴的误差电压增益系数αE。
2.根据权利要求1所述的一种基于初始指向误差的卫通站单脉冲跟踪接收机相位补偿方法，其特征在于所述方法包括：上转天线E轴角度θ0，记录A轴误差电压输出U△AT1，记录E轴误差电压输出U△ET1，计算交叉耦合
Figure FDA0002440106530000021
天线转回原位，再下转天线E轴角度θ0，记录A轴误差电压输出U△AT2，记录E轴误差电压输出U△ET2，计算交叉耦合
Figure FDA0002440106530000022
如果交叉耦合HA-E1、HA-E2有一个不满足指标要求，则重新开始校相；
如果交叉耦合HA-E1、HA-E2均满足指标要求，则完成A轴校相，开始E轴校相。
3.根据权利要求1所述的一种基于初始指向误差的卫通站单脉冲跟踪接收机相位补偿方法，其特征在于左转天线A轴角度θ0，记录E轴误差电压输出U△ET1，记录A轴误差电压输出U△AT1，计算交叉耦合
Figure FDA0002440106530000023
天线转回原位，再右转天线A轴角度θ0，记录E轴误差电压输出U△ET2，记录A轴误差电压输出U△AT2，计算交叉耦合
Figure FDA0002440106530000024
如果交叉耦合值HE-A1、HE-A2有一个不满足指标要求，则重新开始校相；
如果交叉耦合值HE-A1、HE-A2均满足指标要求，则完成E轴校相，卫通站跟踪接收机校相作业完成。
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