CN108583934B - 基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统 - Google Patents

基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统，该试验系统包括器上设备、地面设备两大部分，所述器上设备包括大口径天线、器上低增益接收天线、天线驱动控制设备和器上通信设备；所述地面设备包括吊挂装置、地面信号模拟器、地面低增益发射天线、经纬仪和频谱仪，通过吊挂装置有效平衡大口径天线静态及驱动状态下的重力影响，采用地面信号模拟源、低增益发射天线和大口径天线模拟在轨对地通信状态，通过合理位置布局使用低增益接收天线反算大口径天线处的信号强度；并采用经纬仪标定大口径天线机械轴的指向精度，反演大口径天线射频定标精度。本发明可有效模拟大口径天线在轨定标过程，确保在轨定标方法的合理性和有效性。

Description

基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统
技术领域
本发明涉及深空探测器地面试验领域，特别是涉及一种基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统。
背景技术
深空探测器是对地球、月球以远的恒星、行星等天体实施探测的飞行器。由于深空探测器距离地球甚远，需采用大口径天线，以实现对地球有效通信。天线口径增大后，为实现高增益对地球通信，其波束角较小，需达到±0.5°以内，若通过天线在轨定标，对地指向达到±0.1°，增益可以增加3dB，提高大口径天线对地球指向精度十分必要。
深空探测器大口径天线对地指向误差主要有：展开指向误差、热变形误差、结构和装配误差和天线馈电指向误差等。通过地面标定可降低部分误差，但由于地面试验存在微重力环境，其标校精度很难精确衡量。为此，在轨标定是减小深空探测器大口径天线对地指向误差的重要且必要手段。探测器飞离地球后，地球重力环境影响微乎其微，在该状态下进行天线标定具有较高准确度和精度。为有效实现大口径天线的在轨标定，需对在轨标定方法进行地面试验，确保方法的有效性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统，通过专用吊挂工具平衡大口径天线的地面重力影像，设计可滑动装置以满足大口径天线两维驱动要求，配置地面模拟信号源、经纬仪、频谱仪等设备对大口径天线在轨标定过程进行地面试验。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：基于专用吊挂装置的深空探测用大口径天线地面试验系统，该试验系统包括器上设备、地面设备两大部分，所述器上设备包括大口径天线、器上低增益接收天线、天线驱动控制设备和器上通信设备；所述地面设备包括吊挂装置、地面信号模拟器、地面低增益发射天线、经纬仪和频谱仪，所述地面信号模拟器与天线驱动控制设备通过器上通信设备实现信号的传输，天线驱动控制设备用于接收地面信号模拟器发出的信号，对大口径天线进行两维驱动，大口径天线为两维驱动天线，与吊挂装置配合连接，通过吊挂装置进行悬吊；吊挂装置用于大口径天线地面试验的悬吊，平衡试验过程中的重力影响；所述经纬仪和频谱仪分别设置在地面信号模拟器的两侧，所述频谱仪用于测量器上低增益接收天线4、地面低增益发射天线的信号强度，所述地上低增益发射天线用于地面信号模拟器进行信号的发射，所述器上低增益接收天线用于反算大口径天线处的信号强度；所述经纬仪用于标定大口径天线在轨标定工作过程中机械轴的指向精度，反算射频轴指向定标精度；吊挂装置分别通过三个吊挂点来抵消大口径天线的重力影响，同时要兼顾吊挂工装自身重力的影响，并且每个吊挂点的质心位置都要具有一定范围的调节能力，模拟大口径天线在轨无重力下的工作过程。
优选地，所述吊挂装置包括摆杆式二维运动装置、可伸缩恒力弹簧与滑移组件、U型连接架和吊钩，摆杆式二维运动装置包括摆杆组件和根部轴承，摆杆组件可绕轴承中心线转动，配合可伸缩恒力弹簧的可滑移连接点，实现吊点在平面内的二维运动；可伸缩恒力弹簧滑移组件可实现吊点的运动；U型连接架配合恒力弹簧的可滑移吊点，可保证恒力弹簧吊点始终穿过产品质心，避免附加力矩。
优选地，所述器上低增益接收天线、地面低增益发射天线、大口径天线的摆放位置需在低增益发射天线增益变化不小于0.2dB对应的波束角范围内。
优选地，通过频谱仪测量器上低增益接收天线、地面低增益发射天线的信号强度，然后通过经纬仪测量到的大口径天线的经纬度进行大口径天线处的信号强度的计算。
优选地，所述大口径天线安装在模拟墙上，该模拟墙安装在支架车上，将该组合体呈水平侧卧状态固定在支架车上，待运输至龙门架附近后再依次进行位置状态调整、安装吊挂装置；吊挂装置安装于龙门架上，以确保满足试验垂直方向上的活动空间。龙门架的高度及跨度需满足试验空间要求。
本发明具体以下有益效果：
通过吊挂装置合理有效的平衡大口径天线静态及驱动状态下的重力影响，采用地面信号模拟源和低增益发射天线模拟深空探测器在轨对地通信状态，通过合理位置布局使用低增益接收天线反算大口径天线处的信号强度，并采用经纬仪标定大口径天线机械轴的指向精度，有效模拟了大口径天线在轨定标过程，确保在轨定标方法的合理性和有效性。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统的原理示意图。
图2为本发明实施例中的吊挂装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-图2所示，本发明实施例提供了一种基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统，包括器上设备、地面设备两大部分。器上设备包括：大口径天线1、低增益接收天线4、天线驱动控制设备、器上通信设备。地面设备包括：大口径天线吊挂装置5、地面信号模拟器3、低增益发射天线2、经纬仪、频谱仪。
如图1所示，大口径天线为两维驱动天线；器上低增益天线用于反算大口径天线处的信号强度；天线驱动控制设备用于对大口径天线进行两维驱动；器上通信设备用于对大口径天线、低增益接收天线的信号进行处理。
如图1所示，地面信号模拟器用于模拟地面发射站；地上低增益发射天线用于地面信号模拟器发射信号；经纬仪用于标定大口径天线机械轴的指向精度；频谱仪用于测量低增益天线接收的信号强度。
如图1所示，低增益接收天线4、大口径天线1的摆放位置需在低增益发射天线2增益变化不小于0.2dB对应的波束角范围内。
如图2所示，大口径天线吊挂装置5用于大口径天线地面试验的悬吊，平衡试验过程中的重力影响。
如图2所示，吊挂装置5主要由摆杆式二维运动装置、可伸缩恒力弹簧与滑移组件、U型连接架和吊钩等组成。摆杆式二维运动装置主要包括摆杆组件和根部轴承，摆杆可绕轴承中心线转动，配合恒力弹簧的可滑移连接点，可实现吊点在平面内的二维运动；可伸缩恒力弹簧滑移组件可实现吊点的运动；U型连接架配合恒力弹簧的可滑移吊点，可保证恒力弹簧吊点始终穿过产品质心，避免附加力矩。
如图2所示，吊挂装置5分别通过三个吊挂点来抵消大口径天线的重力影响，同时要兼顾吊挂工装自身重力的影响，并且每个吊挂点的质心位置都要具有一定范围的调节能力。
如图2所示，吊挂装置安装于龙门架8上，以确保满足试验垂直方向上的活动空间。龙门架的高度及跨度需满足试验空间要求。
如图2所示，大口径天线安装在模拟墙6和支架车7上。大口径天线安装于模拟墙6上，将该组合体呈水平侧卧状态固定在支架车7上，待运输至龙门架8附近后再依次进行位置状态调整、安装吊挂装置5。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统，其特征在于，该试验系统包括器上设备、地面设备两大部分，所述器上设备包括大口径天线(1)、器上低增益接收天线(4)、天线驱动控制设备和器上通信设备；所述地面设备包括吊挂装置(5)、地面信号模拟器(3)、地面低增益发射天线(2)、经纬仪和频谱仪，所述地面信号模拟器(3)与天线驱动控制设备通过器上通信设备实现信号的传输，天线驱动控制设备用于接收地面信号模拟器发出的信号，对大口径天线(1)进行两维驱动，大口径天线(1)为两维驱动天线，与吊挂装置(5)配合连接，通过吊挂装置进行悬吊；所述经纬仪和频谱仪分别设置在地面信号模拟器(3)的两侧，所述频谱仪用于测量器上低增益接收天线(4)、地面低增益发射天线(2)的信号强度，反算大口径天线处的信号强度；所述经纬仪用于标定大口径天线在轨标定工作过程中机械轴的指向精度，反算射频轴指向定标精度；吊挂装置(5)分别通过三个吊挂点来抵消大口径天线的重力影响，模拟大口径天线在轨无重力下的工作过程。
2.如权利要求1所述的基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统，其特征在于，所述吊挂装置(5)包括摆杆式二维运动装置、可伸缩恒力弹簧、U型连接架和吊钩；可伸缩恒力弹簧配有可滑移吊挂点；摆杆式二维运动装置包括摆杆组件和根部轴承，摆杆组件可绕根部轴承中心线转动，配合可伸缩恒力弹簧的可滑移吊挂点，实现可滑移吊挂点在平面内的二维运动；U型连接架配合可伸缩恒力弹簧的可滑移吊挂点，可保证可滑移吊挂点始终穿过大口径天线相应吊挂部位的质心，避免附加力矩。
3.如权利要求1所述的基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统，其特征在于，所述器上低增益接收天线(4)、地面低增益发射天线(2)、大口径天线的摆放位置需在低增益发射天线增益变化不小于0.2dB对应的波束角范围内。
4.如权利要求1所述的基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统，其特征在于，通过频谱仪测量器上低增益接收天线(4)、地面低增益发射天线(2)的信号强度，然后通过经纬仪测量到的大口径天线的经纬度进行大口径天线处的信号强度的计算。
5.如权利要求1所述的基于吊挂装置的深空探测大口径天线定标地面试验系统，其特征在于，所述大口径天线(1)安装在模拟墙(6)上，该模拟墙(6)安装在支架车(7)上。
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