CN109597098A - 扩频测控地面设备测距零值实时监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扩频测控地面设备测距零值实时监测方法，利用本发明能够有效避免监测信号与工作信号之间的互干扰，提高测距零值漂移监测精度。本发明通过下述技术方案予以实现：在扩频测控地面设备零值的实时校正中，通过位于大口径天线副面中心的校零天线及实时校零变频器构建地面测控系统无线闭环监测环路；将上行扩频测距信号作为测距零值实时监测信号，校零变频天线和实时校零变频器环回上行扩频测距信号，并与卫星下行扩频测距信号频点错开，基于“频分+码分”的特点扩频测控基带从下行接收链路中提取环回的上行扩频测距信号，完成扩频测控地面设备闭环距离零值实时测量，实时完成无线闭环距离零监测。本发明提高了测距零值漂移监测精度。
Description
技术领域
本发明涉及测控通信领域一种基于扩频测控地面设备测距零值实时监测方法。
背景技术
目前测控系统测距的主要误差源是设备零值校零残差。随着航天任务对定位精度的要求日益提高，地面站的零值准确性成为设备的重要指标。因为应答机和地面站的零值不准确，会直接导致航天器定位精度的下降。航天测控地面设备包含大量的模拟器件以及有源电路，因环境温度变化以及老化将带来较大的测距零值变化。在目前地面测控通信的系统设计中，这部分由于工作状态的变化而引入的零值漂移主要是通过每次任务前或者任务后的距离校零来获得。设备距离零值指的是设备在某一典型状态参数(电平、多谱勒、温度)下的距离零值，其与设备的真实零值的差异归结到校零残差中。初始距离零值指的是系统在某一典型状态参数(电平、多普勒、温度环境)下的距离零值，这个距离零值一般通过高精度标定措施得到，其与设备的真实零值的差异，以及设备工作状态发生变化(时间、温度、多普勒、电平等)引起的零值变化归结到设备测距系统误差中。可以看出系统误差包括了标校误差和零值漂移。目前成熟工程中测控零值漂移的监测一般是通过任务前或者任务后的事后校零来得到，一般估算在分米或者米两级，无法满足高轨卫星的高精度测定轨厘米量级测距零值漂移的监测精度。
对于测距来说，将目前米级的测距精度提升到厘米量级，需要通过设备零值实时监测的方式控制零值的漂移，即采用零值的在线监测。传统的测控系统采用的是单频测量，电离层附加误差修正采用的外校正的方式，大多采用微波水气辐射计结合延迟模型进行修正。相对于外校正，基于多频链路的系统内校正测量精度更高。目前研究最广泛的多频链路是GPS系统，然而其多频链路是单向测量，只需抵消单程空间传播附加误差，与导航系统的单向链路不同，而测控系统中采用的是双向测量。测控系统中采用了双向链路，使得测控系统中多频链路的设计具有特殊性。
传统测控通信设备零值在线监测中的距离校零一般采取任务前或任务后标校的方式。在高精度测距中为了尽可能准确地反应出系统误差的漂移情况，需要实时地监测。为了使得在线校正信号和工作信号传输路径尽量一致，采用了上行发射信号通过高功率放大器后耦合一部分经过实时校零变频器后送低噪声放大器的监测环路。地面站零值实时监测下行接收信号同时包含探测器下行信号和在线监测信号，因此实时监测带来的首要问题是在线监测信号与工作信号间的互干扰抑制问题。
在扩频控系统中，上行测距支路工作过程可分为两部分，一是地面上行测距信号生成及发射，由地面测控系统来实现；二是星上测距信号接收及解调，由星载应答机来实现。上行信号形式是BPSK调制的扩频信号，具有载波被抑制的特性，射频信号由RF单元的接收支路进入扩频应答机的接收通道，完成低噪声放大、下变频、中频滤波、中频信号放大和AGC控制。中频信号用于数字基带的A/D采样，经A/D采样后的数字序列在数字基带内完成伪码捕获与跟踪、载波恢复与跟踪，解扩。下行测距链路工作过程与上行测距工作过程相似，下行测距链路工作过程也可分为两部分，一是星上下行测距信号调制及发射，由星载应答机来实现，二是地面测距信号接收及解调，由地面测控系统来实现。扩频测控系统上、下行测量信号采用测量帧结构，帧内所传信息是测距信息，上行测量帧可不调制信息，仅用于解距离模糊。测距精度取决于测距支路伪码码元宽度和信号能量，无模糊距离取决于上行帧周期，数据采样率取决于下行测量帧频率。
由于收发异频，目前成熟工程中，一般通过校零变频器将上行发射信号变频到下行接收信号，构成闭环链路通过来监测零值的变化，同时为了避免与正常工作信号的互干扰，通常采用离线监测的方式。工程预算中一般估算误差在分米或者米量级，无法达到厘米量级的高精度监测需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述航天扩频测控地面设备测距零值漂移监测中存在的问题，提供一种能够高精度实时监测扩频测控地面设备测距零值，并能提高测距零值漂移监测精度的扩频测控地面设备测距零值高精度实时监测方法。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。一种扩频测控地面设备测距零值实时监测方法，其特征在于包括如下步骤：在扩频测控地面设备零值的实时校正中，通过位于大口径天线副面中心的校零天线及实时校零变频器构建地面测控系统无线闭环监测环路；通过馈源接收卫星下行扩频测距信号的扩频码Sd(t)和实时校零设备环回的上行扩频测距信号Sud(t)，将上行扩频测距信号作为测距零值实时监测信号，通过环回的上行扩频测距信号实时测量地面设备零值的变化，以频分和码分的方式区分实时校零信号和卫星下行信号；扩频测控基带从下行接收链路中提取环回的上行扩频测距信号Sud(t)，完成扩频测控地面设备闭环距离零值实时测量；通过伪码捕获与跟踪，实时完成扩频测控地面设备无线闭环距离零值监测。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明在扩频测控地面设备零值的实时校正中，采用位于大口径天线副面中心的校零天线及实时校零变频器构建地面测控系统无线闭环监测环路，通过环回的上行扩频测距信号实时测量地面设备零值的变化，不依赖于任务前或任务后的非实时标校，提高了扩频测控地面设备零值监测的实时性和修正精度。
本发明通过环回的上行扩频测距信号实时测量地面设备零值的变化，以频分和码分的方式区分实时校零信号和卫星下行信号，避免了实时校零信号和应答信号的互干扰，提高了地面设备零值监测的精度。
本发明在地面设备无线闭环链路中，通过位于天线副面中心的校零天线及实时校零变频器构建无线闭环链路，将天线馈源纳入整个闭环监测环路，最大化监测环节，同时摆脱了近场多径干扰，提高了监测准确性。采用扩频测控基带从下行接收链路中提取环回的上行扩频测距信号Sud(t)，完成扩频测控地面设备闭环距离零值实时测量；不用每次任务前或任务后校正，同时能够有效避免与工作信号之间的互干扰，提高测距零值漂移监测精度。
本发明通过位于天线副面中心的校零天线和实时校零变频器构建无线校零链路，校零变频器将上行扩频测距信号变频到下行接收频段；通过实时校零变频器环回的上行扩频测距信号与卫星下行扩频信号，扩频码不同，并且频点错开，即间隔一定的频率；扩频测控基带从下行接收链路中提取环回的上行扩频测距信号，完成地面设备闭环距离零值实时测量。实测结果验证实现了涵盖天线的整个扩频测控地面设备小于0.01m的设备零值监测精度，可以广泛应用于航天测控通信系统、卫星导航定位系统等对设备零值有高要求的应用场合。
附图说明
下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明。
图1是本发明的扩频测控地面设备测距零值实时监测示意图。
具体实施方式
参阅图1。根据本发明，在扩频测控地面设备零值的实时校正中，通过位于大口径天线副面中心的校零天线及实时校零变频器构建地面测控系统无线闭环监测环路；通过馈源接收卫星下行扩频测距信号的扩频码Sd(t)和实时校零设备环回的上行扩频测距信号Sud(t)，将上行扩频测距信号作为测距零值实时监测信号，通过环回的上行扩频测距信号实时测量地面设备零值的变化，以频分和码分的方式区分实时校零信号和卫星下行信号；扩频测控基带从下行接收链路中提取环回的上行扩频测距信号Sud(t)，将上行扩频测距信号变频到下行接收频段，完成扩频测控地面设备闭环距离零值实时测量；通过伪码捕获与跟踪，实时完成扩频测控地面设备无线闭环距离零值监测。
扩频测控地面设备包括：位于大口径天线副面中心的校零天线，固定在大口径天线抛物面外侧底部中心的馈源、上行通道和下行通道、扩频测控基带，以及连接在校零天线与实时校零变频器之间的环回器。扩频测控基带输出的已调上行测距经过D/A数模转换后，通过上行通道的上行链路变频到发射频率，然后通过大口径天线辐射出去。在扩频测控地面设备的接收端设有通过电缆相连的喇叭、双工器及实时变频器构成的实时校零设备。
大口径天线接收的卫星下行扩频测距信号，通过下行信道变频到扩频测控基带接收的中频信号，中频信号经A/D采样后形成的数字序列，在扩频测控基带内完成伪码捕获与跟踪、载波恢复与跟踪，解扩及距离测量。
图1描述的扩频测控地面设备测距零值实时监测流程：扩频测控基带发射上行扩频测距信号Su(t)；实时校零设备将通过大口径天线辐射出去的上行扩频测距信号变频到下行接收频段Sud(t)并馈入大口径天线；同时大口径天线接收卫星下行扩频测距信号Sd(t)；扩频测控基带从下行接收链路中提取环回的上行扩频测距信号Sud(t)，通过伪码捕获与跟踪，从而完成而地面设备无线闭环距离零值实时监测。通过实时校零变频器环回的上行扩频测距信号Sud(t)与卫星下行扩频测距信号Sd(t)扩频码和频点均不相同，并且间隔一定的频率将频点错开。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书实施例的内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种扩频测控地面设备测距零值实时监测方法，其特征在于包括如下步骤：在扩频测控地面设备零值的实时校正中，通过位于大口径天线副面中心的校零天线及实时校零变频器构建地面测控系统无线闭环监测环路；校零变频器通过环回器进行双向通信，通过馈源接收卫星下行扩频测距信号的扩频码Sd(t)和扩频测控基带环回的上行扩频测距信号Sud(t)，实时校零变频环回上行扩频测距信号，将上行扩频测距信号作为测距零值实时监测信号，通过环回的上行扩频测距信号实时测量地面设备零值的变化，以频分和码分的方式区分实时校零信号和卫星下行信号；扩频测控基带从下行接收链路中提取环回的上行扩频测距信号Sud(t)，完成扩频测控地面设备闭环距离零值实时测量；通过伪码捕获与跟踪，实时完成扩频测控地面设备无线闭环距离零监测。
2.如权利要求1所述的扩频测控地面设备测距零值实时监测方法，其特征在于：扩频测控地面设备包括：位于大口径天线副面中心的校零天线，固定在大口径天线抛物面外侧底部中心的馈源，通过上行通道和下行通道连接的扩频测控基带，以及连接在校零天线与实时校零变频器之间的环回器。
3.如权利要求1所述的扩频测控地面设备测距零值实时监测方法，其特征在于：扩频测控基带输出的已调上行测距，经过D/A数模转换后，通过上行通道的上行链路变频到发射频率，然后通过大口径天线辐射出去。
4.如权利要求1所述的扩频测控地面设备测距零值实时监测方法，其特征在于：在扩频测控地面设备的接收端设有通过电缆相连的喇叭、双工器及实时变频器构成的实时校零设备。
5.如权利要求4所述的扩频测控地面设备测距零值实时监测方法，其特征在于：大口径天线接收的卫星下行扩频测距信号，通过下行信道变频到扩频测控基带接收的中频信号，中频信号经A/D采样后形成的数字序列，在扩频测控基带内完成伪码捕获与跟踪、载波恢复与跟踪，解扩及距离测量。
6.如权利要求5所述的扩频测控地面设备测距零值实时监测方法，其特征在于：扩频测控基带发射上行扩频测距信号Su(t)；实时校零设备将通过大口径天线辐射出去的上行扩频测距信号变频到下行接收频段Sud(t)并馈入大口径天线；同时大口径天线接收卫星下行扩频测距信号Sd(t)。
7.如权利要求1所述的扩频测控地面设备测距零值实时监测方法，其特征在于：扩频测控基带从下行接收链路中提取环回的上行扩频测距信号Sud(t)，通过伪码捕获与跟踪，从而完成而地面设备无线闭环距离零值实时监测。
8.如权利要求1所述的扩频测控地面设备测距零值实时监测方法，其特征在于：实时校零变频器环回的上行扩频测距信号Sud(t)与卫星下行扩频测距信号Sd(t)扩频码和频点均不相同，并且间隔一定的频率将频点错开。
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