CN109765576A - 一种航天应答机高精度测距零值实时校正装置 - Google Patents

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辛维政
郭永强
鲁平元
侯明
王绍山
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Abstract

本发明一种航天应答机高精度测距零值实时校正装置，包括：下行滤波器、耦合器、第一隔离器、变频器、程控衰减器、合路器、上行滤波器；下行测量信号经下行滤波器滤波后，由耦合器将耦合输出的下行测量信号经第一隔离器信号隔离转换，由变频器变频转换和程控衰减器衰减得到自校信号；将上行测量信号和自校信号输入合路器合路后，输出至上行滤波器；上行滤波器将滤波后的上行测量信号和自校信号发送，由基带模块对接收的上行信号和自校信号进行解扩解调后，计算出应答机本身的距离零值并通过下行测量帧发送到地面。本发明无需换线等更改设备连接状态的操作，即可实时得到应答机测距零值，达到毫米级测量精度，可以满足高轨卫星高可靠性要求。

Description

一种航天应答机高精度测距零值实时校正装置
技术领域
本发明属于航天测控的技术领域，涉及一种航天应答机高精度测距零值实时校正装置。
背景技术
实时校正装置应用于卫星测控通信产品上，常用于为测控通信产品进行距离零值自校，并将距离零值实时下发，以消除器件老化与温度等对卫星测距的影响。
传统应答机校正方式主要缺点有：
1、无法实时校正，需要更改走线和自校变频器设置，使校正系统从正常工作状态切换为自校工作状态。
2、校正精度不高，通常在分米级，部分在厘米级。
发明内容
发明所要解决的课题是，针对传统应答机校正方式无法实时校正，需要更改走线和自校变频器设置，且校正精度不高的问题。
用于解决课题的技术手段是，本发明提出一种航天应答机高精度测距零值实时校正装置，在传统非相干扩频应答机硬件基础上加入自校模块，实现应答机零值实时自校功能。
一种航天应答机高精度测距零值实时校正装置，包括：下行滤波器、耦合器、第一隔离器、变频器、程控衰减器、合路器、上行滤波器；由下行通道接收的下行测量信号经下行滤波器进行滤波后输入耦合器耦合，耦合器将耦合输出的下行测量信号经第一隔离器信号隔离转换后，由变频器进行变频转换和程控衰减器进行衰减得到自校信号；并且，将上行通道接收的上行测量信号和自校信号输入合路器进行合路后，输出至上行滤波器进行滤波；所述上行滤波器将滤波后的上行测量信号和自校信号发送至基带模块，由基带模块对接收的上行信号和自校信号进行解扩解调后，计算出应答机本身的距离零值并通过下行测量帧发送到地面。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：还包括第二隔离器，用于对上行滤波器滤波后的上行测量信号和自校信号隔离转换的第二隔离器。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：还包括环形器，用于将耦合器输出的下行测量信号和上行通道接收的上行测量信号进行闭环。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：还包括功率调整器，用于将自校信号的功率调整至应答机工作电平范围内的任意值。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述变频器中本振时钟源采用应答机时钟源。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述下行测量帧格式包括自校信号时延、自校信号频率多普勒、自校信噪比与置信度。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述基带模块采用载波平滑伪距算法计算载波平滑后的伪距估计值。
发明效果为：
本发明的航天应答机高精度测距零值实时校正装置，将非相干扩频应答机的下行测量信号通过耦合、隔离、变频、衰减后送回上行通道，其时钟源采用应答机时钟源。
所述耦合、隔离、变频、衰减模块经过特殊设计，能够满足在老化、频偏、温度等各种工况下时延变化毫米级、群时延波动分米级。自校信号选择测量下行信号，无需其他自校辅助，不引入其他干扰，不降低功放效率，可以不中断下行功能实时校正。
因此，与传统的应答机相比，本发明具备的优点有：
与常规非相干扩频应答机能够兼容；B.需在传统非相干扩频应答机硬件基础上加入自校模块；C.自校信号选择原始测量下行信号通过自校模块小环闭环送回上行通道；D.需在传统非相干扩频应答机软件基础上加入自校相关设计；E.需要修改部分非相干扩频应答机下行测量帧格式；F.无需换线等更改设备连接状态的操作，即可实时得到应答机测距零值；G.充分考虑了器件老化、时钟源准确度、温度、群时延波动、干扰等因素对零值校正的影响；H.通过采用载波平滑伪距、多用户检测、低时延抖动硬件设计等技术达到毫米级测量精度；I.所有技术均采用高可靠性设计实现，可以满足高轨卫星高可靠性要求。
附图说明
图1为本发明航天应答机高精度测距零值实时校正装置的结构示意图。
图2为本发明采用载波平滑伪距算法的原理示意图。
图3为本发明自校距离测量原理示意图。
具体实施方式
以下，基于附图针对本发明进行详细地说明。
如图1所示，本发明设计了一种航天应答机高精度测距零值实时校正装置，主要包括：下行滤波器、耦合器、第一隔离器、变频器、程控衰减器、合路器、上行滤波器；还包括第二隔离器、环形器、功率调整器。组件之间信号的传输均使用半柔性电缆连接。所述耦合器、隔离器、变频器、衰减器，能够满足在老化、频偏、温度等各种工况下时延变化毫米级、群时延波动分米级。
所述装置中，由下行通道接收的下行测量信号经下行滤波器进行滤波后输入耦合器耦合，耦合器将耦合输出的下行测量信号经第一隔离器信号隔离转换后，由变频器进行变频转换和程控衰减器进行衰减得到自校信号；并且，将上行通道接收的上行测量信号和自校信号输入合路器进行合路后，输出至上行滤波器进行滤波；所述上行滤波器将滤波后的上行测量信号和自校信号输入第二隔离器隔离转换后，发送至基带模块。由基带模块对接收的上行信号和自校信号进行解扩解调后，计算出应答机本身的距离零值并通过下行测量帧发送到地面，实现应答机零值实时自校功能。
装置中，自校信号选择测量下行信号，无需其他自校辅助，不引入其他干扰，不降低功放效率，可以不中断下行功能实时校正，自校距离测量原理如图3所示。非相干测控应答机下行信号波形，体制为脉冲编码调制/码分多址/双相载波调制，PCM/CDMA/BPSK。自校信号波形体制与下行信号波形体制相同，仅中心频率不同。
装置还可以采用环形器将耦合器输出的下行测量信号和上行通道接收的上行测量信号进行闭环。
并且，采用功率调整器，将自校信号的功率调整至应答机工作电平范围内的任意值。根据应答机实际使用情况，为减小电平对测距信号的影响，可通过软件设置将自校信号功率调整至应答机工作电平范围内的任意值。
优选地，所述变频器中本振时钟源采用应答机时钟源。即自校模块与应答机严格意义同步。进一步地，所述下行测量帧格式包括自校信号时延、自校信号频率多普勒、自校信噪比与置信度等信息，半秒更新一次下发给地面测控设备，地面测控设备结合应答机状态采用大数据人工智能方式对自校值进行筛选、滤波、修正。
以及，所述基带模块采用载波平滑伪距算法计算载波平滑后的伪距估计值，通过载波平滑伪距和多用户检测技术，进一步提高了对自校信号的时延参数测量的精度。从而达到毫米级应答机测距零值实时校正的目的。
上述载波平滑伪距算法，载波平滑伪距的测量原理如图2所示，采用平滑公式计算载波平滑后的伪距估计值为：
PGN＝PN/N+(PGN-1+LN-LN-1)*(N-1)/N
其中，PN为当前测试得到的伪距测量值，LN为当前测试得到的载波距离测量值，LN-1为上一次测试得到的载波距离测量值，PGN-1为上一次载波平滑伪距估计值。自校无载波平滑时下行测量帧直接将测量得到的PN填入下行测量帧中，自校有载波平滑时，根据平滑公式先计算载波平滑后的伪距估计值PGN，再将伪距估计值PGN填入下行测量帧相应位置，N为测量次数。
多用户检测方面，利用星载应答机多通道跟踪的结果，用最优多用户检测法消除多址干扰。通过对多个扩频码进行捕获和跟踪，已知各路多址信号的到达时间和载波相位估计值，再通过基于二阶四阶矩的信噪比估计方法对多址信号的幅值进行估计，在期望信号中减去多址信号，即可得到没有多址干扰的有用信号。
综上，本发明装置在传统非相干扩频应答机硬件基础上加入自校模块，无需换线等更改设备连接状态的操作，即可实时得到应答机测距零值；充分考虑了器件老化、时钟源准确度、温度、群时延波动、干扰等因素对零值校正的影响；通过采用载波平滑伪距、多用户检测、低时延抖动硬件设计等技术达到毫米级测量精度；所有技术均采用高可靠性设计实现，可以满足高轨卫星高可靠性要求。
需要说明的是，以上说明仅是本发明的优选实施方式，应当理解，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术构思的前提下还可以做出若干改变和改进，这些都包括在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种航天应答机高精度测距零值实时校正装置，其特征在于，包括：下行滤波器、耦合器、第一隔离器、变频器、程控衰减器、合路器、上行滤波器；由下行通道接收的下行测量信号经下行滤波器进行滤波后输入耦合器耦合，耦合器将耦合输出的下行测量信号经第一隔离器信号隔离转换后，由变频器进行变频转换和程控衰减器进行衰减得到自校信号；并且，将上行通道接收的上行测量信号和自校信号输入合路器进行合路后，输出至上行滤波器进行滤波；所述上行滤波器将滤波后的上行测量信号和自校信号发送至基带模块，由基带模块对接收的上行信号和自校信号进行解扩解调后，计算出应答机本身的距离零值并通过下行测量帧发送到地面。
2.根据权利要求1所述的航天应答机高精度测距零值实时校正装置，其特征在于，还包括第二隔离器，用于对上行滤波器滤波后的上行测量信号和自校信号隔离转换的第二隔离器。
3.根据权利要求1所述的航天应答机高精度测距零值实时校正装置，其特征在于，还包括环形器，用于将耦合器输出的下行测量信号和上行通道接收的上行测量信号进行闭环。
4.根据权利要求1所述的航天应答机高精度测距零值实时校正装置，其特征在于，还包括功率调整器，用于将自校信号的功率调整至应答机工作电平范围内的任意值。
5.根据权利要求1所述的航天应答机高精度测距零值实时校正装置，其特征在于，所述变频器中本振时钟源采用应答机时钟源。
6.根据权利要求1所述的航天应答机高精度测距零值实时校正装置，其特征在于，所述下行测量帧格式包括自校信号时延、自校信号频率多普勒、自校信噪比与置信度。
7.根据权利要求1所述的航天应答机高精度测距零值实时校正装置，其特征在于，所述基带模块采用载波平滑伪距算法计算载波平滑后的伪距估计值。
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