CN111060931B - 卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法和系统，依据卫星应答机双工器的收发合路模式，设计回环组件；令地面测控基带设备、变频器、链路箱互连，再经过射频长电缆接至星地接口端，将回环组件与射频长电缆连接；令地面测控链路设备加电，在闭环自检模式下进行测距，得到第一距离零值；令射频长电缆与回环组件断开，接至开路负载进行测距，得到第二距离零值。根据第一距离零值和第二距离零值之间的差异值进行故障排查。本发明精确测量地面测控链路的距离零值，同时完成地面测控链路连接性能的检查，可辅助定位星地测控链路故障点，保障卫星射频性能测试的精度与安全性，具有良好的工程应用价值。

Description

卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法和系统

技术领域

本发明涉及卫星测控系统，具体地说，涉及的是一种卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法和系统，应用于整星综合测试中。

背景技术

地面测控链路的距离零值测量精度保障了卫星自身的距离零值测量精度，进而影响在轨卫星的星地距离测量精度，影响卫星精确定位、定轨；为了准确测定地面测控链路的距离零值，需要研发在高精度测量地面测控链路距离零值的同时，完成星地链路连接性能的检查，并辅助定位地面测控链路的故障点，使得距离零值测量精度具有良好地工程应用价值。

与本申请相关的现有技术是专利文献CN109188468A，提供一种监控卫星运行状态的地面监控系统，其包括仿真部分、校正部分和监控部分，其中所述仿真部分用于仿真计算未来时间内卫星的卫星轨道、光照条件、能源情况、姿态调整情况、测控链路和/或热控状态；其中所述校正部分用于基于真实的卫星数据对仿真部分中的仿真数据和仿真模型进行修正；且其中所述监控部分用于接收所述仿真部分传入的卫星仿真状态数据和所述校正部分传入的卫星真实状态数据，且判断该卫星仿真状态数据或者该卫星真实状态数据是否处于设定的正常范围。在无法接收卫星真实状态信息时，通过仿真方式对卫星状态进行估计计算，提升对卫星整个运行周期的实时监控管理能力。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法和系统。

根据本发明提供的一种卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法，包括：

回环测量步骤：依据卫星应答机双工器的收发合路模式，设计卫星端等效回环微波组件，记为回环组件；

射频连接步骤：令地面测控基带设备、变频器、链路箱互连，再经过射频长电缆接至星地接口端，将回环组件与射频长电缆连接；

地面测控步骤：令地面测控链路设备加电，在闭环自检模式下进行测距，得到第一距离零值，所述第一距离零值包含回环组件的零值与地面测控链路的距离零值；

负载测量步骤：令射频长电缆与回环组件断开，接至开路负载进行测距，得到第二距离零值。

测量修正步骤：根据第一距离零值和第二距离零值之间的差异值进行故障排查。

优选地，所述的卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法，还包括故障排查步骤，若差异值不存在或者差异值超过设定阈值，则判定链路存在连接不良点，依据差异值定位故障点位置，排查故障，若差异值小于设定阈值，则判定第二距离零值作为卫星地面测控链路距离零值。

优选地，所述等效回环微波组件的回环组件使用环形器实现，环形器三口的中1口用作收发复用端口，2口通过短射频电缆与3口连接，实现信号从1口→2口→3口→1口的收发回环，将收发复用端口与射频长电缆互连。

优选地，所述地面测控基带设备发送上行测量信号，上行测量信号经上变频进入链路箱，经过链路箱内的微波组件进入射频长电缆，经过射频长电缆接至回环组件。

优选地，经射频长电缆下传的下行测量信号传输至链路箱，经过链路箱的环形器、耦合器、可调衰减器，输出至下变频器，经过变频后传输至测控基带设备，测控基带设备进行收发测量信号的时延解算，获得射频长电缆接至回环组件时的地面测控链路距离零值，记为第一距离零值。

优选地，将回环组件更换为开路负载，读取测控基带设备测量的地面测控链路距离零值，记为第二距离零值。

优选地，若第一距离零值和第二距离零值之间的差异值超过设定阈值，则定位链路连接异常点，采用更换组件、连接加固手段，直至第一距离零值和第二距离零值差别较小，消除链路故障。

优选地，所述第一距离零值和第二距离零值一致时，则根据测控基带设备自身零值与测量的差异值之间的差值，定位链路连接异常点，采用更换组件、连接加固手段，直至第一距离零值和第二距离零值差别较小，消除链路故障。

根据本发明提供的一种卫星地面测控链路距离零值的高精度测量系统，包括：

回环测量模块：依据卫星应答机双工器的收发合路模式，设计卫星端等效回环微波组件，记为回环组件；

射频连接模块：令地面测控基带设备、变频器、链路箱互连，再经过射频长电缆接至星地接口端，将回环组件与射频长电缆连接；

地面测控模块：令地面测控链路设备加电，在闭环自检模式下进行测距，得到第一距离零值，所述第一距离零值包含回环组件的零值与地面测控链路的距离零值；

负载测量模块：令射频长电缆与回环组件断开，接至开路负载进行测距，得到第二距离零值。

测量修正模块：根据第一距离零值和第二距离零值之间的差异值进行故障排查。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明精确测量地面测控链路的距离零值，同时完成地面测控链路连接性能的检查，可辅助定位星地测控链路故障点，保障卫星射频性能测试的精度与安全性，具有良好的工程应用价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明是为了解决卫星地面测控链路距离零值的高精度测量问题的一种测试技术。本发明的方法中包括：依据卫星应答机双工器的收发合路模式，设计相应的卫星端等效回环组件，星地射频长电缆与该回环组件互连；地面测控基带设备的上行测量信号经上变频器、链路箱、射频长电缆至回环组件的收发复用端口；经回环组件的输出、输入两端口回绕至收发复用端口，由收发复用端口输出至星地射频长电缆、链路箱、下变频器，最终到达测控基带设备，经测控基带设备解算获得该路径的收发时延(即距离零值)，此时测得的距离零值附加了回环组件的距离零值。将回环微波组件替换为开路负载，使星地长电缆开路，利用开路反射原理，将地面发送的上行测量信号反射回去，地面测控基带设备进行收发时延解算，此时测得的时延即为所要测量的距离零值，与真实使用情况完全一致，测量精度高，不存在附加零值。由于回环组件的距离零值较小，开路测量法测得的零值与之前用回环组件测量的零值应差别不大。若二者差异较大或完全一致，则是由于链路连接不好、链路中微波器件性能衰退引起，链路故障点的驻波较大，反射了上行测量信号，引起测控基带设备的误锁定，通过零值差值可初步定位链路异常位置。因此该方法在高精度测量地面测控链路距离零值的同时，完成了星地链路连接性能的检查，可辅助定位地面测控链路的故障点。

根据本发明提供的一种卫星地面测控链路距离零值的高精度测量系统，包括：

回环测量模块：依据卫星应答机双工器的收发合路模式，设计卫星端等效回环微波组件，记为回环组件；

射频连接模块：令地面测控基带设备、变频器、链路箱互连，再经过射频长电缆接至星地接口端，将回环组件与射频长电缆连接；

地面测控模块：令地面测控链路设备加电，在闭环自检模式下进行测距，得到第一距离零值，所述第一距离零值包含回环组件的零值与地面测控链路的距离零值；

负载测量模块：令射频长电缆与回环组件断开，接至开路负载进行测距，得到第二距离零值。

测量修正模块：根据第一距离零值和第二距离零值之间的差异值进行故障排查。

根据本发明提供的一种卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法，包括：

回环测量步骤：依据卫星应答机双工器的收发合路模式，设计卫星端等效回环微波组件，记为回环组件；

射频连接步骤：令地面测控基带设备、变频器、链路箱互连，再经过射频长电缆接至星地接口端，将回环组件与射频长电缆连接；

地面测控步骤：令地面测控链路设备加电，在闭环自检模式下进行测距，得到第一距离零值，所述第一距离零值包含回环组件的零值与地面测控链路的距离零值；

负载测量步骤：令射频长电缆与回环组件断开，接至开路负载进行测距，得到第二距离零值。

测量修正步骤：根据第一距离零值和第二距离零值之间的差异值进行故障排查。

具体地，所述的卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法，还包括故障排查步骤，若差异值不存在或者差异值超过设定阈值，则判定链路存在连接不良点，依据差异值定位故障点位置，排查故障，若差异值小于设定阈值，则判定第二距离零值作为卫星地面测控链路距离零值。

具体地，所述等效回环微波组件的回环组件使用环形器实现，环形器三口的中1口用作收发复用端口，2口通过短射频电缆与3口连接，实现信号从1口→2口→3口→1口的收发回环，将收发复用端口与射频长电缆互连。

具体地，所述地面测控基带设备发送上行测量信号，上行测量信号经上变频进入链路箱，经过链路箱内的微波组件进入射频长电缆，经过射频长电缆接至回环组件。

具体地，经射频长电缆下传的下行测量信号传输至链路箱，经过链路箱的环形器、耦合器、可调衰减器，输出至下变频器，经过变频后传输至测控基带设备，测控基带设备进行收发测量信号的时延解算，获得射频长电缆接至回环组件时的地面测控链路距离零值，记为第一距离零值。

具体地，将回环组件更换为开路负载，读取测控基带设备测量的地面测控链路距离零值，记为第二距离零值。

具体地，若第一距离零值和第二距离零值之间的差异值超过设定阈值，则定位链路连接异常点，采用更换组件、连接加固手段，直至第一距离零值和第二距离零值差别较小，消除链路故障。

具体地，所述第一距离零值和第二距离零值一致时，则根据测控基带设备自身零值与测量的差异值之间的差值，定位链路连接异常点，采用更换组件、连接加固手段，直至第一距离零值和第二距离零值差别较小，消除链路故障。

本发明提供的卫星地面测控链路距离零值的高精度测量系统，可以通过卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法的步骤流程实现。本领域技术人员可以将卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法理解为所述卫星地面测控链路距离零值的高精度测量系统的优选例。

在具体实施中，能够通过以下步骤进行，

步骤一设计回环组件，依据卫星应答机双工器的收发合路模式，设计相应的卫星端等效回环微波组件，回环组件可使用环形器实现。

步骤二地面测控基带设备、变频器、链路箱互连，再经过射频长电缆(依据实际设计需要，可能分多段电缆连接)接至星地接口端，将回环组件与射频长电缆连接。

步骤三地面测控链路设备加电，在闭环自检模式进行测距，此时测得的距离零值包含了回环组件的零值与地面测控链路的距离零值。

步骤四星地射频长电缆与回环组件断开，接至开路负载，比较此时测得的距离零值与使用回环组件测得的距离零值是否基本一致。

步骤五当回环组件法测得的零值与开路反射法测得的零值差别较大或完全一致时，说明链路存在连接不良点，故障点驻波较大，依据距离零值的差值，初步估计故障点位置，排查故障。

步骤六当回环组件法测得的零值与开路反射法测得的零值差别较小时，开路反射法测得的零值即为所需的地面测控链路距离零值。

如图1所示，具体通过如下步骤实施，

步骤1(101)，依据卫星应答机双工器的收发合路模式，设计相应的卫星端等效回环组件，回环组件可使用环形器实现，环形器三口的中1口用作收发复用端口，2口通过短射频电缆与3口连接，实现信号从1口→2口→3口→1口的收发回环，将回环组件的收发复用端口与星地射频长电缆互连。

步骤2(102)，地面测控基带设备发送上行测量信号，上行测量信号经上变频进入链路箱，经过链路箱内的可调衰减器、耦合器、环形器等微波组件进入星地射频长电缆，经过星地射频长电缆接至回环组件；

步骤3(103)，上行测量信号经过回环组件的1口(收发复用端口)传输至2口(输出口)，由2口输出回绕至3口(输入口)，再由3口传输至1口，从1口经过星地射频长电缆下传；

步骤4(104)，下传的测量信号经射频长电缆传输至链路箱，经过链路箱的环形器、耦合器、可调衰减器，输出至下变频器，经过变频后传输至测控基带设备，测控基带设备进行收发测量信号的时延解算，获得射频长电缆接至回环组件时的地面测控链路距离零值L1；

步骤5(105)，将回环组件更换为开路负载，读取测控基带设备测量的地面测控链路距离零值L2；

步骤6(106)，比较回环组件法测量的L1与开路反射法测量的L2，L1相比L2多附加了回环组件传输时延，该时延较小，正常情况下L1应略大于L2，二者差别较小。若L1、L2差别较大，则进行步骤7；若L1、L2完全一致，则进行步骤8；若L1、L2差别较小，则进行步骤9。

步骤7(107)，L1、L2差别较大时，根据回环组件法测量的L1与开路反射法测量的L2之间的差值，初步估计链路故障点距离射频长电缆的卫星端的电距离，结合射频电缆、微波组件、设备的连接关系，初步定位链路连接异常点，采用更换组件、连接加固等手段，直至L1、L2差别较小，消除链路故障。

步骤8(108)，L1、L2完全一致时，链路存在较大故障点，故障点回波较强，压制了正常回环信号，测控基带设备锁定在故障回波信号上，应根据测控基带设备自身零值与测量的L1、L2之间的差值，初步估计链路故障点距离地面测控基带设备的电距离，结合射频电缆、微波组件、设备的连接关系，初步定位链路连接异常点，采用更换组件、连接加固等手段，直至L1、L2差别较小，消除链路故障。

步骤9(109)，L1、L2差别较小时，L1略大于L2，开路反射法测得的L2即为地面测控链路的距离零值，与真实使用状态完全一致，测量精度高，不存在附加零值，记录该零值，用于测量卫星自身的距离零值。

综上，完成地面测控链路距离零值的高精度测量，该方法在高精度测量地面测控链路距离零值的同时，完成了星地链路连接性能的检查，可辅助定位地面测控链路的故障点，具有良好地工程应用价值。地面测控链路的距离零值测量精度保障了卫星自身的距离零值测量精度，进而影响在轨卫星的星地距离测量精度，影响卫星精确定位、定轨。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法，其特征在于，包括：

回环测量步骤：依据卫星应答机双工器的收发合路模式，设计卫星端等效回环微波组件，记为回环组件；

射频连接步骤：令地面测控基带设备、变频器、链路箱互连，再经过射频长电缆接至星地接口端，将回环组件与射频长电缆连接；

地面测控步骤：令地面测控链路设备加电，在闭环自检模式下进行测距，得到第一距离零值，所述第一距离零值包含回环组件的零值与地面测控链路的距离零值；

负载测量步骤：令射频长电缆与回环组件断开，接至开路负载进行测距，得到第二距离零值；

测量修正步骤：根据第一距离零值和第二距离零值之间的差异值进行故障排查；

所述等效回环微波组件的回环组件使用环形器实现，环形器三口的中1口用作收发复用端口，2口通过短射频电缆与3口连接，实现信号从1口→2口→3口→1口的收发回环，将收发复用端口与射频长电缆互连；

若第一距离零值和第二距离零值之间的差异值超过设定阈值，则定位链路连接异常点，采用更换组件、连接加固手段，直至第一距离零值和第二距离零值差别较小，消除链路故障；

所述第一距离零值和第二距离零值一致时，则根据测控基带设备自身零值与测量的差异值之间的差值，定位链路连接异常点，采用更换组件、连接加固手段，直至第一距离零值和第二距离零值差别较小，消除链路故障。

2.根据权利要求1所述的卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法，其特征在于，还包括故障排查步骤，若差异值不存在或者差异值超过设定阈值，则判定链路存在连接不良点，依据差异值定位故障点位置，排查故障，若差异值小于设定阈值，则判定第二距离零值作为卫星地面测控链路距离零值。

3.根据权利要求1所述的卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法，其特征在于，所述地面测控基带设备发送上行测量信号，上行测量信号经上变频进入链路箱，经过链路箱内的微波组件进入射频长电缆，经过射频长电缆接至回环组件。

4.根据权利要求1所述的卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法，其特征在于，经射频长电缆下传的下行测量信号传输至链路箱，经过链路箱的环形器、耦合器、可调衰减器，输出至下变频器，经过变频后传输至测控基带设备，测控基带设备进行收发测量信号的时延解算，获得射频长电缆接至回环组件时的地面测控链路距离零值，记为第一距离零值。

5.根据权利要求1所述的卫星地面测控链路距离零值的高精度测量方法，其特征在于，将回环组件更换为开路负载，读取测控基带设备测量的地面测控链路距离零值，记为第二距离零值。

6.一种卫星地面测控链路距离零值的高精度测量系统，其特征在于，包括：

回环测量模块：依据卫星应答机双工器的收发合路模式，设计卫星端等效回环微波组件，记为回环组件；

射频连接模块：令地面测控基带设备、变频器、链路箱互连，再经过射频长电缆接至星地接口端，将回环组件与射频长电缆连接；

地面测控模块：令地面测控链路设备加电，在闭环自检模式下进行测距，得到第一距离零值，所述第一距离零值包含回环组件的零值与地面测控链路的距离零值；

负载测量模块：令射频长电缆与回环组件断开，接至开路负载进行测距，得到第二距离零值；

测量修正模块：根据第一距离零值和第二距离零值之间的差异值进行故障排查；

所述等效回环微波组件的回环组件使用环形器实现，环形器三口的中1口用作收发复用端口，2口通过短射频电缆与3口连接，实现信号从1口→2口→3口→1口的收发回环，将收发复用端口与射频长电缆互连；

若第一距离零值和第二距离零值之间的差异值超过设定阈值，则定位链路连接异常点，采用更换组件、连接加固手段，直至第一距离零值和第二距离零值差别较小，消除链路故障；

所述第一距离零值和第二距离零值一致时，则根据测控基带设备自身零值与测量的差异值之间的差值，定位链路连接异常点，采用更换组件、连接加固手段，直至第一距离零值和第二距离零值差别较小，消除链路故障。

Images