CN111884704A - 卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，旨在提供一种不受外界天气环境影响的免校相跟踪系统。本发明通过下述技术方案实现：天线馈源网络通过和、差链路分别连接两路链路上顺次串联的定向耦合器、低噪声放大器和下变频器，功分器通过等长电缆分别连接和链路定向耦合器、差链路定向耦合器形成连接在线馈源网络与跟踪基带处理单元之间的射频有线闭环校相系统；射频信号产生器产生射频信号，通过天线中心体内置功分器一分为二后分别送至和、差链路低噪声放大器、下变频器，跟踪基带处理单元基于射频有线闭环计算出相对相位和灵敏度系数，对地面站跟踪和链路、差链路间相对相位和相对增益进行有效监测，实现多个频段卫星的免校相跟踪。

Description

卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统

技术领域

本发明涉及一种主要应用于卫星测运控系统地面站的监测跟踪链路相对相位和灵敏度系数变化的系统，主要针对执行S、C、X频段卫星任务的卫星测运控系统地面站。

背景技术

跟踪接收机是航天测控、卫星应用及航天测运控系统地面站的一个重要组成部分。它是用来实时提取航天测控抛物面天线跟星过程中的角度误差信息，转换成角误差电压送给伺服系统驱动天线的指向更靠近目标，使天线完成对目标的连续跟踪，保证测量通信的工作不问断的设备。步进跟踪接收机只需要和信号即可跟踪目标，但其跟踪精度跟踪速度往往不能满足苛刻的实际需要，只能在跟踪同步卫星等少数要求不高的场合应用，为了满足对低轨大动态卫星的跟踪需要，除了和信号外，经常需要给跟踪接收机单独提供反映天线偏移状况的差信号，以满足角跟踪天线系统在跟踪精度、跟踪速度的需要。

常见的雷达跟踪体制有圆锥扫描体制和单脉冲体制。圆锥扫描体制是一种早期的雷达自跟踪体制，它的角误差信号是通过偏离瞄准轴的波束沿该轴高速扫描获得的。再通过两个正交的相敏检波，检波后就可以得到方位和俯仰误差电压信号。这两个信号分别送方位、俯仰伺服支路，分别控制天线逼近目标，实现对目标的跟踪。圆锥扫描体制的优点是系统简单，一个缺点是因为瞄准轴偏离波束最大值点，跟踪时不是电轴指向目标导致天线增益利用不充分，系统增益底。另一个缺点是因为角误差信号靠波束扫描形成，任何回波幅度起伏都会引入附加的角误差信号，导致跟踪精度低。单脉冲跟踪体制是一种同时波瓣转换系统，能在一个脉冲内确定目标的方位误差和俯仰误差，最早用于脉冲雷达，后用于连续波雷达中。该体制现在广泛应用于卫星通信系统地面站以及星间通信系统中。单脉冲跟踪体制中，回波的角误差信号是通过测量各波束间的相对振幅或相对相位来得到的。单脉冲跟踪体制采用多喇叭馈源照射器照射天线(反射面)，在空间同时形成两两相交的镜像对称的多个波束，然后再用馈源网络把各波束收到的回波信号进行合成得到和波束、方位和俯仰差波束信号、这个差波束信号就是方位误差信号和俯仰误差信号。也可以利用多模馈源喇叭照射天线，利用其各次模的振幅特性，如基模(TE₁₁模)的振幅分布为单峰特性，高次模(TE₂₁模)的振幅分布为双峰特性，分别将两个模去除，以基次模作为和波束信号，高次模作为差波束信号，同样可得到方位误差和俯仰误差信号。从上述两种实现和差比幅脉冲的方法来看，都需要有复杂的单脉冲跟踪网络，插损增加，效率降低。因而引起整个天线效率有一定的降低。但和圆锥扫描体制比较，具有天线增益利用充分，跟踪精度高等突出优点。所以和差比幅单脉冲技术，在大型跟踪测控系统中得到广泛应用。

在航天测控、卫星应用等领域，单脉冲跟踪体制中又有三通道跟踪接收机和双通道跟踪接收机。目前在航天测控和卫星应用领域广泛使用的是图2所示的典型双通道跟踪接收机。双通道跟踪接收机在和差比较器中形成和路与方位、俯仰差路信号后，再将两差路信号进行正交合成变成一路差信号。和信号与差信号分别经低噪声放大和下变频器后送到中频跟踪接收机。和路信号经中放后送载波锁相环，当环路锁定后，VCO将跟踪输入信号的频率和相位，并作为本振信号送到差路混频器。从差路混频器输出的中频信号经滤波放大后分两路输出，一路送到方位角误差监测器，另一路送到俯仰角误差检测器，由于作为本振的VCO输出信号跟踪了和路输入信号的相位，则差路三中信号与和路三中信号一样都与参考信号相位相关，在两个角误差检测器中，差三中信号与参考信号分别进行相干检波。两参考支路中分别加有电调移相器，在定向灵敏度标校时，校正移相器的相位，使合成的差信号经同步检波器后能正确分解出方位和俯仰角误差电压。在和通道中设有AGC电路，并且将AGC电压同时加到和路与差路以控制其增益完成幅度归一化，使差路三中输出幅度只与天线偏角有关而与距离无关。对于双通道接收机，如果在两通道间存在相位不一致，不仅影响角检器输出，而且还会造成方位、俯仰之间的交叉耦合，严重时可能使系统不能收敛。如果和差通道间幅度不一致，会影响角误差监测的输出，使系统的定向灵敏度不一致，严重时会破坏角跟踪系统的正常工作。因此在航天测控、卫星应用等领域，在跟踪前要通过在可调移相器中填入合适的相位将和差之间的相对相位差值抵消掉，这个过程称为校相。校相完成后，随着时间的推移，由于受到天线电轴零点漂移、设备组合更改、环境温度变化以及因跟踪链路维修更换了模块等多重因素的影响，系统交叉耦合指标会不断恶化，导致天线的跟踪性能下降，因此需要定时校相。系统校相有两个目的，校相的第一个目的是测得包括馈源网络及跟踪信道在内的整个和链路、差链路的相对相位，通过跟踪基带处理单元内的移相器抵消相对相位差值以免出现交叉耦合，即通过步进搜索法调整跟踪基带处理单元两个移相器中的θ值使

记为θ₁，此时输出的角误差电压中U_a最大，U_e最小。如果

则会出现交叉耦合，即方位拉偏时俯仰同时有角误差电压输出，俯仰拉偏时方位也有角误差电压输出，导致跟踪过程中出现画圈现象，严重时会跟丢目标。

第二目的是按照规定的定向灵敏度来调整跟踪基带处理单元的灵敏度系数使天线偏开一定的角度时，跟踪基带处理单元实际输出的角度差电压与按照定向灵敏度计算出的角误差电压一致，灵敏度系数的变化主要与和链路、差链路的相对增益变化相关。系统的定向灵敏度由天线的伺服能力决定，是一个确定的值，记为KV/mil(即K伏/密位)。校相的第二个目的是在找到相对相位θ₁后调整k值，记为k₁，使天线偏开一个密位的角度时跟踪基带处理单元输出的角误差刚好为KV。如果k₁没计算准确，偏小会因为跟踪基带处理单元输出的角误差电压过低导致伺服驱动能力不足而引起天线高仰角动态滞后，偏大会因为跟踪基带处理单元输出的角误差电压过大导致伺服驱动过大而引起天线跟踪震荡。可见校相结果的准确性对系统的跟踪性能至关重要。综上所述，如果双通道单脉冲跟踪接收机不经过校相，去除交叉耦合，则在使用过程中，跟踪接收机输出的方位俯仰误差电压通常会存在较大的误差，导致天线跟踪目标时轻则画圈，重则丢失目标。因此在单信道单脉冲跟踪接收机的使用过程中，相位校正是一个必不可少的工作。

随着在轨卫星等航天器的数量不断增加，地面测控设备的长管任务变得日益繁重，因此需要一种快速简单可靠的校相方法。为了实现对卫星的实时跟踪，航天测控系统和卫星应用系统需要经常对设备和链路、差链路的相对相位和增益变化进行标校，传统的标校一般采用对塔校相的方式进行。近年来随着工作频段越来越高，航天测控和卫星应用逐步由S频段、C频段扩展到X频段、Ku频段。随着工作频段的提高，对标校塔的距离和高度要求越来越高。标校塔和卫星测控、接收天线间的距离需要满足远场条件，根据远场公式2D²/λ,可计算出针对传统的12米口径天线在X频段、Ku频段下标校塔距天线的距离分别为：11.5公里和17.2公里。天线一般最低可在仰角3°时进行标校，此时标校塔的高度分别为：600米和900米。可见无论是从场地选择还是成本上考虑，均无法建设满足远场标校条件的标校塔。

近年来由于场地条件的限制,针对采用双通道单脉冲角跟踪体制的航天测控系统和卫星接收系统，先后兴起了对星校相、对射电星校相和近地校相等无塔标校方法。射电星校相需要增加高精度的标校设备，且因射电星流量有限，只能适用于高增益、低系统噪温的深空测控系统，在X频段和Ku频段，大部分站点仍难以建造满足近地校相条件的标校塔。近地校相仍需建标校塔，成本高昂，且校相精度有所降低。射电星校相、近地校相及对星校相均易受降雨和大风天气影响，降雨影响接收信号的强度，阵风会引起天线指向摆动，两种天气情况均可能造成校相结果超差或校相失败。

目前大部分无标校塔的测控系统和卫星应用系统多采用对星校相进行标校，但是对星校相受中心计划、数传数据下发时间、轨道高度等多种因素限制，同时对星校相需要拉偏天线，拉偏过程中存在天线偏出主波束的可能，此时会数据接收中断，因此可用来对星校相的圈次较少。一旦更改了设备组合、环境温度变化发生较大变化或更换了跟踪链路模块等导致原有校相数据无法使用，且当圈任务又不满足对星校相条件时，则会导致当圈任务无法执行。

射频有线闭环校相是一种利用系统自闭环链路来模拟对星校相或对塔校相过程，校相得到的和链路、差链路相对相位和灵敏度系数与对星校相的结果不同，但存在一个相对固定的关系。后续当更改了设备组合、环境温度发生了较大变化或因跟踪链路维修更换了模块等原因导致原有对星校相数据不可用时，可通过射频有线闭环校相监测和链路、差链路的相对相位和相对增益的变化推算系统当前的相对相位和灵敏度系数。对应校相与射频有线闭环校相的相对相位和灵敏度系数的关系可以在系统安装联试完成后通过对两种校相方法的校相结果得出具体数据。

发明内容

本发明的目的是针对现有无塔标校方法存在的不足之处，提供一种成本低，快速可靠、简捷实用，不受外界天气环境影响，适应频段多的卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，用以解决因更改了设备组合、环境温度发生了较大变化或因跟踪链路维修更换了模块等原因导致系统之前校相数据失效且对星校相受限时系统无法执行任务的问题。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，包括：利用航天测控、卫星应用等系统地面站配置的放置于天线塔基的射频信号产生器，连接在天线馈源网络与跟踪基带处理单元之间的天线中心体处理单元，以及通过长电缆连接到天线中心体处理单元内的功分器，其特征在于：天线馈源网络通过和链路、差链路分别连接两路链路上顺次串联的定向耦合器、低噪声放大器(LNA)和下变频器(D/C)，功分器通过两根等长的射频稳相电缆L1、L2分别连接和链路定向耦合器、差链路定向耦合器，形成连接在线馈源网络与跟踪基带处理单元之间的射频有线闭环校相系统；射频信号产生器产生的射频信号，通过长电缆送到天线中心体处理单元内的功分器一分为二后，通过两根等长的射频稳幅稳相电缆分别送至低噪声放大器(LNA)前的两个定向耦合器的耦合口，进入两路定向耦合器后依次进入和、差链路低噪声放大器(LNA)、下变频器(D/C)，经两根等长的中频稳相电缆L3和L4后进入天线塔基的跟踪基带处理单元，当跟踪基带处理单元在射频有线闭环条件下监测到和、差链路的相对相位变化和相对增益变化时，推算出当前和、差链路实际的相对相位θ和灵敏度系数k，基于射频有线闭环计算出射频有线闭环条件下的相对相位θ′和灵敏度系数k′，将相对相位θ和灵敏度系数k置入跟踪基带进行卫星免校相跟踪，实现卫星测运控系统地面站针对S、C、X频段卫星的免校相跟踪。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

成本低。本发明利用航天测运控系统地面站配置的放置于天线塔基的射频信号产生器输出一个射频信号，通过长电缆连接到天线中心体处理单元内的功分器。功分器输出通过两根等长的射频稳相电缆L1、L2分别连接和链路定向耦合器、差链路定向耦合器。射频信号通过和链路、差链路上顺次串联的定向耦合器、低噪声放大器(LNA)和下变频器(D/C)，形成连接馈源网络与跟踪基带处理单元之间的射频有线闭环校相系统；利用射频有线闭环校相实现卫星免校相跟踪。成本低，无需增加额外的设备，不需架设近地校相远场标校塔,不需增加测试设备及仪器,可以避免近地校相需要建标校塔和射电星校相需要增加高精度的标校设备高昂的成本。

快速可靠、简捷实用。本发明利用航天测控系统和卫星应用系统配置的射频信号产生器输出一射频信号，将射频信号送至安装在中心体内的一分二功分器入口，经功分器一分为二后，通过耦合口进入和链路、差链路，当因更改了设备组合、环境温度发生了较大变化或更换了跟踪链路的设备导致原对星校相结果不再可用而需要重新对星校相时，此时再通过射频有线闭环校相得到系统相对相位θ₂′和灵敏度系数k₂′，系统当前的相对相位θ₂，灵敏度系数k₂。在其它值已知的情况下，计算出θ₂＝θ₁+(θ₂′-θ₁′)，k₂＝k₁*k₂′/k₁′。将θ₂和k₂置入跟踪基带处理单元即可用于跟星任务，基于射频有线闭环实现卫星免校相跟踪。由于所有的测试设备均在室内、塔基及中心体内，且无需天线配合，不受外界天气环境影响，可以在各种天气状况下进行射频有线闭环校相监测和链路、差链路的相对相位和相对增益变化。可以快速免校准相位误差，具有很好的稳定性，跟踪过程工作稳定、可靠。通过在试验系统中应用，结果表明该方法，系统交叉耦合性能满足设计要求，实际工程项目使用表明,交叉耦合优于1/5,满足S、C、X频段捕获、跟踪的技术需求。可以解决射电星校相、近地校相及对星校相均易受降雨和大风天气影响，降雨影响接收信号的强度，阵风引起天线指向摆动两种天气情况可能造成校相结果超差或校相失败的问题。

适应的频段多，本发明利用系统配置的设备快速准确检测和链路、差链路相对相位和相对增益的变化，基于射频有线闭环计算出射频有线闭环条件下的相对相位θ′和灵敏度系数k′，从而实现对航天测运控系统和差链路相对相位和相对增益的有效监测。当航天测运控系统和差链路的相对相位和相对增益发生变化后，根据射频有线闭环条件下监测到的相对相位变化和相对增益变化可推算出当前和差链路实际的相对相位θ和灵敏度系数k，将相对相位θ和灵敏度系数k置入跟踪基带即可用于卫星免校相跟踪，实现针对S、C、X频段卫星的免校相跟踪。经过实际测试及跟星验证，按照本发明推算出的结果用于跟星，交叉耦合在S频段小于1/7，C频段和X频段小于1/5，均能满足系统跟星对交叉耦合需小于1/3的要求。因此可适应S频段、C频段和X频段。可以避免射电星校相受射电星流量的限制，以及在X频段流量已难以满足校相条件的缺陷。

附图说明

图1是本发明卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统的示意图。

图2是现有技术典型双通道跟踪接收机的电路原理框图。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，包括：利用航天测控系统和卫星应用系统配置的放置于天线塔基的射频信号产生器，连接在天线馈源网络与跟踪基带处理单元之间的天线中心体处理单元，以及通过长电缆连接到天线中心体处理单元内的功分器，其特征在于：天线馈源网络通过和链路、差链路分别连接两路链路上顺次串联的定向耦合器、低噪声放大器(LNA)和下变频器(D/C)，功分器通过两根等长的射频稳相电缆L1、L2分别连接和链路定向耦合器、差链路定向耦合器，形成连接在线馈源网络与跟踪基带处理单元之间的射频有线闭环校相系统；射频信号产生器产生的射频信号，通过长电缆送到天线中心体处理单元内的功分器一分为二后，通过两根等长的射频稳幅稳相电缆分别送至低噪声放大器(LNA)前的两个定向耦合器的耦合口，进入两路定向耦合器后依次进入和、差链路低噪声放大器(LNA)、下变频器(D/C)，经两根等长的中频稳相电缆L3和L4后进入天线塔基的跟踪基带处理单元，当跟踪基带处理单元在射频有线闭环条件下监测到和、差链路的相对相位变化和相对增益变化，推算出当前和、差链路实际的相对相位θ和灵敏度系数k，基于射频有线闭环计算出射频有线闭环条件下的相对相位θ′和灵敏度系数k′，将相对相位θ和灵敏度系数k置入跟踪基带进行卫星免校相跟踪，实现卫星测运控系统地面站针对S、C、X频段卫星的免校相跟踪。

航天测运控系统地面站安装联试完成后，通过对星校相得到相对相位θ₁和灵敏度系数k₁，此时进行一次射频有线闭环校相得到系统射频有线闭环条件条件下的相对相位θ₁′和灵敏度系数k₁′。θ₁′和θ₁之间、k₁′和k₁之间均存在一个固定的关系。当因更改了设备组合、环境温度发生了较大变化或因跟踪链路维修更换了模块导致对星校相结果不再可用时，再进行一次射频有线闭环校相得到此时系统射频有线闭环条件下的相对相位θ₂′和灵敏度系数k₂′，则可推算出此时的和链路、差链路相对相位

灵敏度系数k₂＝k₁/G＝k₁/(k₁′/k₂′)，其中，

为和差链路的相对相位变化量、G为和差链路的相对增益变化量。

利用航天测运控系统地面站配置的放置于天线塔基的射频信号产生器产生射频信号，射频信号通过长电缆送到天线中心体处理单元的功分器一分为二后，通过两根等长的射频稳幅稳相电缆L1、L2分别送至低噪声放大器前的两个定向耦合器的耦合口。定向耦合器通过反接输入口(IN)与低噪放的输入口(IN)相连，定向耦合器的输出口(OUT)连接馈源网络。射频信号分别进入两个定向耦合器后，依次进入和链路、差链路的低噪声放大器(LNA)、下变频器(D/C)及等长的中频稳相电缆L3和L4后进入天线塔基的跟踪基带处理单元，在跟踪基带处理单元入口处，输入模拟对星校相或对塔校相过程中天线偏离目标一个角度情况下的中强幅度的和、差中频信号，通过射频有线闭环校相测得和链路、差链路相对相位θ₁′与对星校相或对塔校相测得的和链路、差链路相对相位θ₁不相等，但θ₁-θ₁′为一个相对固定的值；通过射频有线闭环校相测得灵敏度系数k₁′与对星校相或对塔校相测得的不相等灵敏度系数k₁不相等，且k₁/k′₁为一个相对固定的值。当和链路、差链路的相对相位和相对增益发生变化需要重新进行校相时，按射频有线闭环校相得到射频有线闭环条件下的相对相位θ′₂和射频有线闭环条件下的灵敏度系数k′₂，可推算出当前的和链路、差链路的相对相位θ₂和所需的灵敏度系数k₂。跟踪基带处理单元根据和差链路的相对相位变化量

及和差路相对增益变化量G，计算当前相对相位θ₂和灵敏度系数k₂，

灵敏度系数k₂＝k₁/G＝k₁/(k′₁/k′₂)。将相对相位θ₂和灵敏度系数k₂置入跟踪基带处理单元，实现对星免校相跟踪。

航天测运控系统地面站校相时，跟踪基带处理单元根据和、差链路的相对相位

跟踪链路差信号在俯仰上为

在方位上为

跟踪和链路信号为u∑(t)＝cos(wt)，跟踪差链路信号

式中：μ为和、差信号的函数，其中u∑(t)表示和信号在时间上的函数，uΔ(t)表示差路信号在时间上的函数，A表示方位差信号的振幅，E表示俯仰差信号的振幅，w是角频率(w＝2πf,f为跟踪基带入口中频和差信号的频率),

表示和差链路的相对相位，当天线收到的信号为左旋信号时，±取+，右旋信号时，±取-。

跟踪基带处理单元包括：连接和链路下变频器D/C的和链路自动增益控制电路AGC及载波同步单元,连接差链路下变频器D/C的差链路自动增益控制电路AGC,连接差链路自动增益控制电路AGC的两个相干检波器，分别连接在两个相干检波器上并与上述载波同步单元相连的方位移相器和俯仰移相器，载波同步单元利用和链路上的AGC控制电路输出的控制电压分别控制和差链路的增益，将增益调节后的方位参考信号k₀cos(wt+θ₀)，送给方位鉴相器差信号uΔ(t)进行鉴相，将AGC增益调节后的俯仰参考信号k₀sin(wt+θ₀)送给俯仰鉴相器与差信号uΔ(t)进行鉴相，鉴相后的方位信号经过串联的滤波器低通滤波除去高频分量后的方位角误差电压信号

鉴相后的俯仰信号经过串联的滤波器低通滤波除去高频分量后的俯仰角误差电压信号

k₀表示初始校相时置入跟踪基带的灵敏度系数，此时的θ表示方位移相器和俯仰移相器的移相值(此时的

)。校相时，首先通过步进式调整方位移相器的相位θ值可以找到

使方位支路输出的角误差电压最大，然后根据定向灵敏度对灵敏度系数K_AZ进行调节，将方位最大角误差电压Ua调整为一个约定的值，然后再通过步进式调整俯仰移相器的相位θ值可以找到

同样可找到

使俯仰之路输出的角误差电压最大然后根据定向灵敏度对灵敏度系数K_E1进行调节，将俯仰最大角误差电压Ue调整为一个约定的值。

在在可选的实施例中，以左旋为例，航天测运控系统地面站在方位和俯仰上的相对相位和灵敏度系数均相等，当两个移相器的初始相位值为θ₀和灵敏度系数为k₀时，送给方位鉴相器的参考信号k₀cos(wt+θ₀)，送给俯仰鉴相器的参考信号为k₀sin(wt+θ₀)，差路信号为

经过鉴相及低通滤除高频分量后，输出的方位角误差电压

俯仰角误差电压

跟踪△(差)链路的方位、俯仰差信号振幅分别为A₁和E₁。

值主要是由于馈源结构的不对称及和、差链路中的微波电路、混频器、中频放大器的相位特性相互不一致引起的。灵敏度系数k值的波动主要与和、差链路器件的增益或电缆插损的变化等相关。假设和、差链路的相对相位和增益发生变化，相对相位增加量为

差路相对增益增加量为G。则方位角误差电压

俯仰角误差电压

变为：方位角误差电压

俯仰角误差电压

在校相完成后得到校相结果θ₂和k₂，则有

k₂＝k₁/G，可以看出，只要通过其它方法得到

和G的具体值，则后续无需对塔校相或对星快速校相，将之前的校相结果按照式(7)和式(8)计算得出的值即可用于系统的跟星任务。

和、差链路上分别串联的低噪声放大器(LNA)和下变频器(D/C)通过中频稳相电缆L3和L4将和、差路信号送至跟踪基带处理单元，以和路为参考，差路相对于该参考作超前或滞后的移动，即称为是相位的移动。和链路信号直接通过中频稳相电缆L3进入跟踪基带处理单元后首先进行自动增益控制AGC调整，将信号强度调整到合适的电平范围；通过中频稳相电缆L4进入跟踪基带处理单元的差路信号、和路信号，经AGC进行同等幅度的调整。和路在自动增益控制AGC控制后进行载波同步，待载波同步后，因为方位和俯仰正交，因此和路先分成两路，其中一路用于方位检波，另一路进行90°移相后用于俯仰检波。差路在自动增益控制AGC控制后分为两路，分别用于方位检波和俯仰检波。用于方位检波的和路信号通过方位移相器与一路差路信号进行相干检波，滤除载波分量，检出含角误差信息的低频信号，即为方位角误差电压(同步检波)。方位移相器在0°～360°范围内，以3°间隔步进搜索，得到121个方位角误差电压的数值，最大的一组角误差电压对应的方位移相器的移相值记为θ′_Az，θ′_Az就是射频有线闭环条件下系统在方位上的相对相位。用于俯仰检波的和路信号在90°移相后通过俯仰移相器与另一路差路信号进行相干检波，滤除载波分量，检出含角误差信息的低频信号，即为俯仰角误差电压(同步检波)。俯仰移相器在0°～360°范围内，以3°间隔步进搜索，得到121个俯仰角误差电压的数值，最大的一组角误差电压对应的俯仰移相器的移相值记为θ′_El，θ′_El就是射频有线闭环条件下系统在俯仰上的相对相位。

因为射频稳相电缆L1和L2不在下行主跟踪链路中，两根电缆受温度变化产生相对相位变化或相对插损变化的话，会影响射频有线闭环校相的准确性，通过选取等长的稳幅稳相电缆，可保证温度在-30°～+55°范围内两根电缆间相对相位变化≤3°，相对插损变化≤0.1dB。

射频信号进入两个定向耦合器后依次进入和链路、差链路的低噪声放大器(LNA)、下变频器(D/C)及两根等长的中频稳相电缆L3和L4，后进入天线塔基的跟踪基带处理单元。此时和链路、差链路在跟踪基带处理单元输入口处的中频端口均有信号，调整射频信号产生器输出的射频信号的强度使跟踪基带处理单元入口处和路信号幅度在中强电平。等同于模拟对星校相或对塔校相过程中天线偏离目标一个角度的情况。此时利用跟踪基带处理单元进行校相得到射频有线闭环条件下的相对相位为θ₁′≠θ₁、射频有线闭环条件下的灵敏度系数为k₁′≠k₁，但是θ₁′-θ₁和k₁′/k₁均为一个相对固定的值，当因更改了设备组合、环境温度发生了较大变化或因跟踪链路维修更换了模块导致原有对星校相结果不再可用，而需要重新对星校相时，再通过射频有线闭环校相得到此时射频有线闭环条件下的相对相位θ₂′和射频有线闭环条件下的灵敏度系数k₂′，假设系统此时的相对相位θ₂，灵敏度系数k₂，则有θ₂-θ₁＝θ₂′-θ₁′，

在其它值已知的情况下，基于射频有线闭环，计算出相对相位θ₂＝θ₁+(θ₂′-θ₁′)，灵敏度系数k₂＝k₁*k₂′/k₁′，将相对相位θ₂和灵敏度系数k₂置入跟踪基带处理单元即可用于卫星免校相跟踪任务，从而实现了卫星测运控系统地面站免校相跟踪。

以上所述的仅是本发明的一种实施案例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，包括：利用航天测控、卫星应用等系统地面站配置的放置于天线塔基的射频信号产生器，连接在天线馈源网络与跟踪基带处理单元之间的天线中心体处理单元，以及通过长电缆连接到天线中心体处理单元内的功分器，其特征在于：天线馈源网络通过和链路、差链路分别连接两路链路上顺次串联的定向耦合器、低噪声放大器(LNA)和下变频器(D/C)，功分器通过两根等长的射频稳相电缆L1、L2分别连接和链路定向耦合器、差链路定向耦合器，形成连接在线馈源网络与跟踪基带处理单元之间的射频有线闭环校相系统；射频信号产生器产生的射频信号，通过长电缆送到天线中心体处理单元内的功分器一分为二后，通过两根等长的射频稳幅稳相电缆分别送至低噪声放大器(LNA)前的两个定向耦合器的耦合口，进入两路定向耦合器后依次进入和、差链路低噪声放大器(LNA)、下变频器(D/C)，经两根等长的中频稳相电缆L3和L4后进入天线塔基的跟踪基带处理单元，当跟踪基带处理单元在射频有线闭环条件下监测到和、差链路的相对相位变化和相对增益变化时，推算出当前和、差链路实际的相对相位θ和灵敏度系数k，基于射频有线闭环计算出射频有线闭环条件下的相对相位θ′和灵敏度系数k′，将相对相位θ和灵敏度系数k置入跟踪基带进行卫星免校相跟踪，实现卫星测运控系统地面站针对S、C、X频段卫星的免校相跟踪。

2.如权利要求1所述的卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，其特征在于：航天测运控系统地面站安装联试完成后，通过对星校相得到相对相位θ₁和灵敏度系数k₁，通过射频有线闭环得到射频闭环条件下的相对相位θ₁′和灵敏度系数k₁′，跟踪链路相对相位和相对增益发生变化后，再通过射频有线闭环得到射频闭环条件下的相对相位θ₂′和灵敏度系数k₂′，推算出此时的和链路、差链路相对相位

灵敏度系数k₂＝k₁/G＝k₁/(k₁′/k₂′)，其中，

为和链路、差链路的相对相位变化量、G为和链路、差链路的相对增益变化量。

3.如权利要求1所述的卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，其特征在于：定向耦合器通过反接输入口(IN)与低噪放的输入口(IN)相连，定向耦合器的输出口(OUT)连接馈源网络。

4.如权利要求1所述的卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，其特征在于：射频信号进入两个定向耦合器后，依次进入和链路、差链路的低噪声放大器(LNA)、下变频器(D/C)及等长的中频稳相电缆L3和L4后进入天线塔基的跟踪基带处理单元，在跟踪基带处理单元入口处，输入模拟对星校相或对塔校相过程中天线偏离目标一个角度情况下的中强幅度的和、差中频信号，通过射频有线闭环校相测得和链路、差链路相对相位θ₁′与对星校相或对塔校相测得的和链路、差链路相对相位θ₁不相等，但θ₁-θ₁′为一个相对固定的值；通过射频有线闭环校相测得灵敏度系数k₁′与对星校相或对塔校相测得的不相等灵敏度系数k₁不相等，且k₁/k′₁为一个相对固定的值。

5.如权利要求4所述的卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，其特征在于：当和链路、差链路的相对相位和相对增益发生变化需要重新进行校相时，按射频有线闭环校相得到射频有线闭环条件下的相对相位θ′₂和灵敏度系数k′₂，推算出当前的和链路、差链路的相对相位θ₂和所需的灵敏度系数k₂。

6.如权利要求2所述的卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，其特征在于：跟踪基带处理单元根据和链路、差链路的相对相位变化量

和相对增益变化量为G，得到当前相对相位θ₂和灵敏度系数k₂，并且

灵敏度系数k₂＝k₁/G＝k₁/(k′₁/k′₂)。将相对相位θ₂和灵敏度系数k₂置入跟踪基带处理单元，用于卫星免校相跟踪。

7.如权利要求1所述的卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，其特征在于：航天测运控系统在方位和俯仰上的相对相位和灵敏度系数相等，当两个移相器的初始相位值θ₀和灵敏度系数为θ₀和k₀时，差路在方位上信号k₀cos(wt+θ₀)和俯仰上信号k₀sin(wt+θ₀)，经过鉴相及低通滤除高频分量后，输出的方位角误差电压

俯仰角误差电压

跟踪△(差)链路的方位、俯仰差信号振幅分别为A₁和E₁。

8.如权利要求1所述的卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，其特征在于：和链路信号直接通过中频稳相电缆L3进入跟踪基带处理单元后首先进行自动增益控制AGC调整，将信号强度调整到合适的电平范围；通过中频稳相电缆L4进入跟踪基带处理单元的差路信号、和路信号，经AGC进行同等幅度的调整。

9.如权利要求1所述的卫星测运控系统地面站免校相跟踪系统，其特征在于：和和路在自动增益控制AGC控制后进行载波同步，待载波同步后，和路先分成两路，其中一路用于方位检波，另一路进行90°移相后用于俯仰检波，差路在自动增益控制AGC控制后分为两路，分别用于方位检波和俯仰检波，其中，用于方位检波的和路信号通过方位移相器与一路差路信号进行相干检波，滤除载波分量，检出含角误差信息的低频信号，得到方位角误差电压，用于俯仰检波的和路信号通过俯仰移相器与另一路差路信号进行相干检波，滤除载波分量，检出含角误差信息的低频信号，得到俯仰角误差电压。

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