CN113804984A - 一种基于星载低频天线的空间环境感知方法 - Google Patents

一种基于星载低频天线的空间环境感知方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于星载低频宽带天线的空间环境感知方法，S1：计算在不同的等离子体密度下天线的驻波比参数和截止频率；S2：将不同的天线发射频率在不同等离子体密度下的天线的截止频率以及天线驻波比参数并制作成查找表；S3：星载宽带天线在轨工作时天线发射不同频率的电磁波，利用卫星天线系统自带监测设备监测发射电磁波过程中的天线驻波比和截止频率；S4：根据测量到的天线参数在查找表中查找此参数对应的空间局部等离子体密度，并根据结果进行修正，即为感知到的等离子体密度数据。本发明利用星载设备自带的宽带天线作为传感器探测空间环境，实现一机多用。

Description

一种基于星载低频天线的空间环境感知方法
技术领域
本发明涉及空间环境感知领域，具体涉及一种基于星载低频天线的空间环境感知方法。
背景技术
空间环境感知是对空间探测的重要部分，传统空间环境等离子体密度感知方法都是需要依赖一整套额外的单独硬件感知设备实现的，虽然可以测量出空间环境的相关数据，但是占用了卫星的宝贵体积和设备资源，且一旦发射升空无法进行升级和维护，不够灵活。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于星载低频天线的空间环境感知方法，基于星载设备自带的发射天线系统对空间环境特别是空间中等离子体密度进行感知的方法，可节省一整套额外的空间感知传感器设备，提升了设备的利用率，且该方法后期可通过软件实时调整参数以对测量结果进行修正，增加了可维护性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于星载低频天线的空间环境感知方法，包括如下步骤：
S1：利用已有的卫星测量到的空间环境等离子体密度数据范围，使用卫星天线与空间环境耦合模型计算在该范围内不同的等离子体密度下天线的驻波比参数，根据驻波比参数的变化得到天线在该等离子体密度下的截止频率；
S2：改变天线发射的电磁波频率，将不同的天线发射频率在不同等离子体密度下的天线的截止频率以及天线驻波比参数并制作成查找表，并将查找表固化到星载设备上；
S3：星载宽带天线在轨工作时天线发射不同频率的电磁波，利用卫星天线系统自带监测设备监测发射电磁波过程中的天线驻波比和截止频率；
S4：根据测量到的天线参数在步骤S2中的查找表中查找此参数对应的空间局部等离子体密度，并根据结果进行修正，即为感知到的等离子体密度数据。
进一步地，步骤S4中对空间环境感知结果进行修正具体包括：
在天线发射电磁波频率低于空间环境的截至频率时，天线无法有效辐射信号，将其分为两种情况：①天线外空间环境的截止频率大于天线辐射信号的载波频率；②天线辐射波长与天线尺寸严重失配，且调谐不佳；扫频时，天线驻波比极高，则初步考虑截止频率大于载波频率能发射出去的最低频率暂定为天线外空间环境的截止频率，然后通过扫频过程中天线有效驻波比与真空中预期驻波比对比，对以上截止频率进行校验和修正，得出修正后的等离子体密度数据。
本发明的有益效果是：
(1)本发明将可利用星载设备自带的发射天线作为传感器探测空间环境，实现一机多用，代替了传统的空间探针等空间环境探测传感器，节约了星上设备空间。
(2)本发明利用查找表方法来计算最终等离子体密度，查找表参数计算任务在地面已经完成，根据监测到的驻波比和截止频率数据即可快速查找到周围等离子体密度数据，有利于节约星载设备的计算资源。
(3)查找表可更新，易于维护。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明技术方案，并不限于本发明。
本发明的实施例中的星载天线是指卫星自带的宽带偶极子天线，可以发射约30KHz-3MHz频率的电磁波。
本发明的实施例中，首先利用已有的卫星测量到的空间环境等离子体密度数据，使用天线与空间环境耦合模型计算在某一频率下不同等离子体密度的空间环境下该宽带偶极子天线发射不同频率电磁波的天线驻波比和截止频率参数并制作成查找表。卫星升空后在实际运行过程中，利用宽带低频偶极子天线发射频率不同的电磁波，并记录下天线的驻波比和截止频率，根据以上参数在查找表中查找周围空间环境的等离子体密度，并根据此时电磁波频率和周围空间环境的截止频率对等离子体密度结果进行修正，最后得出周围空间环境的等离子体密度数据。
本发明提供了一种基于星载低频天线的空间环境感知方法，其流程图如图1所示，包括以下步骤：
S1：利用已有的卫星测量到的空间环境等离子体密度数据范围，使用卫星天线与空间环境耦合模型计算在该范围内不同的等离子体密度下天线的驻波比参数，根据驻波比参数的变化得到天线在该等离子体密度下的截止频率；
S2：改变天线发射的电磁波频率，将不同的天线发射频率在不同等离子体密度下的天线的截止频率以及天线驻波比参数并制作成查找表，并将查找表固化到星载设备上；
S3：星载宽带天线在轨工作时天线发射不同频率的电磁波，利用卫星天线系统自带监测设备监测发射电磁波过程中的天线驻波比和截止频率；
S4：根据测量到的天线参数在步骤S2中的查找表中查找此参数对应的空间局部等离子体密度，并根据结果进行修正，即为感知到的等离子体密度数据。
步骤S1中信息包括：根据已探测到空间环境等离子体密度数据变化范围Nmin～Nmax，发射的电磁波的频率f1～fn、天线驻波比变化范围V1～∞，此时天线在该等离子体密度下发射电磁波时截止频率fp1(f1≤fp1≤fn)。
步骤S2中信息包括：在空间环境等离子体密度Nx(Nmin≤Nx≤Nmax)时，发射的电磁波的频率为f1～fn，天线驻波比变化范围Vx～∞，对应的截至频率fpx(f1≤fpx≤fn)，并将其制作成一一对应的查找表。
步骤S3中：星载宽带偶极子天线在轨工作时发射频率f1～fn的电磁波；利用卫星天线系统监测设备记录发射电磁波过程中的驻波比Vx'～∞，对应截止频率fpx'(f1≤fpx≤fn)。
步骤S4中：根据监测到的驻波比Vx'～∞，和截止频率fpx'(f1≤fpx≤fn)，在查找表中查找到相对应的等离子体密度Nex'(Nmin≤Nex'≤Nmax)。
以上步骤，可以获取不同空间环境下的天线不同驻波比和截止频率，从而查找到对应的空间等离子体密度。
对星载天线的空间环境感知结果进行修正的方法：在天线发射电磁波频率fx(1≤x≤n),低于截至频率fpx(f1≤fpx≤fn)时，天线无法有效辐射信号，将其分为两种情况：①天线外等离子体截止频率大于天线辐射信号的载波频率；②天线辐射波长与天线尺寸严重失配，且调谐不佳。扫频时，天线驻波比极高，则初步考虑截止频率大于载波频率能发射出去的最低频率暂定为天线外等离子体的截止频率，然后通过扫频过程中天线有效发射功率与真空中预期发射功率对比，对以上截止频率进行校验和修正，得出修正后的等离子体密度数据。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为详细和具体，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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、改进以及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种基于星载低频天线的空间环境感知方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：利用已有的卫星测量到的空间环境等离子体密度数据范围，使用卫星天线与空间环境耦合模型计算在该范围内不同的等离子体密度下天线的驻波比参数，根据驻波比参数的变化得到天线在该等离子体密度下的截止频率；
S2：改变天线发射的电磁波频率，将不同的天线发射频率在不同等离子体密度下的天线的截止频率以及天线驻波比参数并制作成查找表，并将查找表固化到星载设备上；
S3：星载宽带天线在轨工作时天线发射不同频率的电磁波，利用卫星天线系统自带监测设备监测发射电磁波过程中的天线驻波比和截止频率；
S4：根据测量到的天线参数在步骤S2中的查找表中查找此参数对应的空间局部等离子体密度，并根据结果进行修正，即为感知到的等离子体密度数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于星载低频天线的空间环境感知方法，其特征在于：步骤S4中对空间环境感知结果进行修正具体包括：
在天线发射电磁波频率低于空间环境的截至频率时，天线无法有效辐射信号，将其分为两种情况：①天线外空间环境的截止频率大于天线辐射信号的载波频率；②天线辐射波长与天线尺寸严重失配，且调谐不佳；扫频时，天线发射驻波比极高，则初步考虑截止频率大于载波频率能发射出去的最低频率暂定为天线外空间环境的截止频率，然后通过扫频过程中天线有效驻波比与真空中预期发射驻波比对比，对以上截止频率进行校验和修正，得出修正后的等离子体密度数据。
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姚明: "星载多功能等离子体探测仪总体设计及波形技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

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