[发明专利]一种基于中继终端的捕获跟踪系统及在轨相位校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于中继终端的捕获跟踪系统及在轨相位校准方法，主要在各种低轨航天器中继捕跟系统中使用，属于卫星无线电跟踪测量技术领域。

背景技术

目标信号进入天线形成的Σ和Δ信号分别经过较长信道，到单通道调制器时，Σ与Δ之间相位关系往往随着时间推移，由于温度、电路参数等各种因素改变而变化了，即不是能一直保持已调好的相位关系。

这种和差相对相位变化，将造成方位和俯仰误差特性变坏，例如误差特性曲线斜率变小、误差特性极性改变、交叉耦合变大等。严重时，捕跟系统就不能实现中继天线的目标自动捕获和跟踪。

我国二代中继卫星提出在和通道信道中增加一个360°移相器，地面多次注入校正角度方法解决和差通道相位不一致问题，并通过天线指向和跟踪效果来评估补偿角度的正确性。

在现代测控雷达中，在方位误差和俯仰误差信道中各串一个可调移相器，在执行跟踪任务前，天线接收标校塔发来的标校信号，分别调节相移器角度，使方位、俯仰角误差特性的斜率、极性、交叉耦合达到规定要求。

因此传统设计存在以下不足：

1）相位校准过程复杂：星地系统设备参与校准，或者建立地面标校塔进行校相，校准过程参与设备多、成本大、系统复杂。

2）相位校准精度不高：采取移相器高几位进行相位调节来达到使和信号Σ与差信号Δ的相位一致性，相位校准精度较低，残余部分交叉耦合项。

3）实时性差，重复性差：采取建立标校塔方法，设备发射后可重复性差。地面跟踪精度分析方法，具有一定的滞后性，不能实现在轨实时自动相位校准。

因此传统的相位校准方式并不适用，不能满足中继终端相位校准简单易行、精度高、耦合小、实时性高、可重复强的任务需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：

克服现有技术的不足，提供了一种基于中继终端捕跟系统的在轨相位校准方法，实现中继终端捕跟系统和差通道相位差的校准和补偿。

本发明的技术解决方案是：

一种基于中继终端的捕获跟踪系统，包括：Ka中继天线、定向耦合器模块、第一滤波器模块、第二滤波器模块、第一低噪放模块、第二低噪放模块、单通道调制模块、Ka/C变频模块、捕获与跟踪模块和伺服控制模块；

Ka中继天线接收外部Ka频段的单信标信号并且输出和信号给定向耦合器模块，定向耦合器模块将和信号按照耦合系数分成两路，一路送入第一滤波器模块，另一路作为差信号送入第二滤波器模块，经过第一滤波器模块滤波后的信号再通过第一低噪放模块进行低噪声放大，之后送入单通道调制模块；经过第二滤波器模块滤波后的信号再通过第二低噪放模块进行低噪声放大，之后送入单通道调制模块，单通道调制模块对差信号进行QPSK调制，对和信号进行移相，并且将处理之后的和信号和差信号合成为调幅信号，Ka/C变频模块将所述调幅信号下变频至C频段，捕获与跟踪模块对输入的所述C频段信号进行捕获跟踪，输出移相角度给单通道调制模块用于对和信号进行移相，输出控制信号给单通道调制模块用于对差信号进行QPSK调制，伺服控制模块驱动Ka中继天线仅在方位角方向偏离电轴半波束。

Ka中继天线包括馈源，其馈源包括TE₁₁耦合器，外部输入的Ka频段的单信标信号经过TE₁₁耦合器形成和信号。

一种基于中继捕获跟踪系统的在轨相位校准方法，步骤如下：

（1）伺服控制模块驱动Ka中继天线仅在方位角方向偏离电轴半波束；

（2）Ka中继天线接收外部Ka频段的单信标信号并且输出和信号；

（3）将和信号按照预设耦合系数分成两路，一路较大信号和一路较小信号，将所述一路较小信号作为差信号，进入步骤（4）；

（4）将较大一路信号作为和信号进行带通滤波和低噪声放大，对所述差信号也进行带通滤波和低噪声放大；

（5）在控制信号的作用下，对步骤（4）中处理后的差信号进行QPSK相位调制，对处理后的和信号完成数控N位0°～360°范围内电控移相，然后将相位调制后的差信号与移相后的和信号合成形成Ka波段单通道调幅信号，完成误差信号相位调制转变成对和信号幅度调制，N为自然数；

（6）将所述步骤（5）中的幅度信号下变频至C频段；

（7）将C频段信号再下变频至中频，然后通过A/D转换器实现带通采样，将中频模拟信号变换成中频数字信号；