[发明专利]扩频测控地面设备测距零值实时监测方法

说明书

本发明公开了一种扩频测控地面设备测距零值实时监测方法，利用本发明能够有效避免监测信号与工作信号之间的互干扰，提高测距零值漂移监测精度。本发明通过下述技术方案予以实现：在扩频测控地面设备零值的实时校正中，通过位于大口径天线副面中心的校零天线及实时校零变频器构建地面测控系统无线闭环监测环路；将上行扩频测距信号作为测距零值实时监测信号，校零变频天线和实时校零变频器环回上行扩频测距信号，并与卫星下行扩频测距信号频点错开，基于“频分+码分”的特点扩频测控基带从下行接收链路中提取环回的上行扩频测距信号，完成扩频测控地面设备闭环距离零值实时测量，实时完成无线闭环距离零监测。本发明提高了测距零值漂移监测精度。

技术领域

本发明涉及测控通信领域一种基于扩频测控地面设备测距零值实时监测方法。

背景技术

目前测控系统测距的主要误差源是设备零值校零残差。随着航天任务对定位精度的要求日益提高，地面站的零值准确性成为设备的重要指标。因为应答机和地面站的零值不准确，会直接导致航天器定位精度的下降。航天测控地面设备包含大量的模拟器件以及有源电路，因环境温度变化以及老化将带来较大的测距零值变化。在目前地面测控通信的系统设计中，这部分由于工作状态的变化而引入的零值漂移主要是通过每次任务前或者任务后的距离校零来获得。设备距离零值指的是设备在某一典型状态参数(电平、多谱勒、温度)下的距离零值，其与设备的真实零值的差异归结到校零残差中。初始距离零值指的是系统在某一典型状态参数(电平、多普勒、温度环境)下的距离零值，这个距离零值一般通过高精度标定措施得到，其与设备的真实零值的差异，以及设备工作状态发生变化(时间、温度、多普勒、电平等)引起的零值变化归结到设备测距系统误差中。可以看出系统误差包括了标校误差和零值漂移。目前成熟工程中测控零值漂移的监测一般是通过任务前或者任务后的事后校零来得到，一般估算在分米或者米两级，无法满足高轨卫星的高精度测定轨厘米量级测距零值漂移的监测精度。

对于测距来说，将目前米级的测距精度提升到厘米量级，需要通过设备零值实时监测的方式控制零值的漂移，即采用零值的在线监测。传统的测控系统采用的是单频测量，电离层附加误差修正采用的外校正的方式，大多采用微波水气辐射计结合延迟模型进行修正。相对于外校正，基于多频链路的系统内校正测量精度更高。目前研究最广泛的多频链路是GPS系统，然而其多频链路是单向测量，只需抵消单程空间传播附加误差，与导航系统的单向链路不同，而测控系统中采用的是双向测量。测控系统中采用了双向链路，使得测控系统中多频链路的设计具有特殊性。

传统测控通信设备零值在线监测中的距离校零一般采取任务前或任务后标校的方式。在高精度测距中为了尽可能准确地反应出系统误差的漂移情况，需要实时地监测。为了使得在线校正信号和工作信号传输路径尽量一致，采用了上行发射信号通过高功率放大器后耦合一部分经过实时校零变频器后送低噪声放大器的监测环路。地面站零值实时监测下行接收信号同时包含探测器下行信号和在线监测信号，因此实时监测带来的首要问题是在线监测信号与工作信号间的互干扰抑制问题。

在扩频控系统中，上行测距支路工作过程可分为两部分，一是地面上行测距信号生成及发射，由地面测控系统来实现；二是星上测距信号接收及解调，由星载应答机来实现。上行信号形式是BPSK调制的扩频信号，具有载波被抑制的特性，射频信号由RF单元的接收支路进入扩频应答机的接收通道，完成低噪声放大、下变频、中频滤波、中频信号放大和AGC控制。中频信号用于数字基带的A/D采样，经A/D采样后的数字序列在数字基带内完成伪码捕获与跟踪、载波恢复与跟踪，解扩。下行测距链路工作过程与上行测距工作过程相似，下行测距链路工作过程也可分为两部分，一是星上下行测距信号调制及发射，由星载应答机来实现，二是地面测距信号接收及解调，由地面测控系统来实现。扩频测控系统上、下行测量信号采用测量帧结构，帧内所传信息是测距信息，上行测量帧可不调制信息，仅用于解距离模糊。测距精度取决于测距支路伪码码元宽度和信号能量，无模糊距离取决于上行帧周期，数据采样率取决于下行测量帧频率。