余海 韓來輝

摘 要 本文闡述了單脈沖雙通道跟蹤體制的原理，通過數(shù)學(xué)分析，指出了采用該跟蹤體制的測控系統(tǒng)在跟蹤前進(jìn)行校相的必要性。在分析常規(guī)校相方法的基礎(chǔ)上，給出了改進(jìn)的快速校相方法及其應(yīng)用的前提條件。經(jīng)實際工程驗證，該方法切實有效。

【關(guān)鍵詞】單脈沖雙通道 交叉耦合 快速校相

1 引言

單脈沖雙通道跟蹤體制具有高精度、動態(tài)性能好的優(yōu)點，航天測控系統(tǒng)大多采用這一跟蹤體制。但是由于受到天線電軸零點漂移，設(shè)備組合變化，環(huán)境溫度以及信號極化方式改變等多重因素的影響，交叉耦合指標(biāo)會不斷惡化，導(dǎo)致天線的跟蹤性能下降，因此需要定時校相。隨著我國航天事業(yè)的快速發(fā)展，在軌衛(wèi)星等航天器的數(shù)量不斷增加，地面測控設(shè)備的長管任務(wù)變得日益繁重，因此需要一種快速簡單可靠的校相方法。

2 自跟蹤校相原理

式中μ為天線歸一化差斜率，ω為信號頻率。

差信號式中的和就是目標(biāo)偏移天線電軸θ角在天線直角坐標(biāo)系方位軸A和俯仰軸E上的角誤差信息。如圖1所示。

天線激勵器的和信號及差信號分別進(jìn)入和差接收信道，經(jīng)放大濾波變頻到達(dá)跟蹤接收機(jī)。和信號經(jīng)跟蹤接收機(jī)跟蹤濾波后產(chǎn)生兩路正交信號：

式中為變頻后的信號頻率，為和通道設(shè)備引入的相移，為差通道引入的相移，k為幅度歸一化后引入的放大系數(shù)，信道增益不一致也包含其中。

以左旋信號為例，用兩路正交和信號解調(diào)差信號并濾去諧波項得到角誤差信號的表達(dá)式：

由上式可知由于和差通道的相位不一致性，與有了交叉的信號分量，這個交叉的信號分量稱之為交叉耦合。當(dāng)=0時，就可以得到真實的角誤差信息：，。當(dāng)時，與相互影響，當(dāng)值較大時，甚至造成極性相反，跟蹤接收機(jī)無法閉環(huán)。

3 常規(guī)校相方法

通過對自跟蹤校相原理的分析，常規(guī)的校相方法描述如下：

（1）找到天線電軸零點；

（2）天線僅在方位軸上偏離一定角度，跟蹤接收機(jī)俯仰相位校準(zhǔn)后調(diào)整φE和kE；

（3）天線僅在俯仰軸上偏離一定角度，跟蹤接收機(jī)方位相位校準(zhǔn)后調(diào)整φA和kA；

（4）檢查極性和交叉耦合。

第一步是這種方法的關(guān)鍵，天線電軸零點找不準(zhǔn)，移相值φ和斜率修正系數(shù)k就無法正確得到，一般通過跟蹤閉環(huán)來找電軸零點。因此常規(guī)校相方法即“找零-校相-檢查交叉耦合-自跟蹤找零-校相”，如此循環(huán)數(shù)次直到交叉耦合滿足自跟蹤要求，流程復(fù)雜，耗時長久。

4 快速校相方法

快速校相方法不需要精確找到天線指向信標(biāo)的零點，也不需要天線分別在方位軸和俯仰軸拉偏。采用該方法的前提條件包含：

（1）信標(biāo)信號始終落在天線的半功率波束帶寬內(nèi)；

（2）天線的方位軸、俯仰軸正交；

（3）天線和/差信道的方向圖比較理想對稱，方位/俯仰方向圖正負(fù)對稱且幅度相等；

（4）信標(biāo)信號在天線中激勵出的方位、俯仰信號正交；

（5）跟蹤接收機(jī)在無差信號時，輸出方位、俯仰角誤差電壓為零。

設(shè)和差通道相移差為，跟蹤接收機(jī)移相初值為，同時設(shè)初始斜率修正系數(shù)為k1。在天線波束內(nèi)的目標(biāo)信號附近，設(shè)置天線方位俯仰均正偏任意一點P1，P1相對于天線電軸零點方位上偏移了X1密位，俯仰上偏移了Y1密位，記為。以左旋信號為例，根據(jù)式（1）式（2）可得解調(diào)后的方位、俯仰誤差電壓為：

天線在基礎(chǔ)上方位正偏密位，由于天線的方位軸和俯仰軸完全正交，偏移后的點可以記為，根據(jù)式（1）式（2）可得此時解調(diào)后的方位、俯仰誤差電壓為：

5 結(jié)束語

這種校相方法具有以下優(yōu)點：不需要先準(zhǔn)確找天線電軸零點，目標(biāo)信號在天線波束內(nèi)，天線只需要一次拉偏就可以完成校相過程，增益系數(shù)可以一次得到。采用這種方法并輔以計算機(jī)自動控制技術(shù)，可以使校相時間就減少到數(shù)秒。

參考文獻(xiàn)

[1]趙業(yè)福 無線電跟蹤測量[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.

作者簡介

余海（1982-），男，現(xiàn)為中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所工程師。主要研究方向為航天測控。

作者單位

中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所 河南省鄭州市 450005