單福悅，高河山，凡 嵩，高 寧，劉玉泉

(中國人民解放軍63778部隊，黑龍江 佳木斯 154000)

多波束測控系統(tǒng)目標(biāo)快速切換方法研究

單福悅，高河山，凡 嵩，高 寧，劉玉泉

(中國人民解放軍63778部隊，黑龍江 佳木斯 154000)

多波束測控系統(tǒng)是航天測控的發(fā)展方向，可實現(xiàn)多個目標(biāo)的同時控制。針對當(dāng)前多波束測控系統(tǒng)跟蹤能力不足、多目標(biāo)跟蹤異常處置效率低的問題，提出了一種多波束測控系統(tǒng)目標(biāo)快速切換跟蹤的方法。在分析現(xiàn)有測控體制基礎(chǔ)上,研究多通道標(biāo)校、參數(shù)快速配置,并進(jìn)行了跟蹤驗證,結(jié)果表明，該方法可在保證多波束測控系統(tǒng)多目標(biāo)跟蹤能力的基礎(chǔ)上提高目標(biāo)切換效率，為后續(xù)同類設(shè)備的工程建設(shè)提供參考。

多波束測控系統(tǒng)；應(yīng)急處置；多通道標(biāo)校；參數(shù)快速配置

0 引言

多波束測控系統(tǒng)在跟蹤編隊飛行的多目標(biāo)時起到了很重要的作用，但其跟蹤的目標(biāo)數(shù)量有限，隨著我國航天器日益發(fā)展，一箭20星等相繼發(fā)射成功，對更多目標(biāo)的同時測控提出了新需求。一箭多星發(fā)射是未來航天發(fā)展的趨勢[1]，對于傳統(tǒng)的測控設(shè)備，每次只能跟蹤單個目標(biāo)[2]，多波束測控系統(tǒng)跟蹤數(shù)量[3]也有限。目前，隨著我國測控事業(yè)的發(fā)展，在軌衛(wèi)星數(shù)量急劇增加，過境時間集中，目前的多波束跟蹤技術(shù)[4]較為成熟，但狀態(tài)切換過程繁瑣，耗時長。為了實現(xiàn)簡便、快速、準(zhǔn)確的狀態(tài)切換，節(jié)約衛(wèi)星搶救[5]時間，掌握更多過境目標(biāo)狀態(tài)，本文利用多波束測控系統(tǒng)的優(yōu)勢，對多通道標(biāo)校、參數(shù)快速配置以及目標(biāo)的快速切換進(jìn)行研究，可以同時對多個目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，節(jié)省測控資源[6]。

1 多通道標(biāo)校研究

多波束天線系統(tǒng)發(fā)射(或接收)合成波束[7-8]實現(xiàn)的前提是多個發(fā)射(或接收)通道間的一致性[9]。這是因為所有波束形成的算法都是基于多通道的、是理想的、一致的。通過對相同頻點(diǎn)以及不同頻點(diǎn)衛(wèi)星標(biāo)校結(jié)果進(jìn)行分析，標(biāo)校結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，每一個頻點(diǎn)都會對應(yīng)一個結(jié)果，標(biāo)校結(jié)果[10]在相對長的時間能夠保持穩(wěn)定。

根據(jù)上述分析結(jié)果，多波束測控系統(tǒng)多通道標(biāo)校流程如圖2所示。流程中以頻點(diǎn)為驅(qū)動，對常用接收頻點(diǎn)進(jìn)行多通道標(biāo)校。后續(xù)任務(wù)圈次進(jìn)行預(yù)訂任務(wù)參數(shù)和設(shè)備配置下的標(biāo)校工作。系統(tǒng)接收到任務(wù)計劃后，首先根據(jù)時間判定是否進(jìn)行自動標(biāo)校，如果任務(wù)間隙較短，則調(diào)用數(shù)據(jù)庫中擬合數(shù)據(jù)[11]進(jìn)行跟蹤。

(a) 不同頻點(diǎn)

(b) 相同頻點(diǎn)圖1 標(biāo)校結(jié)果

圖2 校相流程

任務(wù)間隙較長，可以對后續(xù)任務(wù)進(jìn)行集中標(biāo)校，第1步進(jìn)行頻點(diǎn)分類，該步驟進(jìn)行的工作為：把相同模式的衛(wèi)星按照頻點(diǎn)進(jìn)行分類，然后進(jìn)行標(biāo)校，這樣就避免了相同頻點(diǎn)的衛(wèi)星重復(fù)校相；第2步多通道標(biāo)校，分別對通道1、通道2及通道3進(jìn)行依次標(biāo)校；第3步校相結(jié)束后，進(jìn)行跟蹤，同時將校相結(jié)果更新至擬合模型庫。

2 參數(shù)快速配置

2.1 參數(shù)配置流程

多波束測控系統(tǒng)現(xiàn)有參數(shù)配置流程為：選擇需要跟蹤目標(biāo)參數(shù)，選擇通道，進(jìn)行設(shè)置，分別計算軌道根數(shù)，裝載程引文件進(jìn)行跟蹤。這種方法需要對多個分系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，耗時較長，通過對該流程進(jìn)行優(yōu)化，可以使任務(wù)時參數(shù)快速配置到基帶，同時對相應(yīng)通道進(jìn)行軌道根數(shù)的計算，實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤的快速切換。具體方法如下：

① 通過監(jiān)控下達(dá)命令，通道固定，分別對需要配置通道下參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；

② 參數(shù)配置到基帶，ACU和波控相應(yīng)地設(shè)置任務(wù)標(biāo)識和代號，同時根據(jù)任務(wù)標(biāo)識自動計算軌道根數(shù)；

③ 裝載程引文件進(jìn)行跟蹤。

參數(shù)快速配置流程如圖3所示。

圖3 參數(shù)快速配置流程

2.2 參數(shù)管理

基帶參數(shù)[12]包括遙控、上行調(diào)制[13]、中頻接收解擴(kuò)[14]、測距、測速塊、遙測和跟蹤[15]等。各個單元之間的關(guān)系如圖4所示。

圖4 單元關(guān)系

遙控模塊產(chǎn)生上行遙控基帶擴(kuò)頻信號，送上行調(diào)制模塊；同時，遙控小環(huán)接收中頻遙控小環(huán)檢測信號，完成遙控小環(huán)的解調(diào)；小環(huán)解調(diào)得到的信號與發(fā)送的遙控指令相對比，完成遙控小環(huán)比對。

上行調(diào)制模塊根據(jù)監(jiān)控單元的指令完成遙控信號和測距上行2路基帶擴(kuò)頻信號的中頻調(diào)制，并合成后輸出給上行信道。在檢測和零值標(biāo)定時也可以完成遙測模擬源和測距下行信號的中頻調(diào)制。

中頻接收解擴(kuò)模塊接收一路中頻信號，利用碼分多址完成遙測和測量中頻接收以及信號的解擴(kuò)和解調(diào)，輸出基帶遙測信息和基帶測量信息。

測距模塊產(chǎn)生上行測距基帶信息或下行測距基帶模擬信息，送上行調(diào)制模塊；同時，接收中頻接收解擴(kuò)模塊輸出的基帶測量信息，完成基帶測量信息的解調(diào)和測距比相。解調(diào)得到的星上多普勒頻率值送測速模塊。

測距模塊將從下行數(shù)據(jù)流中獲取星上時間采樣信息與地面采樣獲取的地面時間采樣信息進(jìn)行比較計算，扣除單向距離傳輸時延后，得到高精度星地時差。

測速模塊接收測距模塊解調(diào)得到的星上測量偽多普勒頻率值，并接收中頻接收解擴(kuò)模塊的本振頻率控制字得到接收信號的偽多普勒頻率，完成衛(wèi)星速度的解算。

遙測模塊接收中頻接收模塊輸出的基帶遙測數(shù)據(jù)，解調(diào)得到遙測信息。同時，為了配合系統(tǒng)完成遙測誤碼率測試，利用遙測模擬源產(chǎn)生基帶擴(kuò)頻遙測信息，送上行調(diào)制模塊。

跟蹤模塊接收差路信號，解調(diào)出方位、俯仰角誤差電壓送到天伺分系統(tǒng)和波束控制分系統(tǒng)。如果基帶工作在單目標(biāo)條件下，基帶監(jiān)控軟件會通過視頻切換單元將角誤差同時送天伺分系統(tǒng)和波控分系統(tǒng)。如果基帶工作在多目標(biāo)條件下，基帶監(jiān)控軟件會通過視頻切換單元選擇1個目標(biāo)的角誤差電壓同時送天伺分系統(tǒng)和波控分系統(tǒng)，其余目標(biāo)的角誤差送波控分系統(tǒng)完成角跟蹤[16]。

3 跟蹤驗證

驗證自動切換跟蹤的軟件環(huán)境采用Windows XP操作系統(tǒng)，開發(fā)平臺為VC6.0編譯環(huán)境，使用到的工具軟件包括Office 2003以及代碼統(tǒng)計工具。硬件設(shè)備有基帶軟件和系統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)器。

立足現(xiàn)有多波束測控系統(tǒng)，以衛(wèi)星真實過境弧段作為驗證條件，排除衛(wèi)星及環(huán)境因素開展方案驗證。通過上述方案研究，在多波束測控系統(tǒng)上驗證目標(biāo)快速切換及跟蹤能力，通過搭建平臺，對多批次目標(biāo)進(jìn)行切換跟蹤，得到結(jié)果如表1所示。

表1 測試結(jié)果

從表1中可以看出，由于引導(dǎo)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)導(dǎo)致未正常跟蹤外，通過對每個通道進(jìn)行目標(biāo)快速切換，成功率在95%以上，3種模式采用此方法，成功率均在98%以上，可以實現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤。

傳統(tǒng)的目標(biāo)狀態(tài)建立過程中包括許多重復(fù)或一定時間段內(nèi)非必須的流程，本文采用的方法深入分析了目標(biāo)狀態(tài)建立全過程，刪減了重復(fù)流程，在判斷某些基準(zhǔn)值可用時省略了重新標(biāo)定基準(zhǔn)值的過程，在保證目標(biāo)切換和跟蹤成功率的前提下，大大提高了目標(biāo)切換效率。

4 結(jié)束語

本文通過對多目標(biāo)測控系統(tǒng)性能進(jìn)行研究，提出了跟蹤目標(biāo)快速切換的方法，可以實現(xiàn)更多目標(biāo)的同時跟蹤，在應(yīng)急處置過程中，也能快速完成切換，為后續(xù)設(shè)備的設(shè)計提供參考。存在的不足是該方法只針對相同頻點(diǎn)的衛(wèi)星，后續(xù)通過硬件[17]的改造研究不同點(diǎn)衛(wèi)星的切換跟蹤方法。

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Research on the Fast Switching Methods ofMulti-beam TT&C System Targets

SHAN Fu-yue,GAO He-shan,FAN Song,GAO Ning,LIU Yu-quan

(Unit63778,PLA,JiamusiHeilongjiang154000,China)

Multi-beam TT&C system is the development direction of aerospace TT&C,providing control of multiple targets at the same time.However,some technical challenges exist,such as lack of traceability and low exception handling efficiency.This paper proposes a multi-beam TT&C system to switch target tracking method quickly.Analysis are performed on current TT&C systems,multi-channel calibration,rapid configuration parameters,and tracking verification.The results show that the proposed approach can enhance target switching efficiency with ensured multi-target tracking capability,which can provide reference for similar equipment in subsequent engineering construction.

multi-beam TT&C system;emergency disposal;multi-channel calibration;rapid configuration parameters

2017-03-06

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.06.09

單福悅，高河山，凡 嵩，等.多波束測控系統(tǒng)目標(biāo)快速切換方法研究[J].無線電工程,2017,47(6):38-40，64.[SHAN Fuyue, GAO Heshan, FAN Song, et al. Research on the Fast Switching Methods of Multi-beam TT&C System Targets[J]. Radio Engineering,2017,47(6):38-40，64.]

V556.4

A

1003-3106(2017)06-0038-03

單福悅 男，(1983—)，工程師。主要研究方向：測控總體。

高河山 男，(1979—)，工程師。主要研究方向：測控總體。