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        多波束測控系統(tǒng)測量支路鎖定異常分析及對策

        2019-08-16 07:50:52單福悅趙瀟逸
        無線電工程 2019年8期
        關(guān)鍵詞:衰減器支路測控

        單福悅,傅 明,周 峰,趙瀟逸,劉 林

        (中國人民解放軍63759部隊,吉林 長春130000)

        0 引言

        測控設(shè)備集中建設(shè),解決了測控資源緊張[1]的問題,但對于設(shè)備間的相互影響研究較少,主要是針對星鎖異常[2]進(jìn)行研究。隨著新型設(shè)備不斷布設(shè),其多星測控[3]能力已經(jīng)得到很好的體現(xiàn),但其天線口徑[4]小,形成多波束時又降低了EIRP值,在跟蹤時,多顆衛(wèi)星的距離較近,很多衛(wèi)星基本在同一波束[5]內(nèi),其他大型測控天線發(fā)射功率時會產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾,導(dǎo)致測量支路鎖定異常[6],不能準(zhǔn)確判斷衛(wèi)星工作狀態(tài)。研究解決多目標(biāo)跟蹤時測量支路鎖定異常,制定有效的目標(biāo)捕獲策略[7]對提高多目標(biāo)測控能力具有較大意義。本文結(jié)合多波束測控特點(diǎn)以及任務(wù)鏈路[8]特性,對測量支路鎖定異常進(jìn)行研究,制定出一套適用于多套設(shè)備集中情況下的測控方案[9]。

        1 多波束測控系統(tǒng)測試和試驗

        為盡可能排除引起多波束測控系統(tǒng)測量支路鎖定異常的其他可能因素,進(jìn)一步確定設(shè)備的任務(wù)狀態(tài)和工作狀態(tài),保證設(shè)備更好地執(zhí)行后續(xù)任務(wù),對部分指標(biāo)[10]進(jìn)行了測試,對可能會影響系統(tǒng)性能的因素進(jìn)行了試驗驗證。

        1.1 波束指向精度測試

        標(biāo)校塔變頻器[11]方式,設(shè)置發(fā)射、接收波束指向標(biāo)校塔,使用頻譜儀測量接收信號電平。記錄角度值、AGC電壓和信號電平,手動調(diào)整發(fā)、收波束指向,使接收信號最強(qiáng),記錄角度值、AGC電壓和接收信號電平。

        如表1所示,多波束測控系統(tǒng)波束指向精度優(yōu)于0.1°。由于多波束測控系統(tǒng)等效天線口徑較小,波束寬度較大,因此,不存在因天線指向偏差導(dǎo)致的接收、發(fā)射能力下降問題。

        表1 指向精度測試數(shù)據(jù)記錄

        目標(biāo)方位角度/(°)俯仰角度/(°)AGC/V1330.7121.6544.22330.7111.6534.33330.7111.6534.3

        1.2 三目標(biāo)EIRP一致性測試

        標(biāo)校塔射頻閉環(huán)[12]。基帶經(jīng)上變頻器輸出任務(wù)頻點(diǎn)載波信號f0至目標(biāo)1功放激勵,利用2個信號源分別產(chǎn)生f0+5 MHz,f0-5 MHz載波信號至目標(biāo)2和目標(biāo)3功放激勵,調(diào)整3路載波信號電平一致。同步設(shè)置3路激勵信號衰減器衰減量最大,使用頻譜儀測量并記錄3路接收信號電平。間隔2 dB同步減小3路激勵信號衰減器衰減量,測量并記錄3路接收信號電平變化。

        三目標(biāo)EIRP一致性曲線如圖1所示,多波束測控系統(tǒng)在多目標(biāo)工作時,在功放激勵衰減為6 dB左右時,功放出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。繼續(xù)減小衰減器衰減量,各目標(biāo)輸出信號EIRP值基本不會增加,甚至可能減??;此外,由于各目標(biāo)衰減器的不一致性,導(dǎo)致副目標(biāo)2輸出EIRP值較其他2個目標(biāo)出現(xiàn)最大4 dB的差異,有必要對衰減器的一致性進(jìn)行標(biāo)定或?qū)λp器進(jìn)行更換。

        圖1 三目標(biāo)EIRP一致性曲線

        1.3 目標(biāo)EIRP性能變化測試

        標(biāo)校塔變頻器射頻閉環(huán)?;鶐Ы?jīng)上變頻器輸出任務(wù)頻點(diǎn)載波信號f0至目標(biāo)1功放激勵,設(shè)置目標(biāo)1激勵信號衰減器衰減量為6 dB。利用2個信號源分別產(chǎn)生f0+5 MHz,f0-5 MHz載波信號至目標(biāo)2和目標(biāo)3功放激勵,調(diào)整目標(biāo)2、目標(biāo)3載波信號電平與目標(biāo)1一致。功放只接入目標(biāo)1信號,使用頻譜儀測量并記錄目標(biāo)1接收信號電平;功放再接入目標(biāo)2信號,用頻譜儀測量并記錄目標(biāo)1、目標(biāo)2接收信號電平;功放再接入目標(biāo)3信號,用頻譜儀測量并記錄目標(biāo)1、目標(biāo)2和目標(biāo)3接收信號電平;間隔2 dB先增加再減小目標(biāo)3激勵信號,記錄目標(biāo)1、目標(biāo)2和目標(biāo)3接收信號電平變化。

        EIRP性能變化曲線如圖2所示,設(shè)置三目標(biāo)激勵輸入衰減量一致情況下,增加一個目標(biāo)輸入信號時,已存在輸入信號的目標(biāo)EIRP值沒有出現(xiàn)中斷或突跳,且下降幅度范圍為1.5~1.9 dB,屬正常現(xiàn)象;另外三目標(biāo)全部發(fā)上行后,各目標(biāo)輸出EIRP基本一致。表明各目標(biāo)逐次發(fā)上行過程中,后發(fā)上行目標(biāo)對先發(fā)上行目標(biāo)沒有影響。

        圖2 EIRP性能變化曲線

        固定其中2目標(biāo)激勵衰減,調(diào)整另一目標(biāo)衰減量時[7],由各目標(biāo)EIRP性能變化測試數(shù)據(jù)和曲線可以看出,各目標(biāo)衰減值設(shè)置在6 dB附近,若其中某一目標(biāo)輸出EIRP值偏弱或偏強(qiáng)時,可以通過微調(diào)該目標(biāo)激勵輸入衰減的方法調(diào)整該目標(biāo)的輸出EIRP值。所調(diào)目標(biāo)的EIRP近似線性明顯增加或減小,而其他2個目標(biāo)的輸出EIRP僅略微減小或增加。

        2 跟蹤條件分析

        2.1 鏈路電平分析

        對系統(tǒng)鏈路進(jìn)行計算[13],結(jié)果如表2所示。衛(wèi)星下行信號滿足多波束測控系統(tǒng)接收解調(diào)要求。但多波束測控系統(tǒng)上行信號電平不滿足星上捕獲門限要求:多波束測控系統(tǒng)工作在三目標(biāo)模式時,在遠(yuǎn)距離點(diǎn),上行遙控支路和測量支路的信號電平分別較衛(wèi)星捕獲門限差4.54,10.56 dB;多波束測控系統(tǒng)工作在單目標(biāo)狀態(tài)時,在遠(yuǎn)距離點(diǎn)上行遙控支路信號電平滿足衛(wèi)星捕獲門限要求,但測量支路的電平較衛(wèi)星捕獲門限相差4.56 dB。

        表2 多目標(biāo)任務(wù)鏈路估算結(jié)果

        鏈路因素數(shù)值徑向距離/km1 100衛(wèi)星遙控支路接收余量/dB6.46/12.46衛(wèi)星測量支路接收余量/dB0.44/6.44地面遙測支路接收余量/dB18.39地面測量支路接收余量/dB12.29

        由于衛(wèi)星接收機(jī)門限和系統(tǒng)上行EIRP都有一定余量,衛(wèi)星能夠正常跟蹤解調(diào)多波束測控系統(tǒng)上行測量支路信號。

        2.2 任務(wù)干擾分析

        多目標(biāo)[9]測控共有5個,各目標(biāo)由前至后相對位置關(guān)系大致為:B星、上艙、A星、下艙和C星。地面測控資源分配為:多波束測控系統(tǒng)跟蹤A星、B星和C星;單波束測控系統(tǒng)a跟蹤上艙;單波束測控系統(tǒng)b跟蹤下艙。3星與上艙夾角關(guān)系如圖3所示。

        圖3 多目標(biāo)夾角

        可以看出,下艙與A星相對于角度主要在0.5°以下;同樣,上艙與A星相對角呈現(xiàn)出相同的規(guī)律。由于A星位于2個載荷艙之間,A星除接收到多波束測控系統(tǒng)目標(biāo)1的上行信號外,不可避免地會受到單波束測控系統(tǒng)a、單波束測控系統(tǒng)b及多波束測控系統(tǒng)目標(biāo)2和目標(biāo)3上行信號或大或小的干擾??紤]到圖3中A星與下載荷艙相對角的變化情況及多波束測控系統(tǒng)目標(biāo)2和目標(biāo)3上行信號可能產(chǎn)生的干擾,A星接收測量支路干擾信號相對于有效信號的強(qiáng)度將在17.8 dB附近起伏,由于擴(kuò)頻碼其抗碼間干擾能力要小于20 dB,其結(jié)果表現(xiàn)為A星無法穩(wěn)定鎖定多目標(biāo)測控系統(tǒng)目標(biāo)1上行測量支路信號,進(jìn)而導(dǎo)致多目標(biāo)測控系統(tǒng)目標(biāo)1接收測量支路不能鎖定,完成距離捕獲。

        2.3 試驗結(jié)論

        根據(jù)上述試驗結(jié)果和跟蹤條件分析[14],多波束測控系統(tǒng)測量支路鎖定異常原因為多波束上艙和下艙距離A星較近,單波束測控系統(tǒng)分別跟蹤2個載荷艙,而2套系統(tǒng)的上行EIRP遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多波束測控系統(tǒng)上行測量信號EIRP,使其上行信號對多波束測控系統(tǒng)目標(biāo)1上行信號產(chǎn)生干擾,導(dǎo)致A星不能穩(wěn)定鎖定上行測量支路信號,進(jìn)而引起多波束測控系統(tǒng)目標(biāo)1測量支路不能正常鎖定,無法完成距離捕獲。

        3 對策及跟蹤

        3.1 對策

        針對上述分析和實(shí)驗結(jié)論,解決多波束測控系統(tǒng)測量支路鎖定異常問題,對多波束測控系統(tǒng)在跟蹤時進(jìn)行配置設(shè)置、功率設(shè)置以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。

        ① 參試設(shè)備配置

        多波束測控系統(tǒng)目標(biāo)1、目標(biāo)2和目標(biāo)3分別跟蹤A星、上艙和下艙;單波束測控系統(tǒng)分別跟蹤B星和C星。上述配置使得單波束測控系統(tǒng)距離多波束測控系統(tǒng)目標(biāo)1最遠(yuǎn),對其干擾最小。

        ② 單波束測控系統(tǒng)上行功率設(shè)置

        在確保單波束測控系統(tǒng)固態(tài)功放輸出功率[10]穩(wěn)定的條件下,盡可能降低輸出功率。上述設(shè)置使單波束測控系統(tǒng)在穩(wěn)定跟蹤B星和C星條件下,對多波束測控系統(tǒng)各目標(biāo)干擾最小。

        ③ 多波束測控系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)置

        多波束測控系統(tǒng)功放激勵衰減設(shè)置:目標(biāo)1/4 dB;目標(biāo)2/10 dB;目標(biāo)3/10 dB。多波束測控系統(tǒng)遙控/測量功率比設(shè)置:目標(biāo)1/4∶1;目標(biāo)2/最小值;目標(biāo)3/最小值。上述設(shè)置使得多波束測控系統(tǒng)目標(biāo)1(A星)上行遙控支路EIRP最大,各目標(biāo)上行測量支路EIRP[15]基本均衡,而功放又基本工作在最佳工作點(diǎn)。

        3.2 跟蹤驗證

        根據(jù)上述對策,對多目標(biāo)進(jìn)行跟蹤驗證,結(jié)果如表3所示。

        表3 跟蹤結(jié)果

        設(shè)備目標(biāo)數(shù)鎖定情況成功率/%多波束測控系統(tǒng)3正常100單波束測控系統(tǒng)a1正常100單波束測控系統(tǒng)b1正常100

        由表3可以看出,多套設(shè)備同時跟蹤5個目標(biāo)時,采用上述對策,目標(biāo)捕獲成功率均為100%,可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤[16]。

        4 結(jié)束語

        通過對多波束測控系統(tǒng)進(jìn)行測試和驗證,研究分析任務(wù)鏈路,提出一種適用于多套設(shè)備集中情況下的測控方案。解決了多波束測控系統(tǒng)測量支路鎖定異常的問題,使測站多套設(shè)備可以完成多目標(biāo)測控任務(wù)成為可能。今后可對多套設(shè)備參數(shù)設(shè)置動態(tài)分配方法做進(jìn)一步研究,提高測站設(shè)備的自適應(yīng)能力。

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