米青超　呂曉靜　王志超

【摘? 要】為解決小口徑便攜天線口徑較寬、中繼星的信標頻率一致并且位置十分接近的對星問題，論文提出了一種利用上行信號進行快速對星技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在0.3m便攜衛(wèi)通天線，實踐表明，該技術(shù)很好地實現(xiàn)了小口徑便攜天線快速準確對準中繼衛(wèi)星，保證了衛(wèi)星通信的穩(wěn)定連續(xù)。

【Abstract】In order to solve the problem that the small aperture portable antenna has wide aperture and the beacon frequency of repeater star is consistent and the position of repeater star is very close， a fast satellite alignment technology using uplink signal is proposed in this paper.The technology has been successfully applied to the 0.3m portable satcom antenna. Practice shows that the technology achieves the fast and accurate alignment of the small aperture portable antenna to the relay satellite and ensures the stable and continuous satellite communication.

【關(guān)鍵詞】小口徑;便攜天線;中繼星;快速跟蹤

【Keywords】small aperture; portable antenna; repeater star; fast tracking

【中圖分類號】TN82? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）05-0172-02

1 引言

隨著衛(wèi)星行業(yè)的發(fā)展，航天器的跟蹤與控制任務(wù)也越來越重，傳輸數(shù)據(jù)量也日益巨大，為了及時有效地完成對航天器的管理和數(shù)據(jù)收集，中繼衛(wèi)星應(yīng)運而生，其可以提供數(shù)據(jù)中繼和測控服務(wù)，極大地提高各類衛(wèi)星試驗效益和應(yīng)急能力，其應(yīng)用越來越廣泛，針對中繼衛(wèi)星的快速對星的研究也越來越廣泛，而小口徑便攜天線具備可搬移、方便架設(shè)等特點，得到了廣泛應(yīng)用。

中繼星信標頻率一致，部分衛(wèi)星位置非常臨近，利用信標接收機解析的方式無法解決相鄰中繼星的對星問題，容易出現(xiàn)對錯衛(wèi)星的現(xiàn)象。很多固定站天線，利用軌道預測等技術(shù)，通過長時間的數(shù)據(jù)積累預測未來一段時間的衛(wèi)星軌道，從而改變天線指向，實現(xiàn)對星。而實際使用中，可能會短時需要使用天線對星做業(yè)務(wù)，并沒有長時間軌道數(shù)據(jù)的積累，導致無法使用軌道預測方法來對準衛(wèi)星?；谏鲜銮闆r，提出了一種基于小口徑便攜天線的快速對星技術(shù)，大大提高了精準對星的效率，縮短了對星時間。

2 中繼星

中繼星信標頻率一致，其中天鏈一號01星和天鏈一號04星的衛(wèi)星位置比較臨近，并且在每天不同時間，衛(wèi)星的經(jīng)度和緯度會略有漂移，以某天的軌道數(shù)據(jù)為例，每半小時對位置進行采集。圖1為01星和04星方位地理角變化，圖2為01星和04星星俯仰地理角變化，圖3為04星相對于01星的方位地理角的偏移，圖4為04星相對于01星的俯仰地理角偏移。根據(jù)圖上的趨勢，無法從某時刻衛(wèi)星所處的位置來進行區(qū)分兩顆衛(wèi)星。因此，需要提出其他策略來實現(xiàn)天線的準確對星。

3 小口徑便攜天線

便攜天線以重量輕、體積小、易運輸、便于快速搭建等優(yōu)點，經(jīng)常被選用作移動衛(wèi)星小站，配合衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備，作為視頻會議，或者為突發(fā)性事件提供快速便捷的高速數(shù)據(jù)鏈路，作為一種重要通信手段。

天線波束計算公式如下：

θ=70λ/D

式中，θ為波束寬度，D為天線直徑，λ為波長。

中繼星信標頻率為23540MHz，以0.3m便攜天線為例，半波束寬度大約3°左右。0.3m便攜天線波束比較寬，01號和04號衛(wèi)星可能同時在0.3m便攜天線的波束范圍內(nèi)，單純利用信標接收機會出現(xiàn)對錯目標的情況。

4 對星策略與流程

4.1 對星策略

在衛(wèi)星通信中，從地面站向衛(wèi)星上發(fā)送的通信信號稱作上行信號，而從經(jīng)過衛(wèi)星上的星載設(shè)備進行放大，再發(fā)送回地面的信號稱作下行信號。

一般的對星方式，為天線接收衛(wèi)星發(fā)送的下行信號，接收機解調(diào)信號，上報鎖定，并天線最終位置保持到信號的最大值位置。而針對0.3m便攜天線寬波束，中繼星位置比較臨近且信標頻率一致的情況下，此時傳統(tǒng)的對星方式無法很好地解決對星問題。因此，提出一種基于中繼星的快速對星技術(shù)。

由衛(wèi)通設(shè)備向衛(wèi)星發(fā)射某頻率的上行信號，并實時接收固定下行信號后，由衛(wèi)通設(shè)備進行解調(diào)獲取當前的功率值和鎖定標志，并由衛(wèi)通設(shè)備將這些信息傳遞給天線，作為天線對準的依據(jù)，引導天線轉(zhuǎn)動到功率最大的位置來實現(xiàn)對準衛(wèi)星。

4.2 對星流程

根據(jù)圖1到圖4分析，01號衛(wèi)星和04號衛(wèi)星經(jīng)度和緯度均漂移，經(jīng)過坐標變換，轉(zhuǎn)化為天線指向，方位、俯仰指向均有±5°左右的偏差，因此，需要保證天線在搜索過程中，方位軸、俯仰軸的搜索范圍為±5°，為了保證俯仰的精度，采取了傾角儀與天線饋源同軸安裝的方式，保證俯仰角度空間指向的準確性，減少測量誤差以及標校誤差等誤差，同時適應(yīng)天線在傾斜放置的情況下的對星問題。

天線執(zhí)行對星時首先根據(jù)衛(wèi)星經(jīng)度計算出衛(wèi)星理論位置，控制天線方位、俯仰軸轉(zhuǎn)動到理論位置，則開始進行方位、俯仰均±5°的搜索寬度進行三角形搜索，如果接收到衛(wèi)通設(shè)備鎖定信號，則進行進一步搜索，在搜索的同時記錄當前的鎖定狀態(tài)以及最大的功率值，以及所對應(yīng)的方位、俯仰角度，在搜索完成后，天線轉(zhuǎn)動到記錄的方位俯仰位置后，轉(zhuǎn)入對星流程，當在對星流程中檢測到功率值降低1dB時，重啟搜索，防止因衛(wèi)星飄移導致天線失鎖，從而通信鏈路中斷。

5 結(jié)論

通過將傾角儀與天線饋源同軸安裝，獲取精準電軸角度，并由衛(wèi)通設(shè)備向衛(wèi)星發(fā)射某頻率的上行信號，并實時接收固定下行信號后，由衛(wèi)通設(shè)備進行解調(diào)獲取當前的功率值和鎖定標志，并由衛(wèi)通設(shè)備將這些信息傳遞給天線，根據(jù)上述信息，可以精準實現(xiàn)01號和04號衛(wèi)星的對星問題。從根本上解決了對錯星的問題。同時到達縮短了天線對星時間，實現(xiàn)了天線在傾斜放置的情況下的精準快速對星。

該技術(shù)在實際便攜0.3m天線的應(yīng)用實踐中得到驗證，從而完成理論的產(chǎn)生到實踐應(yīng)用的過程。