[发明专利]一种基于中继终端的捕获跟踪系统及目标自动跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于中继终端的捕获跟踪系统及目标自动跟踪方法，主要在各种低轨航天器中继捕跟系统中使用，属于卫星无线电跟踪测量技术领域。

背景技术

我国二代中继卫星已完成3颗中继卫星的组网通信，使得低轨卫星天基测控弧段提高至83％左右，大大提高测控覆盖率。

中继卫星星间天线指向采取TE₁₁模为和模，TM₀₁模为差模的两模三通道自跟踪方法，针对中继终端宽带SQPSK调制载荷信号，采取模拟方式进行方位误差和俯仰误差分离。在和支路信道中增加一个360°移相器，通过地面注人校正信号解决和差通道相位不一致问题。

但是采取非相干模拟处理方法，系统灵敏度较低，达-95dBm左右；TM₀₁模为差模的误差信号生成方法存在交叉耦合大，跟踪精度差，不能跟踪任意极化接收信号的缺陷；并且它没有解决中继终端接收单信标时方位误差和俯仰误差信号产生、分离和滤波等问题，目标自动捕获与跟踪精度不高。

中继终端捕跟系统要求跟踪中继卫星发来的单信标信号，灵敏度达到-130dBm，多普勒频偏达±800Khz，多普勒变化率达3Khz/s，星间天线自动跟踪误差要求优于±0.2°。

因此二代中继卫星现有自动跟踪方式并不适用，不能满足中继终端交叉耦合小、信号动态大、信号信噪比低、目标指向精度高的任务需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于中继终端捕跟系统及目标自动跟踪方法，实现低轨卫星中继终端对中继卫星信标天线前向单信标信号的捕获和跟踪。

本发明的技术解决方案是：

一种基于中继终端的捕获跟踪系统，包括：Ka中继天线、第一滤波器模块、第二滤波器模块、第一低噪放模块、第二低噪放模块、单通道调制模块、Ka/C变频模块、捕获与跟踪模块和伺服控制模块；

Ka中继天线接收外部Ka频段的单信标信号并且输出和信号与差信号，和信号通过第一滤波器模块和第一低噪放模块进行滤波和低噪声放大之后送入单通道调制模块，差信号通过第二滤波器模块和第二低噪放模块进行滤波和低噪声放大之后送入单通道调制模块，单通道调制模块对差信号进行QPSK调制，对和信号进行移相，并且将处理之后的和信号和差信号合成为调幅信号，Ka/C变频模块将所述调幅信号下变频至C频段，捕获与跟踪模块对输入的所述C频段信号进行捕获跟踪，输出方位误差信号和俯仰误差信号给伺服控制模块，输出移相角度给单通道调制模块用于对和信号进行移相，输出控制信号给单通道调制模块用于对差信号进行QPSK调制；伺服控制模块根据方位误差信号和俯仰误差信号控制Ka中继天线转动。

Ka中继天线包括馈源，其馈源包括TE₁₁耦合器和TE₂₁多模耦合器，外部输入的Ka频段的单信标信号经过TE₁₁耦合器形成和信号，经过TE₂₁多模耦合器形成差信号。

一种基于所述捕获跟踪系统的目标自动跟踪方法，步骤如下：

（1）Ka中继天线接收外部Ka频段的单信标信号并且输出和信号与差信号；

（2）对所述和信号和差信号均进行带通滤波和低噪声放大；

（3）在控制信号的作用下，对步骤（2）中处理后的差信号进行QPSK相位调制，对处理后的和信号完成数控N位0°～360°范围内电控移相，然后将相位调制后的差信号与移相后的和信号合成形成Ka波段单通道调幅信号，完成误差信号相位调制转变成对和信号幅度调制，N位I₀为自然数；

（4）将所述步骤（3）中的幅度信号下变频至C频段；

（5）将C频段信号下变频至中频，然后通过A/D转换器实现带通采样，将中频模拟信号变换成中频数字信号；

（6）数控振荡器NCO提供正交的两路本地参考信号，正交的两路本地参考信号与步骤（5）中所述中频数字信号进行正交下变频，将中频数字信号转换成基带IQ正交信号；

（7）采用分段FFT算法对所述基带IQ正交信号进行频谱分析，查找最大峰值，实现大频偏补偿；峰值位置代表频率偏移量，峰值大小代表信号功率；

（8）频率偏移量结果用于更新数控振荡器NCO的频率控制字，采用3阶锁相环PLL对所述基带IQ正交信号进行载波的相位跟踪，之后进入步骤（9）；

（9）根据I路和Q路功率差值是否大于预设门限来判决是否载波锁定，若大于门限值，则进行载波锁定，进入步骤（10），否则返回至步骤（6）；