[发明专利]低轨卫星Ka频段数据接收系统跟踪性能的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星数据接收技术领域，更为具体地，涉及低轨卫星Ka频段数据接收系统跟踪性能的测试方法。

背景技术

随着对地球资源和环境的认识的深化以及对地观测技术的进步，星地链路需要的信息传输速率越来越高，例如，遥感卫星从现在的利用S频段、X频段转变为利用Ka频段进行星地数据传输正成为航天工作的发展方向。我国也将在低轨遥感卫星上采用Ka频段下传数据。

低轨卫星Ka频段数据传输具有动态性高(因为低轨卫星运动速度快)、波束窄(按26.5GHz，12m天线分析，波束宽度为0.065°)等特点，因此，对低轨卫星Ka频段数据接收系统的跟踪性能提出了更高的技术要求。目前，国内外对低轨卫星Ka频段数据接收系统展开了比较深入的研究，但目前国内外尚无在轨运行的利用Ka频段传输数据的低轨遥感卫星。

因此，目前还不能通过接收低轨卫星利用Ka频段传输的信号来直接测试低轨卫星Ka频段数据接收系统的跟踪性能。只能通过飞机校飞法、静态目标跟踪法、以及目标模拟器法等方法来间接测试低轨卫星Ka频段数据接收系统的跟踪性能。

图1是现有的卫星数据接收系统的结构框图。一般来说，如图1所示，现有的卫星数据接收系统主要包括天馈分系统、天线座架分系统以及跟踪接收分系统，其中，天馈分系统主要包括抛物面天线、天线馈源；天线座架分系统主要包括天线座架、天线控制单元、天线驱动单元；跟踪接收分系统主要包括合路信号放大器、差路信号放大器、通道合成网络、下变频器、跟踪接收机。

抛物面天线对卫星发射的电磁波信号进行反射并将其会聚到抛物面的焦点上。天线馈源设置在抛物面天线的焦点处，用于将会聚到抛物面焦点的信号能量全部收集起来。

馈源的合路通道产生合路信号，其差路通道产生差路信号。所述合路信号包含数据信息，该信号送入合路信号放大器中进行放大。所述差路信号包含天线偏离接收方向的信息(即，天线正对接收方向时，所述差路信号为零)，该信号送入差路信号放大器中进行放大。之后，放大了的合路信号和差路信号在通道合成网络中合为一路信号，该路信号送入下变频器中进行变频，变为中频信号。变频后的信号送入跟踪接收机中，由跟踪接收机进行解调以恢复出误差信号。误差信号送入天线控制单元，天线控制单元根据该误差信号产生角度偏差指令，角度偏差指令送入天线驱动单元，天线驱动单元根据该指令调节天线座架转动，使天线对准接收方向，从而实现天线对卫星的自动跟踪和数据接收。

卫星数据接收系统的跟踪性能决定了该系统能否无盲区地跟踪卫星并获得卫星数据。因此，在利用卫星数据接收系统接收卫星数据之前，需要对其跟踪性能进行测试。

影响卫星数据接收系统跟踪性能的因素主要有：跟踪模式(如程序跟踪、自动跟踪、天线置位等)、卫星轨道预报精度(程序跟踪模式中的影响因素)、系统的指向精度(天线指向目标时因系统的机械特性等原因造成的指向偏差)、天线半功率波束宽度、跟踪接收机的品质因素等。一般地，卫星数据接收系统的跟踪性能可以通过系统跟踪精度这一综合指标来表征。对于低轨卫星Ka频段数据接收系统来说，系统跟踪精度的要求是小于1/10半功率波束宽度。例如，如果半功率波束宽度为0.065°，那么，系统跟踪精度的要求是小于0.0065°。

间接测试低轨卫星Ka频段数据接收系统的跟踪性能的飞机校飞法是指，将Ka频段的信标安装在飞机上、然后使卫星数据接收系统跟踪飞机上的Ka频段的信标，从而对系统的跟踪性能进行测试的方法。该方法利用飞机飞行的航路来模拟卫星飞行的轨道，可以验证卫星数据接收系统对动态目标的跟踪能力。但该方法的缺点是，需要利用飞机并对飞机进行适当的改造，因而成本高；需要与空管进行协调，因而难度大、不方便。

间接测试低轨卫星Ka频段数据接收系统的跟踪性能的静态目标跟踪法是指，将Ka频段的信标安装在标校塔上、然后使卫星数据接收系统自动跟踪标校塔上的信标，从而对系统跟踪性能进行测试的方法。由于对标校塔上的信标的跟踪是一种静态跟踪，因此，单纯使用这种方法是不能测试卫星数据接收系统对低轨卫星等动态目标的跟踪性能的。

间接测试低轨卫星Ka频段数据接收系统的跟踪性能的目标模拟器法是指，利用模拟器模拟产生一个角度偏差信号，并将该角度偏差信号送入天线控制单元，从而对系统跟踪性能进行测试的方法。该方法利用人为产生的角度偏差信号来模拟系统跟踪卫星时实际产生的角度偏差信号来测试系统的跟踪性能。但由于角度偏差信号的产生与很多因素有关，因此该方法实现起来难度较大，而且不同的系统有很大的差别，该方法的通用性较差。

发明内容