[发明专利]中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置和方法

权利要求书

1.一种中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置，其特征在于：包括：Ka 中继信标及天线(1)、中继终端天线转台(2)、工控计算机及数据采集设备(3)、 卸载架(4)以及频谱仪(5)；其中：

所述Ka中继信标及天线(1)用于模拟中继卫星信标信号发射指定电平、频率的无 线信号；

所述中继终端天线转台(2)用于装载中继用户终端的Ka中继终端天线、接收工 控计算机及数据采集设备(3)发送来的轨道运动控制信号、模拟Ka中继终端天线相对 于中继卫星的轨道运动；

所述工控计算机及数据采集设备(3)将用户星轨道参数转换成中继用户终端相对 于中继卫星的运动轨迹、角速度、角加速度信号，发送给中继终端天线转台(2)；同时 向中继用户终端的综合接口单元发送中继用户终端任务控制包使中继用户终端模拟在 轨工作，并采集监测综合接口单元下传的遥测信号；

所述卸载架(4)在Ka中继终端天线转动时进行重力卸载，使Ka中继终端天线的 转动机构负载与在轨相当；

所述频谱仪(5)用于监测Ka中继终端天线所接收到的和信号、差信号。

2.如权利要求1所述的中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置，其特征 在于：所述Ka中继信标及天线与Ka中继终端天线之间设有距离，两者之间无遮挡物， 且Ka中继信标及天线与Ka中继终端天线之间保持平视。

3.如权利要求1所述的中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地面装置，其特征 在于：所述中继终端天线转台(2)包括X轴转动机构和Y轴转动机构，当X轴转动机 构和Y轴转动机构收到工控计算机及数据采集设备(3)发送的轨道运动控制信号后， 驱动X轴转动机构和Y轴转动机构分别与Ka中继终端天线反向相对转动。

4.一种采用权利要求1至3中任一项所述的中继用户终端动态捕获跟踪性能验证 的地面装置进行中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的测试方法，其特征在于，包括如 下步骤：

步骤S101、发射电平调配：根据场地距离计算空间损耗，计算出Ka中继终端天线 输出信号，调整Ka中继信标及天线发射电平，使Ka中继信标及天线处于测试的安全电 平范围内；在Ka中继终端天线和信号、差信号输出口旁路用频谱仪监测信号，同时标 定中继用户终端的跟踪接收机接收端灵敏度信号电平下所对应的Ka中继终端天线输出 和信号、差信号电平；

步骤S102、中继终端天线零位校准：中继终端天线转台静止不动，频谱仪于Ka中 继终端天线和信号、差信号输出口记录和信号、差信号方向图，工控计算机及数据采集 设备向综合接口单元发送中继用户终端工作指令包，控制调整Ka中继终端天线以匀速 分别在X轴方向、Y轴方向进行运动，使差信号方向图中差信号最小，再使和信号方向 图中和信号最大；保持此时Ka中继终端天线的位置，在此基础上细调Ka中继终端天线 X轴、Y轴角度，使跟踪接收机输出的X轴误差电压和Y轴误差电压的遥测读数最小， 此位置即为天线零位；

步骤S103、静态角误差信号分离：中继终端天线转台静止不动，工控计算机及数 据采集设备向综合接口单元发送中继用户终端工作指令包，将Ka中继终端天线置于零 位，并将Ka中继终端天线从零位分别沿X轴、-X轴、Y轴、-Y轴匀速拉偏θ_0.5，形成4 个点位，分别记录跟踪接收机所输出的4个点位的X轴误差电压、Y轴误差电压、Ka信 标信号和差通道相位差、X轴误差斜率和Y轴误差斜率的遥测值；当位于X轴的2个点 位的X轴误差电压遥测值为最大值、Y轴误差电压遥测值为最小值，位于Y轴的2个点 位的X轴误差电压遥测值为最小值、Y轴误差电压″遥测值为最大值时，表明和差通道交 叉耦合最小，中继用户终端工作指令包中的Ka信标信号和差通道相位差、X轴误差斜率 和Y轴误差斜率参数设置正确，角误差信号正常分离；

步骤S104、自动校相：中继终端天线转台静止不动，工控计算机及数据采集设备 向综合接口单元发送中继用户终端工作指令包，设置中继用户终端为自动校相模式，将 Ka中继终端天线置于零位，并将Ka中继终端天线从零位分别沿X轴、-X轴、Y轴、-Y 轴匀速拉偏θ_0.5，记录该模式下校准信号和差通道相位差、X轴误差斜率、Y轴误差斜率 的遥测值，并将其与步骤S103的相应遥测值Ka信标信号和差通道相位差、X轴误差斜 率、Y轴误差斜率相减，求平均得到修正值，判断是否需要修正；如需修正，则工控计算 机及数据采集设备向综合接口单元发送带修正参数的指令包，重复步骤S103；

步骤S105、静态天线跟踪：中继终端天线转台静止不动，Ka中继信标及天线模拟 具有多普勒频偏变化的中继卫星信号，其发射的信号电平大小使在跟踪接收机接收端为 灵敏度电平；工控计算机及数据采集设备向综合接口单元发送工作指令包，在工作指令 包所设定的跟踪捕获阈值与自动跟踪模式下，将Ka中继终端天线从零位位置沿任意方 向拉偏θ_0.5角度，观察信标信号锁定状态的遥测值即可知Ka中继终端天线转入自动跟踪 的时间，将X轴角度、Y轴角度的遥测值与零位位置比较即可得到自动跟踪的精度；进 一步将Ka中继终端天线从零位位置沿任意方向拉偏大于θ_0.5角度，置中继用户终端为应 急故障模式，观察信标信号锁定状态、X轴角度以及Y轴角度的遥测值，确认Ka中继信 标及天线已被捕获跟踪；

步骤S106、动态天线跟踪：工控计算机及数据采集设备向中继终端天线转台发送 指令，驱动转台模拟卫星姿态、轨道等条件运动，并向综合接口单元发送工作指令包置 中继用户终端为程序跟踪模式、程控转自动跟踪模式、应急故障模式，验证中继用户终 端在动态捕获跟踪时的跟踪时间和精度等性能。