[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

说明书

技术领域

本发明涉及继用户终端系统地面测试技术领域，具体地，涉及一种中继用户终 端动态捕获跟踪性能验证的地面装置和方法。

背景技术

中继卫星和用户星均为动目标，只有两者相互捕获跟踪后，星-星-地间的信息 链路才能建立。对于口径大于0.5m的中继终端天线，因其天线波束相对窄，而程 序跟踪能达到的精度有限，需要中继用户终端通过配置捕获跟踪子系统进行自动跟 踪来实现有效跟踪。

对于自动跟踪成败起关键作用之一的就是获取和差信号相位差也称相位标校， 使和差信号交叉耦合达到最小，由此需要设计相应的地面验证试验；而且地面验证 试验方法也需充分考虑在轨获取和差相位差的可行性与一致性，因为和差相位会随 着和、差两路传输通道的温度差，以及和、差两路旋转关节、低噪声放大器寿命期 的老化不一致性而改变。

另外，地面验证试验不仅要考虑各捕获跟踪模式的验证，关键还要验证在轨动 态力学条件下各模式间切换的过程匹配性和稳定性。

现有的地面验证方法有两种，一种是不带真实的中继终端天线的有线验证方 案，即采用两个模拟器，一是天线机构模拟器，模拟天线低频信号的输入输出以验 证天线转动性能，二是天线和差信号模拟器，模拟射频输入信号以验证天线之后的 通道捕获跟踪性能，这种方法不仅在射频通道验证方面是不全面的，无法获得真实 的和差信号相位差情况，且所模拟的天线转动只验证了轨道与角度的算法，并未对 整个捕获跟踪通道的动态性能(比如各种捕获跟踪模式的切换、天线与伺服控制的 过程匹配性和稳定性)进行验证；另一种是带真实中继终端天线的无线验证方案， 但没有采用模拟用户星姿态运动和轨道运动的天线转台，因而地面验证所处的动力 学边界条件不充分；没有使用星载自主校相功能，因而获取和差相位差的方法过程 复杂、重复性差、且很难在轨实施，因为在轨需要在中继终端天线X轴或Y轴基本 不变化的特殊轨道上才能进行。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道。

发明内容

本发明针对现有地面验证方法存在的问题与不足，提供了一种中继用户终端动 态捕获跟踪性能验证的地面装置和方法，实现了对中继用户终端捕获跟踪子系统进 行全闭环、全动力学边界条件验证，该试验方法不仅对中继用户终端捕获跟踪在轨 运动环境下的动态性能进行了充分验证，且重复性好、准确度高。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的地 面装置，包括：Ka中继信标及天线、中继终端天线转台、工控计算机及数据采集设 备、卸载架以及频谱仪；其中：

所述Ka中继信标及天线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；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；

所述频谱仪用于监测Ka中继终端天线所接收到的和信号、差信号。

优选地，所述Ka中继信标及天线与Ka中继终端天线相距几百米左右距离，Ka中 继信标及天线与Ka中继终端天线之间无遮挡物；同时为避免Ka中继终端天线卸载困 难，Ka中继信标及天线与Ka中继终端天线之间尽量保持平视。

优选地，所述中继终端天线转台包括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。

根据本发明的另一方面，提供了一种中继用户终端动态捕获跟踪性能验证的测 试方法，包括如下步骤：