[发明专利]一种基于精密测距的天线视轴指向标校系统及方法

说明书

一种基于精密测距的天线视轴指向标校系统及方法，在微波暗室环境下建立精密测距分系统天线的地面测试标校系统，能够模拟精密测距分系统天线的多种运动工况，同时设计精密测距分系统天线方位方向及俯仰方向的运动轨迹，引入精密测距分系统微米级的测量数据，监测外界环境振动、转台转动等引入的距离变化，并利用建立精密测距分系统天线视轴指向在轨标定的等效简化模型，引入天线相位方向图的精密测距分系统及误差同步监测共同模拟星间距离变化数据，设计天线视轴指向标校的运动轨迹，建立标校估计算法的状态方程及观测方程，最终完成精密测距分系统天线视轴指向、精密测距分系统天线相位方向图的高精度标校。

技术领域

本发明涉及一种基于精密测距的天线视轴指向标校系统及方法，属于星间微波测量技术领域。

背景技术

以低低跟踪重力测量卫星的精密测距分系统及GNSS接收机为代表，天线是高精度无线电测量系统的主要组件，负责信号的发射、接收，天线相位中心是测量的基准点。为实现相心之间与质心之间距离信息的准确转换，被测天线视轴指向的标校非常重要。

关于天线视轴指向的标校的现有系统及方法基本分为两类：一类是基于微波暗室及转动装置，也称为旋转天线法，旋转天线或移动信号源位置，利用最小二乘拟合方法实现天线相位方向图的标定；所需要的测试设备主要包括定向微波发射天线、信号源、矢量网络分析仪、微波暗室以及方向图后处理计算软件。一类是基于野外环境及短基线相对检测装置，对GNSS天线设定一个精确的已知参考点，将被测天线的相位变化结果与参考点进行对比，利用相对位置先验信息拟合求得相位中心的偏差和变化量，且每次只能进行一个方向的偏差评估。可以总结出如下几个不足之处：1)将被测天线与所属的精密测距分系统分离，未引入精密测距分系统高精度的测量结果，仅借助信号源、矢量网络分析仪等外部测量设备单独对进行天线离线标校。该方法通用性虽好，但是引入了额外的仪器噪声、外界干扰等，标校精度有限。2)相位方向图标定的过程中，采用不同阶次的拟合方法，低阶拟合无法保证精度，高阶拟合易引起畸变误差，使用的局限性较大；同时未考虑存在径向运动情况的相位方向图标定问题。3)关于天线视轴指向的在轨标校，虽然建立了非线性评估算法的理论模型、仿真生成相应的测量数据，但是未进行地面的等效标校，且未进行试验验证。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，现有精密测距分系统天线视轴指向高精度标校存在的容易出现畸变误差、标校精度低的问题，提出了一种基于精密测距的天线视轴指向标校系统及方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于精密测距的天线视轴指向标校系统，包括微米级精密测距分系统、微米级微波信号源、微波暗室、激光跟踪仪、指向运动模拟分系统、对准调节机构、超稳桁架、激光干涉仪、数据采集及处理分系统，其中：

微米级精密测距分系统：实时测量被测天线与宽波束波导管相位中心的距离；

微米级微波信号源：调整宽波束波导管视轴指向至满足标校需求，并保持宽波束波导管静止不动；

微波暗室：为被测天线的视轴指向地面标校提供微波暗室环境；

激光跟踪仪：进行微波暗室标校场地内的标定，建立被测天线机械坐标系、宽波束波导管机械坐标系、指向运动模拟分系统坐标系，并获取各分系统坐标系间的转换数据及超稳桁架A、B两端绝对距离；

指向运动模拟分系统：模拟微米级精密测距分系统中被测天线的在轨运行状态，包括方位方向及俯仰方向的转动、视轴方向的平动；

对准调节机构：将超稳桁架A端被测天线机械视轴与超稳桁架B端宽波束波导管机械视轴对准，将宽波束波导管固定于载物面上以保证宽波束波导管可于载物面平面内沿宽波束波导管机械坐标系的Y轴、Z轴移动，同时调节宽波束波导管水平方向、垂直方向位置，完成视轴对准；

超稳桁架：为微米级测距分系统、微米级微波信号源提供安装载体；