[发明专利]精密微波测距系统整体时延温变系数的标定系统及方法

说明书

精密微波测距系统整体时延温变系数的标定系统及方法，两套无振源透波温控系统内分别放置有一套K波段微波测距系统，无振源透波温控系统用于改变K波段微波测距系统所处环境温度，并采集K波段微波测距系统的温度改变量△T；微波远场屏蔽暗室用于隔离外部电磁信号对两K波段微波测距系统进行信号传播的干扰；微波空域衰减转发装置用于模拟K波段微波测距系统在轨信号传播的衰减；激光干涉仪用于采集由于环境温度改变，带来K波段微波测距系统位置的改变量ΔD；数据接口检测设备用于确定时延‑温变系数δ。本发明系统和方法简单可靠，可为在轨数据补偿提供数据参考。

技术领域

本发明属于卫星星间测量技术领域，具体涉及精密测距系统时延随温度变化的研究、标定测试时延-温变稳定性系数的系统和方法。

背景技术

对于低低跟踪重力测量卫星的工程研制而言，KBR(K波段微波测距系统，K BandRanging)是该卫星的核心载荷。KBR的技术基础是双程单向测距技术DOWR(Dual one wayranging)，双星独立相对发送K波段微波信号，同时独立接收对方微波信号并完成采样和高精度测量，通过后处理比对，完成高精度测距。KBR对星间有偏距离的测量精度达到微米量级，是微波测距领域的最高水平，产品的实际性能与所处环境温度的变化有密切联系。理论分析和试验均表明，温度变化是射频信号处理设备时延温度稳定性的主要因素，信号从设备输入端口到输出端口时延变化，将引起单载波信号通过设备的相位延迟发生变化，而KBR正是通过测量单频信号的相位变化反映距离的变化。当设备温度稳定时，信号通过设备所产生的时延是稳定的，反映在测距误差上呈现出一个固定的偏差，也就是说其零值稳定。当设备温度变化时，信号在设备中传播的路径延时也是变化的，此时测距误差将不固定，难以用以往的标定手段确认其零值。根据以往微波测距系统的试验数据以及国内外微波测距领域的资料可知，温度变化对测距系统中信号收发电子设备、微波波导的传输时延有较大影响。因此，从产品的工程设计上，一方面要降低设备时延-温变系数，另一方面要提高温度稳定性(或者说降低温度波动)。从产品的在轨使用上讲，需要在地面试验阶段准确获取设备的时延-温变系数，然后结合在轨温度变化情况，计算时延变化量，可为在轨数据补偿提供数据参考。

针对上述应用背景，现有典型的方法可分为两类：

(1)针对某信号传输系统的绝对零值标定，被测对象以射频通道、信号收发设备为主，主要目标是提高标定精度、简化标定方法。比如专利文献CN201410468765.8提供一种用于导航星座星间链路收发信机设备时延标定的方法，该方法在收发信机设备上加入双向校准通道、中频开关矩阵和射频开关矩阵，并分时控制射频开关矩阵和中频开关矩阵，依次使发射通道、接收通道和双向校准通道两两连通，通过闭环时延测试得到三个时延值，最后根据所述的三个时延值计算发射通道的绝对时延Tt和接收通道的绝对时延Tr，将该时延量作为收发信机设备时延零值带入星间链路时延测量数据进行时延校准，实现收发信机设备时延标定。专利文献CN201610557507.6公开了一种具有无线设备时延标定的测量装置和方法，能够对测量系统的发射链路、接收链路的设备时延进行校准，在测量开始前，对设备时延处理设备和标定天线进行校准；采用设备时延处理设备和标定天线标定发射链路的设备时延；采用发射链路的测量信号产生设备和标定天线标定接收链路的设备时延，即可开展测量。

(2)针对微波信号传输设备的时延-温变系数标定，被测对象是以微波通道、信号处理设备、频率基准设备等组成的系统，不含天线。比如焦仲科、王登峰、刘玄等编写论文《微米级微波测距系统时延稳定性的测试研究》提出了一种对微波测距系统有源部组件的时延稳定性测试方法。搭建了时延稳定性标定系统，对有源组件进行时延稳定性地面测试验证，得到微米级微波系统有源组件的时延稳定性系数为19.02μm/K，结合无源组件的时延稳定系数及卫星轨道的温度环境，证明轨道谐波误差满足设计要求，微米级微波测距系统的距离变化测量精度满足研制需求。

分析现有方法可以总结出如下几个不足之处：

(1)没有一种能够获取带天线的微波收发系统整体时延温度系数标定的方法；