文档介绍：FY-2三点测距副站天线自动跟踪方法分析
吴小妹,廖俊,王捷纯
(广州气象卫星地面站,广东广州,510640)
摘要
静止气象卫星跟踪模式分为手动跟踪、自动跟踪、程序跟踪三种。FY-2三点测距副站,主要采用使用步进跟踪技术的自动跟踪为主,手动跟踪为辅的跟踪模式。本文主要对步进跟踪技术在静止气象卫星三点测距副站自动跟踪系统中的应用进行分析,同时提出在运行时存在的一些问题及缺点,为以后方法的改进提供参考。
关键词:静止卫星测距副站天线自动跟踪
1 静止气象卫星测距系统
FY-2三点测距系统是FY-2静止气象卫星应用系统指令与数据接收站的重要组成部分,其主要完成对风云二号卫星的轨道位置精度定位任务。主要原理:利用三个不在同一条直线上的点,分别以各个点为圆心、各点到空间某定点的距离为半径画圆球面,圆球面的交点便是该定点位置,FY-2D星为例,广州站、新疆站为副站,北京站为主站,通过测量三个站到卫星的距离,确定FY-2D星所在太空的位置,从而准确定位云图经纬线。
2 自动跟踪技术分类及特点
除了卫星的自动漂移外,地面接收天线因风力或自身形变等因素的影响,其指向很容易偏离卫星,使天线接收增益大幅度下降,造成通信或广播信号减弱甚至中断。为了能实时根据接收机提供的信标信号跟踪卫星,必须使天线始终对准卫星。FY-2三点测距副站主要采用自动跟踪方式为主,手动跟踪为辅的跟踪模式。常用的卫星自动跟踪技术又分为步进跟踪、圆锥扫描跟踪、单脉冲跟踪。其特点如表1:
表1 自动跟踪技术分类及其特点
分类
优点
缺点
适用性
单脉冲单通道
跟踪精度高,和差信号叠加单通道传输不存在一致性问题
天线端需要对差信
号调制,跟踪处理
较复杂
同步卫星、移动卫星、移动目标、动中通等跟踪
单脉冲双通道
跟踪进度高,采用高次模产生差信号方便
通道要求一致性
同步卫星、移动卫星、移动目标、动中通等跟踪
单脉冲三通道
跟踪进度高,三通道独立传输,不存在由于处理带来的交叉耦合问题
通道要求一致性
同步卫星、移动卫星、移动目标、动中通等跟踪
步进跟踪
设备简洁,稳定性高,实现简单
跟踪速度较慢
精度一般
同步卫星跟踪
圆锥扫描跟踪
设备简单,跟踪精度较高
需要机械运动
增益下降
卫星跟踪
综上所述,对于跟踪频繁度低,跟踪时间没有严格要求,稳定性要求高的测距副站,步进跟踪技术比较适用。
3 步进跟踪技术原理
步进是一种试探性的跟踪方式,天线在伺服单元的控制下,分别在方位和俯仰两个轴上以一定的步进间隔输入控制电压,通过判断步进后所接收输入电平的大小来决定下一步天线运动的方向,最终使其和波束的最大方向对准目标。逻辑原理如图2:
接收
系统
信号强度(AGC)鉴别
逻辑
判断器
AZ控制电路
EL控制电路
AZ执
行电机
EL执
行电机
天线
图1:步进跟踪逻辑原理
Fig 1 Step-By-Step Tracking Logic Theory
4 静止气象卫星三点测距副站步进跟踪技术解析
测距副站跟踪接收机主要由中放AGC单元,跟踪环路、电源等组成,其主要功能是将遥测的残留载波锁定,给伺服设备提供AGC电压,使伺服按最大值跟踪原理实现对卫星的角度跟踪。如下图2:
中频
信号
同相
功分
混频器
滤波器
A/D
转换器
90度功分器
混频器
AGC输出
伺服
EPLD
DSP
DDS
图2 测距副站接收机跟踪环路
Fig 2 The Associate Station of Distance Measurement for Receiver Tracking Loop
,采样数据送入DSP,运算后,反馈回直接频率合成器DDS,形成闭环,载波锁定。从锁定的载波信号中提取出下行信号的幅度信息,接收机产生0~10V场强信号经12位A/D量化后送液晶显示器显示,此量作为捕星的依据,当其数值大于门限时就可认为已捕获卫星,进入步进跟踪状态。
测距副站天线跟踪的调整分为搜索和自动跟踪两个过程,搜索步动作后,整个跟踪系统就开始工作,包括对角度数据采样,场强记忆和比较等,待经过若干次搜索,并确定天线应该调整的方向后,天线就回到原来的位置,然后向卫星方向转动一步。当反馈的场强大于一定门限时捕获到卫星,控制系统进入寻优和步进跟踪状态。
步进跟踪在原理上属于极值跟踪系统,俗称“瞎子爬山法”,通过“双轴交替探索式步进跟踪”,使天线波瓣的极大值对准目标。具体过程如