[發(fā)明專利]估計(jì)航天器或飛行器發(fā)射的目標(biāo)信號行程差的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280069985.2
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN104137447A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 讓-馬克·艾姆;拉斐爾萊·桑切斯;弗雷德里克·武盧贊
• 申請（專利權(quán)）人: 阿斯特里姆有限公司
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王萍;李春暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器或飛行器觀測的領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種用于估計(jì)由所述飛行器發(fā)射的稱為“目標(biāo)信號”的信號所跟隨的分別到達(dá)接收基站的第一接收天線和第二接收天線上的兩個路徑之間的行程差的系統(tǒng)和方法。

盡管以非限制性的方式，然而本發(fā)明尤其有利地適用于特別針對對地靜止軌道(GEO)中的衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道恢復(fù)。

背景技術(shù)

圖1示出了用于恢復(fù)GEO軌道中的衛(wèi)星20的軌道的已知系統(tǒng)10。

已知的軌道恢復(fù)系統(tǒng)10包括由第一接收天線12a和第二接收天線12b構(gòu)成的接收基站。衛(wèi)星20發(fā)射目標(biāo)信號到地球，并且該目標(biāo)信號被接收基站的第一接收天線12a和第二接收天線12b中的每個接收天線接收。

例如，尤其通過估計(jì)所述目標(biāo)信號所跟隨的分別到達(dá)接收基站的第一接收天線12a和第二接收天線12b上的兩個路徑之間的行程差，來恢復(fù)衛(wèi)星20的軌道。

根據(jù)與第一接收天線12a和第二接收天線12b上分布接收的目標(biāo)信號相對應(yīng)的信號之間的相位差，來估計(jì)圖1中標(biāo)記為“dm”的行程差。

行程差dm例如用于估計(jì)圖1中標(biāo)記為“θ”的目標(biāo)信號相對于接收基站的到達(dá)方向，這通常是通過假定所述到達(dá)方向θ對于第一和第二接收天線12a、12b中的每一個都相同來實(shí)現(xiàn)的(該近似在如下假設(shè)下有效：接收基站和衛(wèi)星20之間的距離遠(yuǎn)大于圖1中標(biāo)記為“db”的第一接收天線12a與第二接收天線12b之間的距離)。根據(jù)另一示例，通過可能地考慮其他測量結(jié)果和/或信息，行程差dm直接用于衛(wèi)星20的軌跡模型以直接恢復(fù)所述衛(wèi)星的軌道。

處理裝置14執(zhí)行第一和第二接收天線12a、12b上接收的所述信號的處理操作。處理裝置14分別通過第一接收鏈16a和第二接收鏈16b而關(guān)聯(lián)于第一和第二接收天線中的每一個。

通常，接收基站的第一和第二接收天線12a、12b之間的距離db越大，行程差dm的估計(jì)就越準(zhǔn)確。在已知的GEO軌道恢復(fù)系統(tǒng)10中，距離db約為幾百米。

然而，行程差估計(jì)的準(zhǔn)確性很大程度上取決于相位差測量的準(zhǔn)確性，而相位差測量的準(zhǔn)確性取決于由第一和第二接收天線12a、12b接收的目標(biāo)信號的信號噪聲/干擾比。因此，如果該信號噪聲/干擾較低，則估計(jì)的準(zhǔn)確性將較低，并且對第一和第二接收鏈16a、16b的相位穩(wěn)定更加敏感。實(shí)際上，測量的相位差的變化包括由行程差dm的變化引起的變化和關(guān)聯(lián)于第一和第二接收鏈16a、16b的相位不穩(wěn)定的變化二者。

為了提高信號噪聲/干擾比，第一和第二接收天線12a、12b是高度定向的，以具有非常顯著的各自的天線增益。為了減少關(guān)聯(lián)于第一和第二接收鏈16a、16b的相位不穩(wěn)定的變化，構(gòu)成所述第一和第二接收鏈的元件自身必須是非常穩(wěn)定的，并且通常是硬的。

為了獲得良好的性能水平，這種已知的GEO軌道恢復(fù)系統(tǒng)10是復(fù)雜的且制造成本高。

此外，已知的GEO軌道恢復(fù)系統(tǒng)10涉及將(載波頻率或中頻上的)無線電頻率信號傳輸至執(zhí)行數(shù)字化的處理裝置14。這也造成高成本和托管估計(jì)系統(tǒng)的站點(diǎn)上的土木工程問題(纜線的可接受曲率半徑、衰減等)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)解決方案的全部或一些限制，尤其是上文所說明的那些。

為此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于估計(jì)由航天器或飛行器發(fā)射的稱為“目標(biāo)信號”的信號相對于接收基站的行程差或到達(dá)方向的方法，其中所述接收基站包括第一接收天線和第二接收天線，所述方法包括測量與分別在第一接收天線和第二接收天線上接收的目標(biāo)信號相對應(yīng)的信號之間的稱為“有用相位差”的相位差的步驟，和根據(jù)有用相位差的測量估計(jì)行程差或到達(dá)方向的步驟。有用相位差的測量步驟包括使分別在第一接收天線和第二接收天線上接收的信號與參考目標(biāo)信號相關(guān)，或借助FFT或PLL分析分別在第一接收天線和第二接收天線上接收的所述信號。

根據(jù)特定實(shí)現(xiàn)，所述方法包括單獨(dú)的或所有技術(shù)上可能組合的一個或更多個以下特征。

在特定實(shí)現(xiàn)中，參考目標(biāo)信號是在稱為“定向天線”的接收天線上接收的信號，該定向天線在飛行器方向中具有大于該接收基站的第一接收天線和第二接收天線的天線增益的天線增益。

在特定實(shí)現(xiàn)中，所述方法還包括以下步驟：

-借助于發(fā)射天線，將稱為“校準(zhǔn)信號”的信號發(fā)射至接收基站；

-測量與分別在第一接收天線和第二接收天線上接收的校準(zhǔn)信號相對應(yīng)的信號之間的稱為“校準(zhǔn)相位差”的相位差；

–根據(jù)有用相位差測量而補(bǔ)償校準(zhǔn)相位差測量的變化。