[發明專利]一種基于中繼終端的捕獲跟蹤系統及目標自動跟蹤方法

有效

• 申請號: 201310485928.9
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103595459B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 趙鴻;王宏卓;彭碧玉;李靜瀾;朱寶駿
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;G01S13/66
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種基于中繼終端的捕獲跟蹤系統及目標自動跟蹤方法，主要在各種低軌航天器中繼捕跟系統中使用，屬于衛星無線電跟蹤測量技術領域。

背景技術

我國二代中繼衛星已完成3顆中繼衛星的組網通信，使得低軌衛星天基測控弧段提高至83％左右，大大提高測控覆蓋率。

中繼衛星星間天線指向采取TE₁₁模為和模，TM₀₁模為差模的兩模三通道自跟蹤方法，針對中繼終端寬帶SQPSK調制載荷信號，采取模擬方式進行方位誤差和俯仰誤差分離。在和支路信道中增加一個360°移相器，通過地面注人校正信號解決和差通道相位不一致問題。

但是采取非相干模擬處理方法，系統靈敏度較低，達-95dBm左右；TM₀₁模為差模的誤差信號生成方法存在交叉耦合大，跟蹤精度差，不能跟蹤任意極化接收信號的缺陷；并且它沒有解決中繼終端接收單信標時方位誤差和俯仰誤差信號產生、分離和濾波等問題，目標自動捕獲與跟蹤精度不高。

中繼終端捕跟系統要求跟蹤中繼衛星發來的單信標信號，靈敏度達到-130dBm，多普勒頻偏達±800Khz，多普勒變化率達3Khz/s，星間天線自動跟蹤誤差要求優于±0.2°。

因此二代中繼衛星現有自動跟蹤方式并不適用，不能滿足中繼終端交叉耦合小、信號動態大、信號信噪比低、目標指向精度高的任務需求。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于中繼終端捕跟系統及目標自動跟蹤方法，實現低軌衛星中繼終端對中繼衛星信標天線前向單信標信號的捕獲和跟蹤。

本發明的技術解決方案是：

一種基于中繼終端的捕獲跟蹤系統，包括：Ka中繼天線、第一濾波器模塊、第二濾波器模塊、第一低噪放模塊、第二低噪放模塊、單通道調制模塊、Ka/C變頻模塊、捕獲與跟蹤模塊和伺服控制模塊；

Ka中繼天線接收外部Ka頻段的單信標信號并且輸出和信號與差信號，和信號通過第一濾波器模塊和第一低噪放模塊進行濾波和低噪聲放大之后送入單通道調制模塊，差信號通過第二濾波器模塊和第二低噪放模塊進行濾波和低噪聲放大之后送入單通道調制模塊，單通道調制模塊對差信號進行QPSK調制，對和信號進行移相，并且將處理之后的和信號和差信號合成為調幅信號，Ka/C變頻模塊將所述調幅信號下變頻至C頻段，捕獲與跟蹤模塊對輸入的所述C頻段信號進行捕獲跟蹤，輸出方位誤差信號和俯仰誤差信號給伺服控制模塊，輸出移相角度給單通道調制模塊用于對和信號進行移相，輸出控制信號給單通道調制模塊用于對差信號進行QPSK調制；伺服控制模塊根據方位誤差信號和俯仰誤差信號控制Ka中繼天線轉動。

Ka中繼天線包括饋源，其饋源包括TE₁₁耦合器和TE₂₁多模耦合器，外部輸入的Ka頻段的單信標信號經過TE₁₁耦合器形成和信號，經過TE₂₁多模耦合器形成差信號。

一種基于所述捕獲跟蹤系統的目標自動跟蹤方法，步驟如下：

（1）Ka中繼天線接收外部Ka頻段的單信標信號并且輸出和信號與差信號；

（2）對所述和信號和差信號均進行帶通濾波和低噪聲放大；

（3）在控制信號的作用下，對步驟（2）中處理后的差信號進行QPSK相位調制，對處理后的和信號完成數控N位0°～360°范圍內電控移相，然后將相位調制后的差信號與移相后的和信號合成形成Ka波段單通道調幅信號，完成誤差信號相位調制轉變成對和信號幅度調制，N位I₀為自然數；

（4）將所述步驟（3）中的幅度信號下變頻至C頻段；

（5）將C頻段信號下變頻至中頻，然后通過A/D轉換器實現帶通采樣，將中頻模擬信號變換成中頻數字信號；

（6）數控振蕩器NCO提供正交的兩路本地參考信號，正交的兩路本地參考信號與步驟（5）中所述中頻數字信號進行正交下變頻，將中頻數字信號轉換成基帶IQ正交信號；

（7）采用分段FFT算法對所述基帶IQ正交信號進行頻譜分析，查找最大峰值，實現大頻偏補償；峰值位置代表頻率偏移量，峰值大小代表信號功率；

（8）頻率偏移量結果用于更新數控振蕩器NCO的頻率控制字，采用3階鎖相環PLL對所述基帶IQ正交信號進行載波的相位跟蹤，之后進入步驟（9）；

（9）根據I路和Q路功率差值是否大于預設門限來判決是否載波鎖定，若大于門限值，則進行載波鎖定，進入步驟（10），否則返回至步驟（6）；