[發(fā)明專利]一種基于切換的異軌星間天線及其捕獲跟蹤方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410398573.4
• 申請(qǐng)日: 2014-08-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104184529A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙黎曄;蒙薇;王淼;高杰;李紅寶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 航天東方紅衛(wèi)星有限公司
• 主分類號(hào): H04B17/00
• 分類號(hào): H04B17/00;H04B7/04
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種異軌衛(wèi)星星間天線設(shè)計(jì)及捕獲跟蹤過(guò)程。

背景技術(shù)

衛(wèi)星編隊(duì)或衛(wèi)星星座在完成空間組網(wǎng)任務(wù)時(shí)，常常涉及到在異軌衛(wèi)星間構(gòu)建星間鏈路。異軌衛(wèi)星存在高速的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)建星間鏈路時(shí)，需要星間天線能夠?qū)崟r(shí)依據(jù)衛(wèi)星的相對(duì)位置，調(diào)整天線指向。指向的調(diào)整速度必須滿足衛(wèi)星相對(duì)運(yùn)動(dòng)的需要。天線指向的調(diào)整分為兩個(gè)階段：初始捕獲階段和跟蹤階段。在初始捕獲階段，星間天線需在較大的空間范圍內(nèi)探測(cè)入射信號(hào)，初步確定入射波的入射方向；在跟蹤階段，星間天線需要自動(dòng)辨識(shí)跟蹤電磁波入射角度的變化，依據(jù)對(duì)入射角變化的情況實(shí)時(shí)調(diào)整天線的指向，使得天線指向始終與入射波波達(dá)方向保持一致，確保通信過(guò)程的連續(xù)性。

目前，我國(guó)衛(wèi)星編隊(duì)或衛(wèi)星星座使用的異軌星間通信天線多采用反射面配合機(jī)械伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。受機(jī)械慣性的限制，機(jī)械伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)捕獲與跟蹤速度都較慢。在初始捕獲階段，機(jī)械伺服機(jī)構(gòu)無(wú)法在較大范圍內(nèi)搜索入射信號(hào)，必須依據(jù)衛(wèi)星軌道，計(jì)算出目標(biāo)指向位置，并將天線粗略指向該目標(biāo)方向，在該目標(biāo)方向小范圍內(nèi)進(jìn)行搜索；在跟蹤階段，伺服機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度較慢，不能滿足在高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星間構(gòu)建星間鏈路的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于切換的異軌星間天線設(shè)計(jì)形式及其捕獲跟蹤方法。該天線設(shè)計(jì)不依賴于衛(wèi)星軌道測(cè)定，克服了反射面轉(zhuǎn)動(dòng)天線機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)捕獲、跟蹤速度慢的缺點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于切換的異軌星間天線，包括微波切換組件和天線陣列；天線陣列由N個(gè)窄波束天線陣元組成；微波切換組件具有2個(gè)設(shè)備耦合接口記為P1、P2和N個(gè)天線耦合接口，設(shè)備耦合口P1通過(guò)雙工器分別與星上發(fā)射機(jī)及接收機(jī)相連，另一個(gè)設(shè)備耦合口P2與信號(hào)探測(cè)器相連；一個(gè)窄波束天線陣元與一個(gè)天線耦合接口相連，每個(gè)設(shè)備耦合接口能夠與所有的天線耦合接口之間分別形成射頻通路；各窄波束天線陣元的電軸指向各不相同，在空間中呈放射狀，相鄰兩個(gè)窄波束天線陣元的波束覆蓋范圍有重疊，整個(gè)天線陣列滿足衛(wèi)星在軌相對(duì)位置變化時(shí)，波束覆蓋范圍的需要。

一種利用上述異軌星間天線實(shí)現(xiàn)的捕獲跟蹤方法，步驟如下：

(1)在需要建立異軌星間鏈路的兩顆衛(wèi)星上分別安裝權(quán)利要求1所述的天線，其中天線陣列的安裝確保在軌時(shí)，兩顆星分別在對(duì)方天線陣列波束的覆蓋范圍內(nèi)；兩顆衛(wèi)星分別記為A星和B星，A星作為信標(biāo)方，B星作為捕獲方；

(2)A星發(fā)射機(jī)發(fā)射信標(biāo)信號(hào)XA，A星上的微波切換組件按照預(yù)設(shè)的掃描圖樣控制切換與設(shè)備耦合接口P1對(duì)應(yīng)的射頻通路，使得P1對(duì)應(yīng)的射頻通路上的窄波束天線陣元按照預(yù)設(shè)的掃描圖樣進(jìn)行掃描；

(3)B星的信號(hào)探測(cè)器連續(xù)探測(cè)信標(biāo)信號(hào)XA的強(qiáng)度，B星上的微波切換組件按照預(yù)設(shè)的掃描圖樣控制切換設(shè)備耦合接口P2對(duì)應(yīng)的射頻通路，使得P2對(duì)應(yīng)的射頻通路上的窄波束天線陣元按照預(yù)設(shè)的掃描圖樣進(jìn)行掃描，當(dāng)信號(hào)探測(cè)器探測(cè)到信標(biāo)信號(hào)時(shí)，微波切換開(kāi)關(guān)將探測(cè)到信標(biāo)信號(hào)射頻通路對(duì)應(yīng)的天線陣元TB接入設(shè)備耦合接口P1的接收機(jī)，同時(shí)由發(fā)射機(jī)向A星發(fā)射確認(rèn)信號(hào)ACKB；

(4)A星接收機(jī)接收到確認(rèn)信號(hào)ACKB后，A星微波切換組件停止切換設(shè)備耦合接口P1對(duì)應(yīng)的射頻通道，將當(dāng)前連通的天線陣元記為T(mén)A；A星發(fā)射機(jī)開(kāi)始向B星發(fā)射有效數(shù)據(jù)；

(5)B星接收機(jī)接收有效數(shù)據(jù)，并在接收的同時(shí)由發(fā)射機(jī)向A星發(fā)送信標(biāo)信號(hào)XB；之后，A星直接執(zhí)行步驟(a)的處理，B星直接進(jìn)入步驟(b)的處理；

(a)A星上信號(hào)探測(cè)器連續(xù)探測(cè)信標(biāo)信號(hào)XB，并由微波切換組件切換設(shè)備耦合接口P2對(duì)應(yīng)的射頻通路使得與信號(hào)探測(cè)器相連的天線陣元為當(dāng)前天線陣元TA相鄰的陣元，判斷探測(cè)到的信標(biāo)信號(hào)XB的強(qiáng)度是否優(yōu)于天線陣元TA對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度，若優(yōu)于，則A星停止向B星發(fā)送有效數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)而發(fā)送信標(biāo)信號(hào)XA至B星，并將天線陣元切換至信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)的陣元，該信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)的陣元作為新的天線陣元TA，切換完成后，恢復(fù)向B星發(fā)送有效數(shù)據(jù)，并返回步驟(5)；否則，A星繼續(xù)發(fā)送有效數(shù)據(jù)至B星，并返回步驟(5)；

(b)B星上信號(hào)探測(cè)器連續(xù)探測(cè)來(lái)自A星的有效信號(hào)，并由微波切換組件切換設(shè)備耦合接口P2對(duì)應(yīng)的射頻通路使得與信號(hào)探測(cè)器相連的天線陣元為當(dāng)前天線陣元TB相鄰的陣元，判斷探測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度是否優(yōu)于天線陣元TB對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度，若優(yōu)于，則通知A星停止發(fā)射有效數(shù)據(jù)，并將天線陣元切換至信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)的陣元，該信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)的陣元作為新的天線陣元TB，切換完成后通知A星繼續(xù)發(fā)送有效數(shù)據(jù)，返回步驟(5)繼續(xù)執(zhí)行；否則，B星繼續(xù)接收A星發(fā)射的有效數(shù)據(jù)，返回步驟(5)繼續(xù)執(zhí)行。