[發明專利]一種基于精密測距的天線視軸指向標校系統及方法

在審

• 申請號: 202110450156.X
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113295936A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 焦仲科;王登峰;劉玄;任帥;鐘興旺;楊姍姍;楊瑞強
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G01R29/10
• 分類號: G01R29/10;G01S7/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種基于精密測距的天線視軸指向標校系統及方法，在微波暗室環境下建立精密測距分系統天線的地面測試標校系統，能夠模擬精密測距分系統天線的多種運動工況，同時設計精密測距分系統天線方位方向及俯仰方向的運動軌跡，引入精密測距分系統微米級的測量數據，監測外界環境振動、轉臺轉動等引入的距離變化，并利用建立精密測距分系統天線視軸指向在軌標定的等效簡化模型，引入天線相位方向圖的精密測距分系統及誤差同步監測共同模擬星間距離變化數據，設計天線視軸指向標校的運動軌跡，建立標校估計算法的狀態方程及觀測方程，最終完成精密測距分系統天線視軸指向、精密測距分系統天線相位方向圖的高精度標校。

技術領域

本發明涉及一種基于精密測距的天線視軸指向標校系統及方法，屬于星間微波測量技術領域。

背景技術

以低低跟蹤重力測量衛星的精密測距分系統及GNSS接收機為代表，天線是高精度無線電測量系統的主要組件，負責信號的發射、接收，天線相位中心是測量的基準點。為實現相心之間與質心之間距離信息的準確轉換，被測天線視軸指向的標校非常重要。

關于天線視軸指向的標校的現有系統及方法基本分為兩類：一類是基于微波暗室及轉動裝置，也稱為旋轉天線法，旋轉天線或移動信號源位置，利用最小二乘擬合方法實現天線相位方向圖的標定；所需要的測試設備主要包括定向微波發射天線、信號源、矢量網絡分析儀、微波暗室以及方向圖后處理計算軟件。一類是基于野外環境及短基線相對檢測裝置，對GNSS天線設定一個精確的已知參考點，將被測天線的相位變化結果與參考點進行對比，利用相對位置先驗信息擬合求得相位中心的偏差和變化量，且每次只能進行一個方向的偏差評估?？梢钥偨Y出如下幾個不足之處：1)將被測天線與所屬的精密測距分系統分離，未引入精密測距分系統高精度的測量結果，僅借助信號源、矢量網絡分析儀等外部測量設備單獨對進行天線離線標校。該方法通用性雖好，但是引入了額外的儀器噪聲、外界干擾等，標校精度有限。2)相位方向圖標定的過程中，采用不同階次的擬合方法，低階擬合無法保證精度，高階擬合易引起畸變誤差，使用的局限性較大；同時未考慮存在徑向運動情況的相位方向圖標定問題。3)關于天線視軸指向的在軌標校，雖然建立了非線性評估算法的理論模型、仿真生成相應的測量數據，但是未進行地面的等效標校，且未進行試驗驗證。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對目前現有技術中，現有精密測距分系統天線視軸指向高精度標校存在的容易出現畸變誤差、標校精度低的問題，提出了一種基于精密測距的天線視軸指向標校系統及方法。

本發明解決上述技術問題是通過如下技術方案予以實現的：

一種基于精密測距的天線視軸指向標校系統，包括微米級精密測距分系統、微米級微波信號源、微波暗室、激光跟蹤儀、指向運動模擬分系統、對準調節機構、超穩桁架、激光干涉儀、數據采集及處理分系統，其中：

微米級精密測距分系統：實時測量被測天線與寬波束波導管相位中心的距離；

微米級微波信號源：調整寬波束波導管視軸指向至滿足標校需求，并保持寬波束波導管靜止不動；

微波暗室：為被測天線的視軸指向地面標校提供微波暗室環境；

激光跟蹤儀：進行微波暗室標校場地內的標定，建立被測天線機械坐標系、寬波束波導管機械坐標系、指向運動模擬分系統坐標系，并獲取各分系統坐標系間的轉換數據及超穩桁架A、B兩端絕對距離；

指向運動模擬分系統：模擬微米級精密測距分系統中被測天線的在軌運行狀態，包括方位方向及俯仰方向的轉動、視軸方向的平動；

對準調節機構：將超穩桁架A端被測天線機械視軸與超穩桁架B端寬波束波導管機械視軸對準，將寬波束波導管固定于載物面上以保證寬波束波導管可于載物面平面內沿寬波束波導管機械坐標系的Y軸、Z軸移動，同時調節寬波束波導管水平方向、垂直方向位置，完成視軸對準；

超穩桁架：為微米級測距分系統、微米級微波信號源提供安裝載體；