衛(wèi)星跟蹤通信技術(shù)論文

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一、衛(wèi)星的跟蹤技術(shù)

跟蹤系統(tǒng)由基本形式均由天線、饋源、接收設(shè)備（或計(jì)算機(jī)）、伺服控制單元等組成。按照天線跟蹤目標(biāo)的方式分類有：①手動(dòng)跟蹤②程序跟蹤③自動(dòng)跟蹤

1、手動(dòng)跟蹤

手動(dòng)跟蹤是指根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或預(yù)知的目標(biāo)位置數(shù)據(jù)（如衛(wèi)星軌道位置）隨時(shí)間變化的規(guī)律，用人工按時(shí)調(diào)整天線的指向，或者是根據(jù)收到信號(hào)的大小用人工方式操縱跟蹤系統(tǒng)，使其接收最強(qiáng)的信號(hào)(用頻譜儀或接收機(jī)監(jiān)視)。手動(dòng)跟蹤可以每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次。手動(dòng)跟蹤系統(tǒng)由天線、頻譜儀（或接收機(jī)）、伺服控制器等組成。手動(dòng)跟蹤設(shè)備最為簡(jiǎn)單，可應(yīng)用于地面站小口徑天線對(duì)同步衛(wèi)星的跟蹤等指向精度和實(shí)時(shí)性要求較低的場(chǎng)合。

2、程序跟蹤

將衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)和天線平臺(tái)地理坐標(biāo)和姿態(tài)數(shù)據(jù)一并輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、運(yùn)算、比較，得出衛(wèi)星軌道和天線實(shí)際角度在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)的角度差值，然后將此值送入伺服控制器，驅(qū)動(dòng)天線，消除誤差角。不斷地比較、驅(qū)動(dòng)，使天線一直指向衛(wèi)星。程序跟蹤可以應(yīng)用在地面或車載小口徑天線對(duì)衛(wèi)星的跟蹤。由于地球的密度不均勻和其他干擾的影響，星歷數(shù)據(jù)會(huì)隨著時(shí)間有小的變化，一般很難計(jì)算出長(zhǎng)時(shí)間的精確軌道數(shù)據(jù)。從而進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤會(huì)有積累的誤差。

3、自動(dòng)跟蹤

自動(dòng)跟蹤是指根據(jù)地球站天線接收到衛(wèi)星所發(fā)的信標(biāo)信號(hào)，通過(guò)變頻、放大輸入跟蹤接收機(jī)，檢測(cè)出俯仰和方位誤差信號(hào)，根據(jù)誤差信號(hào)大小和方向由伺服控制器驅(qū)動(dòng)天線轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，使天線自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。這種跟蹤方式?jīng)]有誤差積累，可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)跟蹤。由于衛(wèi)星位置受影響的因素太多，無(wú)法長(zhǎng)期預(yù)測(cè)衛(wèi)星軌道，故目前大、中型地球站主要采用自動(dòng)跟蹤為主，手動(dòng)跟蹤和程序跟蹤為輔的方式。按照自動(dòng)跟蹤原理和設(shè)備組成，自動(dòng)跟蹤可以具體分為三種體制：步進(jìn)跟蹤、圓錐掃描跟蹤和單脈沖跟蹤。

3、1步進(jìn)跟蹤

步進(jìn)跟蹤是指天線指向以一定的步進(jìn)向接收電平增大的方向進(jìn)行不斷調(diào)整。步進(jìn)跟蹤是開(kāi)環(huán)方式，跟蹤精度較低，跟蹤速度較慢。步進(jìn)跟蹤適用于要求跟蹤速度較低的系統(tǒng)中，如漂移速度較慢的同步衛(wèi)星的跟蹤。其優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單。

3、2圓錐掃描跟蹤

圓錐掃描跟蹤是把饋源繞天線對(duì)稱軸作圓周運(yùn)動(dòng)，或把副面傾斜旋轉(zhuǎn)。這樣天線波束呈圓錐狀旋轉(zhuǎn)，當(dāng)天線軸對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)，地球站接收到的信標(biāo)電平是一恒定值；當(dāng)天線軸偏離衛(wèi)星時(shí)，接收電平將有一個(gè)低頻幅度調(diào)制。根據(jù)調(diào)制信號(hào)的幅度和相位檢測(cè)出天線波束的指向誤差。這種工作方式的優(yōu)點(diǎn)也是設(shè)備較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是饋源永遠(yuǎn)偏離拋物面的焦點(diǎn)，使天線增益下降。同時(shí)需要饋源持續(xù)的圓周機(jī)械運(yùn)動(dòng)，可靠性較差。跟蹤時(shí)要得到一系列回波脈沖后，才能得到角誤差信號(hào)，實(shí)時(shí)性稍差。

3、3單脈沖跟蹤

單脈沖跟蹤方式由天線饋源輸出和信號(hào)與差信號(hào)，和、差射頻信號(hào)經(jīng)射頻前端變換處理后送至跟蹤接收機(jī)，并由跟蹤接收機(jī)輸出兩路與天線電軸偏離衛(wèi)星角度成正比的方位誤差信號(hào)與俯仰誤差信號(hào)到伺服控制單元，控制天線運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)衛(wèi)星的實(shí)時(shí)跟蹤。單脈沖跟蹤能從每個(gè)接收脈沖中得到完整的角誤差信息，這種跟蹤方式是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)性好，跟蹤精度高的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)通道數(shù)量的不同有單通道、雙通道、三通道等三種不同的實(shí)現(xiàn)方式。三通道方式中天線接收到的信號(hào)，經(jīng)過(guò)和、差網(wǎng)絡(luò)處理后，產(chǎn)生和信號(hào)、方位差信號(hào)與俯仰差信號(hào)。通過(guò)三個(gè)通道傳送到跟蹤接收機(jī)進(jìn)行跟蹤處理。雙通道方式是方位差信號(hào)與俯仰差信號(hào)正交相加后合成一個(gè)差信道，或者是采用高次模方式產(chǎn)生差信號(hào)，與和信道一起構(gòu)成雙信道。單通道方式是在雙通道的基礎(chǔ)上對(duì)差信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的差信號(hào)與和信號(hào)合路形成一個(gè)通道。

二、各種方式的比較與應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，它構(gòu)成由航天控制中心、測(cè)控站和專用通信網(wǎng)為主要內(nèi)容的．對(duì)在軌航天器進(jìn)行跟蹤、測(cè)量、控制的綜合專用技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，包括跟蹤、遙測(cè)、遙控、實(shí)時(shí)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控顯示和通信系統(tǒng)等。其功能是：對(duì)航天器進(jìn)行跟蹤測(cè)量，獲取其運(yùn)動(dòng)參數(shù)和內(nèi)部的各種物理、工程、宇航員生理以及偵察參數(shù)，監(jiān)視其飛行和內(nèi)部工作狀態(tài)，為指揮、控制提供信息；對(duì)導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭實(shí)施控制，確保試驗(yàn)安全：對(duì)衛(wèi)星實(shí)施控制，支持其正常運(yùn)行；通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理、分析，為評(píng)價(jià)航天器的技術(shù)性能和改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1、衛(wèi)星地球站同步衛(wèi)星的跟蹤

在理想的條件下同步衛(wèi)星的相當(dāng)于地面的位置是固定的。但由于攝動(dòng)的原因，衛(wèi)星軌道存在漂移。為了能實(shí)時(shí)跟蹤衛(wèi)星的漂移，衛(wèi)星地球站必須要使用跟蹤系統(tǒng)。根據(jù)安裝位置不同，地球站分為固定站、車載站、船載站和機(jī)載站，可以使用單脈沖（或圓錐掃描）跟蹤和程序跟蹤或同時(shí)使用。

2、低軌衛(wèi)星及移動(dòng)目標(biāo)的跟蹤

對(duì)于低軌衛(wèi)星，由于衛(wèi)星相對(duì)于地面處于不斷運(yùn)動(dòng)中，對(duì)跟蹤實(shí)時(shí)性要求較高，通常使用單脈沖跟蹤和程序跟蹤或同時(shí)使用。對(duì)于移動(dòng)目標(biāo)如飛機(jī)、飛艇、氣球、GPS等載體的通信，一般可以使用單脈沖跟蹤方式。衛(wèi)星的跟蹤系統(tǒng)主要任務(wù)就是保證衛(wèi)星的能信系統(tǒng)的天線指向設(shè)備能夠穩(wěn)定且可靠的對(duì)準(zhǔn)通信目標(biāo)，使通信系統(tǒng)能夠保持正常的工作態(tài)?，F(xiàn)在隨著我們的衛(wèi)星通信事業(yè)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)迅速的提升，在我國(guó)的各省、市都相繼建立了衛(wèi)星通信地球站，與此同時(shí)衛(wèi)星通信接收站也得到了極速發(fā)展。而在各種系統(tǒng)中，為了使天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星以達(dá)到最大信號(hào)接收，跟蹤系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星發(fā)射以后，各衛(wèi)星系統(tǒng)獲取的信息可實(shí)時(shí)匯集到同一中心并使衛(wèi)星工作效率、工作范圍及信息的時(shí)效性太大提高。