單福悅，傅 明，周 峰，趙瀟逸，劉 林

(中國(guó)人民解放軍63759部隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春130000)

0 引言

測(cè)控設(shè)備集中建設(shè)，解決了測(cè)控資源緊張[1]的問題，但對(duì)于設(shè)備間的相互影響研究較少，主要是針對(duì)星鎖異常[2]進(jìn)行研究。隨著新型設(shè)備不斷布設(shè)，其多星測(cè)控[3]能力已經(jīng)得到很好的體現(xiàn)，但其天線口徑[4]小，形成多波束時(shí)又降低了EIRP值，在跟蹤時(shí)，多顆衛(wèi)星的距離較近，很多衛(wèi)星基本在同一波束[5]內(nèi)，其他大型測(cè)控天線發(fā)射功率時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，導(dǎo)致測(cè)量支路鎖定異常[6]，不能準(zhǔn)確判斷衛(wèi)星工作狀態(tài)。研究解決多目標(biāo)跟蹤時(shí)測(cè)量支路鎖定異常，制定有效的目標(biāo)捕獲策略[7]對(duì)提高多目標(biāo)測(cè)控能力具有較大意義。本文結(jié)合多波束測(cè)控特點(diǎn)以及任務(wù)鏈路[8]特性，對(duì)測(cè)量支路鎖定異常進(jìn)行研究，制定出一套適用于多套設(shè)備集中情況下的測(cè)控方案[9]。

1 多波束測(cè)控系統(tǒng)測(cè)試和試驗(yàn)

為盡可能排除引起多波束測(cè)控系統(tǒng)測(cè)量支路鎖定異常的其他可能因素，進(jìn)一步確定設(shè)備的任務(wù)狀態(tài)和工作狀態(tài)，保證設(shè)備更好地執(zhí)行后續(xù)任務(wù)，對(duì)部分指標(biāo)[10]進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)可能會(huì)影響系統(tǒng)性能的因素進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1.1 波束指向精度測(cè)試

標(biāo)校塔變頻器[11]方式，設(shè)置發(fā)射、接收波束指向標(biāo)校塔，使用頻譜儀測(cè)量接收信號(hào)電平。記錄角度值、AGC電壓和信號(hào)電平，手動(dòng)調(diào)整發(fā)、收波束指向，使接收信號(hào)最強(qiáng)，記錄角度值、AGC電壓和接收信號(hào)電平。

如表1所示，多波束測(cè)控系統(tǒng)波束指向精度優(yōu)于0.1°。由于多波束測(cè)控系統(tǒng)等效天線口徑較小，波束寬度較大，因此，不存在因天線指向偏差導(dǎo)致的接收、發(fā)射能力下降問題。

表1 指向精度測(cè)試數(shù)據(jù)記錄

目標(biāo)方位角度/(°)俯仰角度/(°)AGC/V1330.7121.6544.22330.7111.6534.33330.7111.6534.3

1.2 三目標(biāo)EIRP一致性測(cè)試

標(biāo)校塔射頻閉環(huán)[12]?；鶐Ы?jīng)上變頻器輸出任務(wù)頻點(diǎn)載波信號(hào)f0至目標(biāo)1功放激勵(lì)，利用2個(gè)信號(hào)源分別產(chǎn)生f0+5 MHz，f0-5 MHz載波信號(hào)至目標(biāo)2和目標(biāo)3功放激勵(lì)，調(diào)整3路載波信號(hào)電平一致。同步設(shè)置3路激勵(lì)信號(hào)衰減器衰減量最大，使用頻譜儀測(cè)量并記錄3路接收信號(hào)電平。間隔2 dB同步減小3路激勵(lì)信號(hào)衰減器衰減量，測(cè)量并記錄3路接收信號(hào)電平變化。

三目標(biāo)EIRP一致性曲線如圖1所示，多波束測(cè)控系統(tǒng)在多目標(biāo)工作時(shí)，在功放激勵(lì)衰減為6 dB左右時(shí)，功放出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。繼續(xù)減小衰減器衰減量，各目標(biāo)輸出信號(hào)EIRP值基本不會(huì)增加，甚至可能減小；此外，由于各目標(biāo)衰減器的不一致性，導(dǎo)致副目標(biāo)2輸出EIRP值較其他2個(gè)目標(biāo)出現(xiàn)最大4 dB的差異，有必要對(duì)衰減器的一致性進(jìn)行標(biāo)定或?qū)λp器進(jìn)行更換。

圖1 三目標(biāo)EIRP一致性曲線

1.3 目標(biāo)EIRP性能變化測(cè)試

標(biāo)校塔變頻器射頻閉環(huán)?；鶐Ы?jīng)上變頻器輸出任務(wù)頻點(diǎn)載波信號(hào)f0至目標(biāo)1功放激勵(lì)，設(shè)置目標(biāo)1激勵(lì)信號(hào)衰減器衰減量為6 dB。利用2個(gè)信號(hào)源分別產(chǎn)生f0+5 MHz，f0-5 MHz載波信號(hào)至目標(biāo)2和目標(biāo)3功放激勵(lì)，調(diào)整目標(biāo)2、目標(biāo)3載波信號(hào)電平與目標(biāo)1一致。功放只接入目標(biāo)1信號(hào)，使用頻譜儀測(cè)量并記錄目標(biāo)1接收信號(hào)電平；功放再接入目標(biāo)2信號(hào)，用頻譜儀測(cè)量并記錄目標(biāo)1、目標(biāo)2接收信號(hào)電平；功放再接入目標(biāo)3信號(hào)，用頻譜儀測(cè)量并記錄目標(biāo)1、目標(biāo)2和目標(biāo)3接收信號(hào)電平；間隔2 dB先增加再減小目標(biāo)3激勵(lì)信號(hào)，記錄目標(biāo)1、目標(biāo)2和目標(biāo)3接收信號(hào)電平變化。

EIRP性能變化曲線如圖2所示，設(shè)置三目標(biāo)激勵(lì)輸入衰減量一致情況下，增加一個(gè)目標(biāo)輸入信號(hào)時(shí)，已存在輸入信號(hào)的目標(biāo)EIRP值沒有出現(xiàn)中斷或突跳，且下降幅度范圍為1.5～1.9 dB，屬正?，F(xiàn)象；另外三目標(biāo)全部發(fā)上行后，各目標(biāo)輸出EIRP基本一致。表明各目標(biāo)逐次發(fā)上行過程中，后發(fā)上行目標(biāo)對(duì)先發(fā)上行目標(biāo)沒有影響。

圖2 EIRP性能變化曲線

固定其中2目標(biāo)激勵(lì)衰減，調(diào)整另一目標(biāo)衰減量時(shí)[7]，由各目標(biāo)EIRP性能變化測(cè)試數(shù)據(jù)和曲線可以看出，各目標(biāo)衰減值設(shè)置在6 dB附近，若其中某一目標(biāo)輸出EIRP值偏弱或偏強(qiáng)時(shí)，可以通過微調(diào)該目標(biāo)激勵(lì)輸入衰減的方法調(diào)整該目標(biāo)的輸出EIRP值。所調(diào)目標(biāo)的EIRP近似線性明顯增加或減小，而其他2個(gè)目標(biāo)的輸出EIRP僅略微減小或增加。

2 跟蹤條件分析

2.1 鏈路電平分析

對(duì)系統(tǒng)鏈路進(jìn)行計(jì)算[13]，結(jié)果如表2所示。衛(wèi)星下行信號(hào)滿足多波束測(cè)控系統(tǒng)接收解調(diào)要求。但多波束測(cè)控系統(tǒng)上行信號(hào)電平不滿足星上捕獲門限要求：多波束測(cè)控系統(tǒng)工作在三目標(biāo)模式時(shí)，在遠(yuǎn)距離點(diǎn)，上行遙控支路和測(cè)量支路的信號(hào)電平分別較衛(wèi)星捕獲門限差4.54，10.56 dB；多波束測(cè)控系統(tǒng)工作在單目標(biāo)狀態(tài)時(shí)，在遠(yuǎn)距離點(diǎn)上行遙控支路信號(hào)電平滿足衛(wèi)星捕獲門限要求，但測(cè)量支路的電平較衛(wèi)星捕獲門限相差4.56 dB。

表2 多目標(biāo)任務(wù)鏈路估算結(jié)果

鏈路因素?cái)?shù)值徑向距離/km1 100衛(wèi)星遙控支路接收余量/dB6.46/12.46衛(wèi)星測(cè)量支路接收余量/dB0.44/6.44地面遙測(cè)支路接收余量/dB18.39地面測(cè)量支路接收余量/dB12.29

由于衛(wèi)星接收機(jī)門限和系統(tǒng)上行EIRP都有一定余量，衛(wèi)星能夠正常跟蹤解調(diào)多波束測(cè)控系統(tǒng)上行測(cè)量支路信號(hào)。

2.2 任務(wù)干擾分析

多目標(biāo)[9]測(cè)控共有5個(gè)，各目標(biāo)由前至后相對(duì)位置關(guān)系大致為：B星、上艙、A星、下艙和C星。地面測(cè)控資源分配為：多波束測(cè)控系統(tǒng)跟蹤A星、B星和C星；單波束測(cè)控系統(tǒng)a跟蹤上艙；單波束測(cè)控系統(tǒng)b跟蹤下艙。3星與上艙夾角關(guān)系如圖3所示。

圖3 多目標(biāo)夾角

可以看出，下艙與A星相對(duì)于角度主要在0.5°以下；同樣，上艙與A星相對(duì)角呈現(xiàn)出相同的規(guī)律。由于A星位于2個(gè)載荷艙之間，A星除接收到多波束測(cè)控系統(tǒng)目標(biāo)1的上行信號(hào)外，不可避免地會(huì)受到單波束測(cè)控系統(tǒng)a、單波束測(cè)控系統(tǒng)b及多波束測(cè)控系統(tǒng)目標(biāo)2和目標(biāo)3上行信號(hào)或大或小的干擾?？紤]到圖3中A星與下載荷艙相對(duì)角的變化情況及多波束測(cè)控系統(tǒng)目標(biāo)2和目標(biāo)3上行信號(hào)可能產(chǎn)生的干擾，A星接收測(cè)量支路干擾信號(hào)相對(duì)于有效信號(hào)的強(qiáng)度將在17.8 dB附近起伏，由于擴(kuò)頻碼其抗碼間干擾能力要小于20 dB，其結(jié)果表現(xiàn)為A星無(wú)法穩(wěn)定鎖定多目標(biāo)測(cè)控系統(tǒng)目標(biāo)1上行測(cè)量支路信號(hào)，進(jìn)而導(dǎo)致多目標(biāo)測(cè)控系統(tǒng)目標(biāo)1接收測(cè)量支路不能鎖定，完成距離捕獲。

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果和跟蹤條件分析[14]，多波束測(cè)控系統(tǒng)測(cè)量支路鎖定異常原因?yàn)槎嗖ㄊ吓摵拖屡摼嚯xA星較近，單波束測(cè)控系統(tǒng)分別跟蹤2個(gè)載荷艙，而2套系統(tǒng)的上行EIRP遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多波束測(cè)控系統(tǒng)上行測(cè)量信號(hào)EIRP，使其上行信號(hào)對(duì)多波束測(cè)控系統(tǒng)目標(biāo)1上行信號(hào)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致A星不能穩(wěn)定鎖定上行測(cè)量支路信號(hào)，進(jìn)而引起多波束測(cè)控系統(tǒng)目標(biāo)1測(cè)量支路不能正常鎖定，無(wú)法完成距離捕獲。

3 對(duì)策及跟蹤

3.1 對(duì)策

針對(duì)上述分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，解決多波束測(cè)控系統(tǒng)測(cè)量支路鎖定異常問題，對(duì)多波束測(cè)控系統(tǒng)在跟蹤時(shí)進(jìn)行配置設(shè)置、功率設(shè)置以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。

① 參試設(shè)備配置

多波束測(cè)控系統(tǒng)目標(biāo)1、目標(biāo)2和目標(biāo)3分別跟蹤A星、上艙和下艙；單波束測(cè)控系統(tǒng)分別跟蹤B星和C星。上述配置使得單波束測(cè)控系統(tǒng)距離多波束測(cè)控系統(tǒng)目標(biāo)1最遠(yuǎn)，對(duì)其干擾最小。

② 單波束測(cè)控系統(tǒng)上行功率設(shè)置

在確保單波束測(cè)控系統(tǒng)固態(tài)功放輸出功率[10]穩(wěn)定的條件下，盡可能降低輸出功率。上述設(shè)置使單波束測(cè)控系統(tǒng)在穩(wěn)定跟蹤B星和C星條件下，對(duì)多波束測(cè)控系統(tǒng)各目標(biāo)干擾最小。

③ 多波束測(cè)控系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)置

多波束測(cè)控系統(tǒng)功放激勵(lì)衰減設(shè)置：目標(biāo)1/4 dB；目標(biāo)2/10 dB；目標(biāo)3/10 dB。多波束測(cè)控系統(tǒng)遙控/測(cè)量功率比設(shè)置：目標(biāo)1/4∶1；目標(biāo)2/最小值；目標(biāo)3/最小值。上述設(shè)置使得多波束測(cè)控系統(tǒng)目標(biāo)1(A星)上行遙控支路EIRP最大，各目標(biāo)上行測(cè)量支路EIRP[15]基本均衡，而功放又基本工作在最佳工作點(diǎn)。

3.2 跟蹤驗(yàn)證

根據(jù)上述對(duì)策，對(duì)多目標(biāo)進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證，結(jié)果如表3所示。

表3 跟蹤結(jié)果

設(shè)備目標(biāo)數(shù)鎖定情況成功率/%多波束測(cè)控系統(tǒng)3正常100單波束測(cè)控系統(tǒng)a1正常100單波束測(cè)控系統(tǒng)b1正常100

由表3可以看出，多套設(shè)備同時(shí)跟蹤5個(gè)目標(biāo)時(shí)，采用上述對(duì)策，目標(biāo)捕獲成功率均為100%，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤[16]。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)多波束測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，研究分析任務(wù)鏈路，提出一種適用于多套設(shè)備集中情況下的測(cè)控方案。解決了多波束測(cè)控系統(tǒng)測(cè)量支路鎖定異常的問題，使測(cè)站多套設(shè)備可以完成多目標(biāo)測(cè)控任務(wù)成為可能。今后可對(duì)多套設(shè)備參數(shù)設(shè)置動(dòng)態(tài)分配方法做進(jìn)一步研究，提高測(cè)站設(shè)備的自適應(yīng)能力。