），从而形成三轴天线座架。图3是方位-俯仰型天线和三轴天线的跟踪 盲区对比图。对于方位-俯仰型天线而言，如图3中的左部所示，射线AC和AD之间的区域 构成该天线的跟踪盲区，射线AB和AC之间的区域构成该天线的安全跟踪区域，过顶时（T 点）卫星处于跟踪盲区内。由于增加了第三轴而使天线倾斜了S角度之故，对于三轴天线 而言，如图3中的右部所示，天线的安全跟踪区域变为射线AB'和AC'之间的区域，这样就 使过顶时的卫星移出跟踪盲区，此时天线的最大俯仰角变为9〇-8。
[0035] 具有三轴天线座架的天线在跟踪卫星时，第三轴在置位后便不再变动，只需调节 天线的方位角和俯仰角来跟踪卫星。
[0036] 为了测试低轨卫星Ka频段数据接收系统的跟踪卫星的能力，本发明利用静止的 标校塔和转动的第三轴来模拟卫星与天线的相对运动，从而克服单纯使用静态目标跟踪法 不能测试卫星数据接收系统对低轨卫星等动态目标的跟踪性能的缺点，同时也避免使用飞 机校飞法等成本高、不方便的方法。根据三轴座架的特点，当天线在方位和俯仰上处于自 动跟踪标校塔信标的状态时，如果匀速、匀加速或匀减速转动第三轴，则方位轴也将匀速、 匀加速或匀减速反向转动，从而确保天线对标校塔信标的自动跟踪状态。由于在低轨卫星 的实际跟踪过程中，天线所需的最大角速度、最大角加速度均出现在方位轴上，而在卫星过 顶前后对天线的俯仰角速度及角加速度要求不高，因此可采用保持天线在方位和俯仰上对 标校塔信标进行跟踪同时转动第三轴的方法来模拟目标的运动，从而测试验证低轨卫星Ka 频段接收系统的过顶跟踪能力。换言之，第三轴的转动可以模拟卫星通过过顶点时的运动。 因此，如果通过测试可以证明第三轴转动的天线能够跟踪标校塔上的信标，那么，就可以证 明该天线可以跟踪正在过顶时的卫星。由于卫星通过天线过顶点时天线的跟踪难度最大， 因此，也就可以证明该天线可以无盲区地跟踪卫星。
[0037] 图4为流程图，示出了本发明的一个实施例所述的低轨卫星Ka频段数据接收系统 跟踪性能的测试方法。如图4所示，本发明的方法包括如下步骤：
[0038] 首先，在步骤S1中，将低轨卫星Ka频段数据接收系统中的三轴天线对准标校塔中 的Ka频段信标，并对该信标进行自动跟踪。这里，三轴天线优选为方位-俯仰-第三轴型 三轴天线。在该步骤中，先将三轴天线的第三轴置位，然后可以手动调节三轴天线的方位角 和俯仰角，使三轴天线对准标校塔中的Ka频段信标。具体说，当天线接收到的信标信号为 最大时，就认为天线的波束中心已对准标校塔上的信标。
[0039] 当三轴天线对准所述信标后，将低轨卫星Ka频段数据接收系统设置为自动跟踪 状态，使三轴天线对所述信标进行自动跟踪。此时，由于标校塔上的信标是静止的，因此，天 线馈源的差路通道所产生的差路信号为零，跟踪接收机在方位和俯仰上也都没有误差电压 产生，天线将静态地对准信标。
[0040] 之后，在步骤S2中，使所述三轴天线的第三轴按照预定的角加速度进行匀加速或 匀减速转动。图5是示意图，示出了三轴天线的第三轴。如图5所示，三轴天线第三轴是一 个台面倾斜的转台，该转台台面的倾斜角度为S可以设计为5°到7°。在本发明中可 以取S为7°，这样，天线的最大俯仰角为90° -7° =83°。另外，第三轴可以绕垂直于 转台底面的轴转动，转动角的范围可以在±180°之间，如图5中的双向曲线箭头所示。 [0041] 第三轴转动的角加速度应该大于等于三轴天线跟踪低轨卫星时所需要的最大方 位角加速度，这样，才能模拟对低轨卫星的跟踪。另外，在对低轨卫星的实际跟踪过程中，天 线所需的最大角速度、最大角加速度均出现在方位轴上，卫星过顶前后对天线的俯仰角速 度及俯仰角加速度要求不高，因此，将最大方位角加速度赋予第三轴就可以足够好地模拟 卫星过顶时的情况。而在第三轴的转动过程中天线在俯仰上也有一定的角速度及角加速度 变化，因此，转动第三轴也能验证天线在俯仰上的跟踪能力。
[0042] 在一个实施例中，所述预定的角加速度根据下述公式计算：
[0043]
[0044]
[0045] 其中，&max为最大方位角加速度，单位为rad/s2; 4^为最大方位角速度，单位为 rad/s;h为卫星轨道高度，单位为km;ii为地心引力常数，取为3. 986005X1014m3/s2) ;;^为 地球半径，可以取为6378. 14km; 为最大俯仰角。优选地，所述最大俯仰角只na、 1可以取 为 83。。
[0046] 上述角加速度的计算公式来自低轨（太阳同步轨道）卫星相对于地面接收系统的 动态性能的计算公式。利用上述公式，设天线最大跟踪仰角为83°，可以计算出不同轨道高 度的卫星过顶时，天线跟踪卫星所需的最大角速度及最大角加速度。表1示出了计算结果。 在表1中也列出了最大俯仰角加速度的计算结果作为对比。最大俯仰角加速度的计算公式 如下：
[0047]
[0048] 由表1可见，对俯仰角加速度的要求不高。
[0049] 表 1
[0050]
[0051] 在第三轴转动的过程中，由于系统处于自动跟踪状态，因此，跟踪接收机会连续地 将角度误差信号送至天线控制单元，天线控制单元据此发出位置指令，控制天线改变方位 角和俯仰角，以便使天线始终指向信标。
[0052] 接着，在步骤S3中，根据自动跟踪所述信标的过程中测量到的方位角误差值来判 断所述系统能否完整接收低轨卫星传输的Ka频段数据，如果测量到的方位角误差值始终 小于等于预定阈值，则判断为该系统能完整接收低轨卫星传输的Ka频段数据，如果测量到 的方位角误差值有大于该预定阈值的时候，则判断为该系统不能完整接收低轨卫星传输的 Ka频段数据。
[0053] 具体说，所述预定阈值可以为Ka频段半功率波束宽度的1/10。例如，如果半功率 波束宽度为0.065°，那么，所述预定阈值即可以设为0.0065°。
[0054] 所述方位角误差值可以根据该系统中的跟踪接收机所测量到的误差电压和预先 标定的定向灵敏度来计算。
[0055] 如果判断出系统的跟踪性能不完全满足跟踪卫星要求，那么，应该对系统的各个 方面进行检查，改进系统的动态性能。改进后的系统可以再使用本发明的方法进行测试，直 到系统通过本发明的测试，成为可以跟踪低轨卫星并接收Ka频段卫星数据的接收系统。
[0056] 由上面的描述和实践可知，本发明利用了三轴天线的特点，在转动第三轴的同时 调节天线的方位和俯仰使天线对标校塔上的Ka频段的信标进行自动跟踪，从而可以动态 地模拟出天线跟踪Ka频段低轨卫星的情况、并测试出卫星数据接收系统的动态跟踪能力。 本发明的方案避免使用飞机校飞等成本高、方便性差的方法，避免了目标模拟器法中产生 模拟角误差信号的技术难点，也解决了静态目标跟踪法不能测试验证低轨卫星数据接收系 统对动态目标的跟踪能力的问题，因此，本发明的方法对低轨卫星Ka频段数据接收系统的 研宄非常有益。
[0057] 本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的低轨卫星Ka频段数据接收 系统跟踪性能的测试方法，还可以在不脱离本
【发明内容】
的基础上做出各种改进和组合。因 此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
【主权项】
1. 一种低轨卫星Ka频段数据接收系统跟踪性能的测试方法，包括如下步骤： 1) 将低轨卫星Ka频段数据接收系统中的三轴天线对准标校塔中的Ka频段信标并对该 信标进行自动跟踪； 2) 使所述三轴天线的第三轴按照预定的角加速度进行匀加速或匀减速转动； 3) 根据自动跟踪所述信标的过程中测量到的方位角误差值来判断所述系统的跟踪性 能是否满足跟踪卫星的要求，如果测量到的方位角误差值始终小于等于预定阈值，则判断 为该系统的跟踪性能满足跟踪卫星的要求，如果测量到的方位角误差值有大于该预定阈值 的时候，则判断为该系统的跟踪性能不完全满足跟踪卫星的要求。2. 如权利要求1所述的低轨卫星Ka频段数据接收系统跟踪性能的测试方法，其中，所 述预定的角加速度大于等于该系统的三轴天线跟踪低轨卫星时所需要的最大方位角加速 度。3. 如权利要求1所述的低轨卫星Ka频段数据接收系统跟踪性能的测试方法，其中，所 述预定的角加速度根据下述公式计算：其中，^Lx为最大方位:角加速度；Iax为最大方位角速度；h为:EMfiii高度；μ为； 心引力常数，取为3.986005父10141113/82;1^为地球半径 ；^为最大俯仰角。4. 如权利要求1所述的低轨卫星Ka频段数据接收系统跟踪性能的测试方法，其中，所 述预定阈值为Ka频段半功率波束宽度的1/10。5. 如权利要求1所述的低轨卫星Ka频段数据接收系统跟踪性能的测试方法，其中，所 述方位角误差值根据该系统中的跟踪接收机所测量到的误差电压和预先标定的定向灵敏 度来计算。
【专利摘要】本发明提供一种低轨卫星Ka频段数据接收系统跟踪性能的测试方法，其包括：1)将三轴天线对准标校塔中的Ka频段信标并对其进行自动跟踪；2)使三轴天线的第三轴按照预定的角加速度进行匀加速或匀减速转动；3)根据自动跟踪所述信标的过程中测量到的方位角误差值来判断所述系统的跟踪性能是否满足跟踪卫星的要求，如果方位角误差值始终小于等于预定阈值，则判断为该系统的跟踪性能满足跟踪卫星的要求。本发明利用了三轴天线的特点，在转动第三轴的同时，使天线对信标自动跟踪，从而可以动态地模拟出天线跟踪Ka频段低轨卫星的情况、并测试出卫星数据接收系统的动态跟踪能力。
【IPC分类】H04B17/29
【公开号】CN104980236
【申请号】CN201510249291
【发明人】李凡, 王万玉, 张宝全, 张洪群, 李安, 冯旭祥, 王强
【申请人】中国科学院遥感与数字地球研究所
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月15日