合成孔径雷达卫星射频兼容的地面测试方法与流程

本发明涉及航天测试领域，具体涉及一种合成孔径雷达卫星射频兼容的设计方法。

背景技术：

合成孔径雷达(sar)卫星采用大功率脉冲工作方式，以上万瓦瞬时功率向地面辐射，接收微瓦级的回波信号，压缩并提取地面目标散射特性，因此合成孔径雷达卫星总体设计不仅需要考虑在大功率辐射信号环境中各系统的射频兼容性，而且要求分析复杂环境中弱回波信号的可用性。目前在轨运行合成孔径雷达卫星的工作频段包含c频段、l频段和x频段，工作带宽最高1ghz，随着合成孔径雷达(sar)卫星对地遥感应用需求的提高，将采用更高频段、更大带宽和脉宽的技术；同时为满足多样化星地传输与操控需求，卫星集中了x频段对地数传链路、ka频段对中继数传链路、s频段测控链路(含对地、对天和对中继)、l频段导航接收链路等，大带宽和多频段的卫星射频系统，使得在频谱密集、电磁环境复杂的有限空间内，电子设备的工作极易受到来自各种途径的干扰。尤其是采用x频段的高分辨率合成孔径雷达卫星，宽带雷达信号与对地数传信号处于同一频段，相互之间极易造成干扰。因此，卫星射频兼容性设计是合成孔径雷达卫星总体设计的一个技术难点。

目前合成孔径雷达卫星射频兼容设计主要依靠频段和带宽隔离等手段，没有形成系统性的方法，无法适应同频段多载荷卫星射频兼容的工程设计要求，并且无法系统性解决大带宽、多频段、高功率的合成孔径雷达卫星射频兼容设计难题，因此现有技术的合成孔径雷达卫星射频兼容的设计方法主要存在设计手段单一，缺少系统性方法，无法解决同频段多载荷兼容的技术问题。

技术实现要素：

针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种合成孔径雷达卫星射频兼容的设计方法，以解决了大带宽、多频段、高功率的合成孔径雷达卫星射频兼容设计难题，保证了卫星各路射频链路在轨使用的有效性和可靠性。

为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：一种合成孔径雷达卫星射频兼容的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据合成孔径雷达卫星的各射频链路应用需求，形成基于空间、时间与频域的链路特征矩阵；

步骤二：根据射频链路视场，通过非相干布局设计，将卫星设计为对天面和对地面两类空域；

步骤三：在同空域内，利用链路应用关联网格设计方法，梳理卫星射频兼容性的设计对象；

步骤四：针对网格中工作时序的收发链路，进行工作频段隔离设计；

步骤五：对于网格中同频段工作的收发链路，进行工作带宽与带外抑制设计；

步骤六：对于网格中宽带同频段的收发链路，进行空间距离、波束指向与信号能量的兼容设计

步骤七：开展地面模拟射频兼容验证试验，优化链路空间设计，明确天线在轨使用范围。

优选地，所述步骤三中具体包括以下步骤：

步骤三十一：将xy坐标轴分别定义为发射轴和接收轴；

步骤三十二：将卫星发射链路和接收链路分别定义为发射轴和接收轴的节点，其中在轨长期工作的链路内侧，短期工作的链路在坐标轴外侧；

步骤三十三：以各个节点为起点，沿着坐标轴正向，绘制各链路的工作时间线，以卫星入轨作为工作起始点；

步骤三十四：发射链路和接收链路工作时间线的相交点，为工作时序相关的卫星射频兼容性设计对象。

优选地，所述步骤六包括以下步骤：

步骤六十一：根据发射链路视场范围、输出功率和接收链路门限值，设计链路间空间距离；

步骤六十二：若通过空间距离隔离无法实现兼容，则基于链路间不同的空间距离，设计链路间波束指向；

步骤六十三：若波束指向隔离设计影响链路应用，则基于不同的波束指向范围，设计链路间信号能量幅度；

步骤六十四：综合空间距离、波束指向和能量幅度设计结果，结合工程可行性，明确收发链路的设计状态。

由于采用了以上的技术方案，使得本发明的方法相比于现有技术具有以下的优点和积极效果：本发明基于卫星应用的需求，提出了一种链路应用关联网格的设计方法，全面性直观化地梳理出卫星射频兼容设计对象，采取多级层次化的设计理念，有序化地综合空域布局设计、频段和带宽隔离、空间距离和波束指向控制、收发信号能量抑制等设计手段，不仅系统性解决射频兼容性难度，而且可适应不同链路使用环境的兼容性需求。开创了一个合成孔径雷达卫星射频兼容性设计的新思路，解决了技术偏见。可广泛应用于后续合成孔径雷达卫星射频兼容性设计。

附图说明

图1是本发明合成孔径雷达卫星射频兼容的地面测试方法的流程图；

图2是本发明中步骤三的实现流程图；

图3是本发明中步骤六的实现流程图；

图4是本发明中对天面和对地面射频链路配置图；

图5、图6是本发明中分别对天面和对地面的链路应用关联网格图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

本发明的核心思想在于：采取多级层次化的设计理念，有序化地综合空域布局设计、频段和带宽隔离、空间距离和波束指向控制、收发信号能量抑制等设计手段，系统性解决大带宽、多频段、高功率的合成孔径雷达卫星射频兼容设计难题，保证了卫星各路射频链路在轨使用的有效性和可靠性。

以下结合附图1，对本发明的方法做进一步详细叙述：

s101(步骤一)：根据合成孔径雷达卫星的各射频链路应用需求，形成基于空间、时间与频域的链路特征矩阵。

s102(步骤二)：根据射频链路视场，通过非相干布局设计，将卫星设计为对天面和对地面两类空域。

s103(步骤三)：在同空域内，利用链路应用关联网格设计方法，梳理卫星射频兼容性的设计对象。

s104(步骤四)：针对网格中工作时序相关的收发链路，进行工作频段隔离设计。

s105(步骤五)：对于网格中同频段工作的收发链路，进行工作带宽与带外抑制设计。

s106(步骤六)：对于网格中宽带同频段的收发链路，进行空间距离、波束指向与信号能量的兼容设计。

s107(步骤七)：开展地面模拟射频兼容验证试验，优化链路空间设计，明确天线在轨使用范围。

请参考图2，步骤s103中具体包括以下步骤：

s301：将xy坐标轴分别定义为发射轴和接收轴。

s302：将卫星发射链路和接收链路分别定义为发射轴和接收轴的节点，其中在轨长期工作的链路内侧，短期工作的链路在坐标轴外侧。

s303：以各个节点为起点，沿着坐标轴正向，绘制各链路的工作时间线，以卫星入轨作为工作起始点。

s304：发射链路和接收链路工作时间线的相交点，为工作时序相关的卫星射频兼容性设计对象。

请参考图3，步骤s601中具体包括以下步骤：

s601：根据发射链路视场范围、输出功率和接收链路门限值，设计链路间空间距离。

s602：若通过空间距离隔离无法实现兼容，则基于链路间不同的空间距离，设计链路间波束指向。

s603：若波束指向隔离设计影响链路应用，则基于不同的波束指向范围，设计链路间信号能量幅度；

s604：综合空间距离、波束指向和能量幅度设计结果，结合工程可行性，明确收发链路的设计状态。

对本发明的具体方式举例进行说明。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本实例的合成孔径雷达卫星工作频段为x频段，集中了x频段对地数传发射链路，ka频段对中继数传收发链路，s频段对中继测控发射链路a、b，s频段对中继测控接收链路a、b，s频段对天测控收发链路a、b，s频段对地测控收发链路a、b以及l频段对天导航接收链路a、b，共计九路发射链路和十路接收链路。

步骤八十一，根据合成孔径雷达卫星的各射频链路应用需求，形成基于空间、时间与频域的链路特征矩阵。

步骤八十二，根据射频链路视场，通过非相干布局设计，将卫星设计为对天面和对地面两类空域。本实例中对天面配置了五路发射链路和七路接收链路，对地面配置了四路发射链路和三路接收链路，如图4所示。

步骤八十三，利用链路应用关联网格设计方法，梳理卫星射频兼容性的设计对象。将xy坐标轴分别定义为发射轴和接收轴；将卫星发射链路和接收链路分别定义为发射轴和接收轴的节点，其中在轨长期工作的链路内侧，短期工作的链路在坐标轴外侧；以各个节点为起点，沿着坐标轴正向，绘制各链路的工作时间线，以卫星入轨作为工作起始点；发射链路和接收链路工作时间线的相交点，为工作时序相关的卫星射频兼容性设计对象，链路应用关联网格如图5、图6所示，对天面共计35对相关链路，对地面共计十二对相关链路。

步骤八十四，针对网格中工作时序相关的收发链路，进行工作频段隔离设计。本实例中，对天面包含l频段、s频段和ka频段，通过频段隔离可实现十八对链路相互兼容；对地面包含s频段和x频段，通过频段隔离可实现六对链路相互兼容。

步骤八十五，对于网格中同频段工作的收发链路，进行工作带宽与带外抑制设计。本实例中，根据链路特征矩阵，测控接收链路和发送链路通过工作带宽实现相互隔离，同时根据接收系统门限值，带外抑制要求为：x频段低于-100dbm，l频段低于-130dbm，ka频段低于-90dbm，s频段低于-120dbm，因此对天面可实现十七对链路相互兼容，对地面可实现五对链路相互兼容。

步骤八十六，对于网格中宽带同频段的收发链路，进行空间距离、波束指向与信号能量的兼容设计。

首先，根据发射链路视场范围、输出功率和接收链路门限值，设计链路间空间距离；本实例中，对地面中对地数传发射链路和雷达接收链路属于宽带同频段的收发链路，对地数传视场范围要求±65°，eirp≥26dbw,雷达接收机动态范围为-95dbm～-25dbm，星本体上相互距离无法满足要求，因此通过展开臂支撑方式增大相互之间的空间距离。

其次，基于链路间不同的空间距离，设计链路间波束指向。本实例中，选择1.5m、2m、2.5m三种长度的展开臂，则对应对地数传发射链路的可用视场为-10°～65°、-15°～65°、-25°～65°。

然后，基于不同的波束指向范围，设计链路间信号能量幅度。本实例中，随着展开臂的伸长，对地数传可用视场扩大，但仍无法满足使用需求，因此需求抑制雷达天线在对地数传频带内信号能量幅度。

最后，综合空间距离、波束指向和能量幅度设计结果，结合工程可行性，明确收发链路的设计状态。本实例中，综合各个设计结果，要求对地数传链路带外信号低于-100dbm，展开臂长度2.3m，可用视场为-45°～65°，雷达天线在对地数传频带内信号抑制30db。

通过上述设计，对天面和对地面的链路应用关联网格中各个设计对象均得到遍历，设计完整全面。

步骤八十七，开展地面模拟射频兼容验证试验，优化链路空间设计，明确天线在轨使用范围。

综上所述，采用本发明的方法，开创了一个合成孔径雷达卫星射频兼容性测试的新思路，解决了大带宽、多频段、多展开式的合成孔径雷达卫星链路射频兼容性能无法地面测试的问题，该发明在航天器系统射频兼容性测试领域内应用将十分广泛。本发明验证了卫星射频兼容性设计有效性，提高了卫星各天线在轨使用的可靠性。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。