一种空间分布式相位同步系统的制作方法

本发明属于卫星测量技术领域，涉及一种空间分布式相位同步系统。

背景技术：

虽然每颗卫星在结构上是相互独立的，没有物理连接，但多颗卫星经过编队后形成的分布式卫星系统可以等效为一个虚拟的超大卫星系统，所发挥的功能远超每颗卫星的简单相加。

分布式卫星系统具有很多优点，最典型的优点在于解决了超大卫星发射难题以及大型结构空间装配问题，因而在多站/多基地合成孔径雷达，分布式卫星太阳能电站等系统中具有极其重要的应用价值。但分布式卫星系统也带来了亟需解决的技术难题，多颗卫星需要协同工作，要求以无线方式实现远程相位同步，在各颗卫星上产生同频同相的相干微波源。现阶段多采用原子钟系统来解决这个问题，但原子钟系统造价昂贵，不适合大批量使用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种空间分布式相位同步系统，提供如下技术方案：

本发明公开了一种空间分布式相位同步系统。一种空间分布式相位同步系统由主单元1和多个从单元2构成，主单元1和从单元2分别位于每颗卫星上；主单元1产生频率为fr1的射频载波信号，经过相干变频器后得到频率为fr2的射频载波信号；主单元1向从单元2发射频率为fr1的射频载波信号，从单元2接收主单元1发射过来的频率为fr1的射频载波信号，经过相干变频器，第一可调移相器，第二可调移相器和调制器后得到载波频率为fr2的射频已调信号，转发给主单元1；主单元1比较其频率为fr2的射频载波信号和从单元2转发的载波频率为fr2的射频已调信号之间的载波相位差，将该相位差向从单元2发射，不断调节从单元2的第一可调移相器和第二可调移相器，使该相位差始终趋近于0；主单元1所产生的频率为fr2的射频载波信号与从单元2经过相干变频器和第一可调移相器后得到频率为fr2的射频载波信号同频同相。

本发明的有益效果在于：(1)本发明主单元与从单元发收信号频率不同，实现了发收信道隔离，减小了发收串扰；(2)本发明主从单元之间的相位差调节自动完成，该相位差不随分布式卫星间距离变化而变化；(3)本发明引入了信号调制功能，实现了多个从单元与主单元相位同步；(4)本发明主从单元无需通过同轴电缆或者光纤连接，既可用于空间分布式通信/雷达系统也可用于地面分布式通信/雷达系统。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的系统电路结构框图；

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明的电路结构框图。如图1所示，一种空间分布式相位同步系统由主单元1和多个从单元2构成，主单元1和从单元2分别位于每颗卫星上，主单元1的输出18和从单元2的输出211所输出的射频载波信号同频同相。

主单元1由射频本振源11、环形器12、第一天线13、相干变频器14、相位比较器15、无线发送模块16、第二天线17构成。

从单元2由第一天线21、环形器22、相干变频器23、第一可调移相器24、第二可调移相器25、调制器26、从单元标识信号源27、第二天线28、无线接收模块29、环路滤波器210构成。

射频本振源11产生频率为fr1的射频载波信号s11(t)为：

s11(t)＝cos(2πfr1t+φr1)(公式1)

使用相干变频器14产生频率为fr2的射频载波信号s14(t)为：

s14(t)＝cos(2πfr2t+φr2)(公式2)

定义变频比为：φr2＝k·φr1。相干变频器可为锁相变频器或者倍频器。

主单元1的射频载波信号s11(t)经过环形器12后，使用第一天线13向从单元2辐射，假设主单元1和从单元2之间的距离为di；则从单元2的第一天线21收到的信号s21(t)为

上式中c为电磁波传播速度。

从单元2的相干变频器23对接收的信号s21(t)进行相干变频后得到的信号s23(t)为：

假设第一可调移相器24和第二可调移相器25的相移量均为φai，第一可调移相器24的输出信号s24(t)为：

第二可调移相器25的输出信号s25(t)为：

从单元标识信号源27产生的标识信号s27(t)可为不同频率的低频正弦波信号，或者正交的伪随机码信号，用于区分标识不同的从单元2。

假设标识信号s27(t)为低频正弦波信号：

s27(t)＝cos(2πfit+φi)(公式7)

使用标识信号s27(t)对第二可调移相器25的输出信号s25(t)进行调制，得到射频已调信号s26(t)为：

此已调信号s26(t)经过环形器22送给第一天线21向主单元1辐射。

主单元1的第一天线13收到的从单元2转发过来的信号s13(t)为：

主单元1的相位比较器15比较s14(t)与s13(t)，得到射频载波信号的相位差φ12为：

将此相位差通过无线发射模块16送往第二天线17向从单元2辐射。从单元2的第二天线28接收此信号，通过无线接收模块29恢复出相位差φ12，通过环路滤波器210产生可调移相器的控制电压信号，不断调节第一可调移相器24和第二可调移相器25的相移量φai，使相位差φ12始终趋近于0。

主单元1的输出信号s18(t)为：

s18(t)＝s14(t)＝cos(2πfr2t+φr2)(公式11)

从单元2的输出信号s211(t)为：

二者之间的相位差为：

φ12趋近于0，也趋近于0。主单元1的输出信号s18(t)与从单元2的输出信号s211(t)同频同相，为相干微波源，实现了空间分布式单元之间的远程相位同步。

最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。