本發(fā)明涉及航天測試領(lǐng)域，具體涉及一種合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容的設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

合成孔徑雷達(sar)衛(wèi)星采用大功率脈沖工作方式，以上萬瓦瞬時功率向地面輻射，接收微瓦級的回波信號，壓縮并提取地面目標散射特性，因此合成孔徑雷達衛(wèi)星總體設(shè)計不僅需要考慮在大功率輻射信號環(huán)境中各系統(tǒng)的射頻兼容性，而且要求分析復(fù)雜環(huán)境中弱回波信號的可用性。目前在軌運行合成孔徑雷達衛(wèi)星的工作頻段包含c頻段、l頻段和x頻段，工作帶寬最高1ghz，隨著合成孔徑雷達(sar)衛(wèi)星對地遙感應(yīng)用需求的提高，將采用更高頻段、更大帶寬和脈寬的技術(shù)；同時為滿足多樣化星地傳輸與操控需求，衛(wèi)星集中了x頻段對地數(shù)傳鏈路、ka頻段對中繼數(shù)傳鏈路、s頻段測控鏈路(含對地、對天和對中繼)、l頻段導(dǎo)航接收鏈路等，大帶寬和多頻段的衛(wèi)星射頻系統(tǒng)，使得在頻譜密集、電磁環(huán)境復(fù)雜的有限空間內(nèi)，電子設(shè)備的工作極易受到來自各種途徑的干擾。尤其是采用x頻段的高分辨率合成孔徑雷達衛(wèi)星，寬帶雷達信號與對地數(shù)傳信號處于同一頻段，相互之間極易造成干擾。因此，衛(wèi)星射頻兼容性設(shè)計是合成孔徑雷達衛(wèi)星總體設(shè)計的一個技術(shù)難點。

目前合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容設(shè)計主要依靠頻段和帶寬隔離等手段，沒有形成系統(tǒng)性的方法，無法適應(yīng)同頻段多載荷衛(wèi)星射頻兼容的工程設(shè)計要求，并且無法系統(tǒng)性解決大帶寬、多頻段、高功率的合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容設(shè)計難題，因此現(xiàn)有技術(shù)的合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容的設(shè)計方法主要存在設(shè)計手段單一，缺少系統(tǒng)性方法，無法解決同頻段多載荷兼容的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容的設(shè)計方法，以解決了大帶寬、多頻段、高功率的合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容設(shè)計難題，保證了衛(wèi)星各路射頻鏈路在軌使用的有效性和可靠性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：一種合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：根據(jù)合成孔徑雷達衛(wèi)星的各射頻鏈路應(yīng)用需求，形成基于空間、時間與頻域的鏈路特征矩陣；

步驟二：根據(jù)射頻鏈路視場，通過非相干布局設(shè)計，將衛(wèi)星設(shè)計為對天面和對地面兩類空域；

步驟三：在同空域內(nèi)，利用鏈路應(yīng)用關(guān)聯(lián)網(wǎng)格設(shè)計方法，梳理衛(wèi)星射頻兼容性的設(shè)計對象；

步驟四：針對網(wǎng)格中工作時序的收發(fā)鏈路，進行工作頻段隔離設(shè)計；

步驟五：對于網(wǎng)格中同頻段工作的收發(fā)鏈路，進行工作帶寬與帶外抑制設(shè)計；

步驟六：對于網(wǎng)格中寬帶同頻段的收發(fā)鏈路，進行空間距離、波束指向與信號能量的兼容設(shè)計

步驟七：開展地面模擬射頻兼容驗證試驗，優(yōu)化鏈路空間設(shè)計，明確天線在軌使用范圍。

優(yōu)選地，所述步驟三中具體包括以下步驟：

步驟三十一：將xy坐標軸分別定義為發(fā)射軸和接收軸；

步驟三十二：將衛(wèi)星發(fā)射鏈路和接收鏈路分別定義為發(fā)射軸和接收軸的節(jié)點，其中在軌長期工作的鏈路內(nèi)側(cè)，短期工作的鏈路在坐標軸外側(cè)；

步驟三十三：以各個節(jié)點為起點，沿著坐標軸正向，繪制各鏈路的工作時間線，以衛(wèi)星入軌作為工作起始點；

步驟三十四：發(fā)射鏈路和接收鏈路工作時間線的相交點，為工作時序相關(guān)的衛(wèi)星射頻兼容性設(shè)計對象。

優(yōu)選地，所述步驟六包括以下步驟：

步驟六十一：根據(jù)發(fā)射鏈路視場范圍、輸出功率和接收鏈路門限值，設(shè)計鏈路間空間距離；

步驟六十二：若通過空間距離隔離無法實現(xiàn)兼容，則基于鏈路間不同的空間距離，設(shè)計鏈路間波束指向；

步驟六十三：若波束指向隔離設(shè)計影響鏈路應(yīng)用，則基于不同的波束指向范圍，設(shè)計鏈路間信號能量幅度；

步驟六十四：綜合空間距離、波束指向和能量幅度設(shè)計結(jié)果，結(jié)合工程可行性，明確收發(fā)鏈路的設(shè)計狀態(tài)。

由于采用了以上的技術(shù)方案，使得本發(fā)明的方法相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下的優(yōu)點和積極效果：本發(fā)明基于衛(wèi)星應(yīng)用的需求，提出了一種鏈路應(yīng)用關(guān)聯(lián)網(wǎng)格的設(shè)計方法，全面性直觀化地梳理出衛(wèi)星射頻兼容設(shè)計對象，采取多級層次化的設(shè)計理念，有序化地綜合空域布局設(shè)計、頻段和帶寬隔離、空間距離和波束指向控制、收發(fā)信號能量抑制等設(shè)計手段，不僅系統(tǒng)性解決射頻兼容性難度，而且可適應(yīng)不同鏈路使用環(huán)境的兼容性需求。開創(chuàng)了一個合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容性設(shè)計的新思路，解決了技術(shù)偏見?？蓮V泛應(yīng)用于后續(xù)合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容性設(shè)計。

附圖說明

圖1是本發(fā)明合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容的地面測試方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明中步驟三的實現(xiàn)流程圖；

圖3是本發(fā)明中步驟六的實現(xiàn)流程圖；

圖4是本發(fā)明中對天面和對地面射頻鏈路配置圖；

圖5、圖6是本發(fā)明中分別對天面和對地面的鏈路應(yīng)用關(guān)聯(lián)網(wǎng)格圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié)，而對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。

本發(fā)明的核心思想在于：采取多級層次化的設(shè)計理念，有序化地綜合空域布局設(shè)計、頻段和帶寬隔離、空間距離和波束指向控制、收發(fā)信號能量抑制等設(shè)計手段，系統(tǒng)性解決大帶寬、多頻段、高功率的合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容設(shè)計難題，保證了衛(wèi)星各路射頻鏈路在軌使用的有效性和可靠性。

以下結(jié)合附圖1，對本發(fā)明的方法做進一步詳細敘述：

s101(步驟一)：根據(jù)合成孔徑雷達衛(wèi)星的各射頻鏈路應(yīng)用需求，形成基于空間、時間與頻域的鏈路特征矩陣。

s102(步驟二)：根據(jù)射頻鏈路視場，通過非相干布局設(shè)計，將衛(wèi)星設(shè)計為對天面和對地面兩類空域。

s103(步驟三)：在同空域內(nèi)，利用鏈路應(yīng)用關(guān)聯(lián)網(wǎng)格設(shè)計方法，梳理衛(wèi)星射頻兼容性的設(shè)計對象。

s104(步驟四)：針對網(wǎng)格中工作時序相關(guān)的收發(fā)鏈路，進行工作頻段隔離設(shè)計。

s105(步驟五)：對于網(wǎng)格中同頻段工作的收發(fā)鏈路，進行工作帶寬與帶外抑制設(shè)計。

s106(步驟六)：對于網(wǎng)格中寬帶同頻段的收發(fā)鏈路，進行空間距離、波束指向與信號能量的兼容設(shè)計。

s107(步驟七)：開展地面模擬射頻兼容驗證試驗，優(yōu)化鏈路空間設(shè)計，明確天線在軌使用范圍。

請參考圖2，步驟s103中具體包括以下步驟：

s301：將xy坐標軸分別定義為發(fā)射軸和接收軸。

s302：將衛(wèi)星發(fā)射鏈路和接收鏈路分別定義為發(fā)射軸和接收軸的節(jié)點，其中在軌長期工作的鏈路內(nèi)側(cè)，短期工作的鏈路在坐標軸外側(cè)。

s303：以各個節(jié)點為起點，沿著坐標軸正向，繪制各鏈路的工作時間線，以衛(wèi)星入軌作為工作起始點。

s304：發(fā)射鏈路和接收鏈路工作時間線的相交點，為工作時序相關(guān)的衛(wèi)星射頻兼容性設(shè)計對象。

請參考圖3，步驟s601中具體包括以下步驟：

s601：根據(jù)發(fā)射鏈路視場范圍、輸出功率和接收鏈路門限值，設(shè)計鏈路間空間距離。

s602：若通過空間距離隔離無法實現(xiàn)兼容，則基于鏈路間不同的空間距離，設(shè)計鏈路間波束指向。

s603：若波束指向隔離設(shè)計影響鏈路應(yīng)用，則基于不同的波束指向范圍，設(shè)計鏈路間信號能量幅度；

s604：綜合空間距離、波束指向和能量幅度設(shè)計結(jié)果，結(jié)合工程可行性，明確收發(fā)鏈路的設(shè)計狀態(tài)。

對本發(fā)明的具體方式舉例進行說明。

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述：

本實例的合成孔徑雷達衛(wèi)星工作頻段為x頻段，集中了x頻段對地數(shù)傳發(fā)射鏈路，ka頻段對中繼數(shù)傳收發(fā)鏈路，s頻段對中繼測控發(fā)射鏈路a、b，s頻段對中繼測控接收鏈路a、b，s頻段對天測控收發(fā)鏈路a、b，s頻段對地測控收發(fā)鏈路a、b以及l(fā)頻段對天導(dǎo)航接收鏈路a、b，共計九路發(fā)射鏈路和十路接收鏈路。

步驟八十一，根據(jù)合成孔徑雷達衛(wèi)星的各射頻鏈路應(yīng)用需求，形成基于空間、時間與頻域的鏈路特征矩陣。

步驟八十二，根據(jù)射頻鏈路視場，通過非相干布局設(shè)計，將衛(wèi)星設(shè)計為對天面和對地面兩類空域。本實例中對天面配置了五路發(fā)射鏈路和七路接收鏈路，對地面配置了四路發(fā)射鏈路和三路接收鏈路，如圖4所示。

步驟八十三，利用鏈路應(yīng)用關(guān)聯(lián)網(wǎng)格設(shè)計方法，梳理衛(wèi)星射頻兼容性的設(shè)計對象。將xy坐標軸分別定義為發(fā)射軸和接收軸；將衛(wèi)星發(fā)射鏈路和接收鏈路分別定義為發(fā)射軸和接收軸的節(jié)點，其中在軌長期工作的鏈路內(nèi)側(cè)，短期工作的鏈路在坐標軸外側(cè)；以各個節(jié)點為起點，沿著坐標軸正向，繪制各鏈路的工作時間線，以衛(wèi)星入軌作為工作起始點；發(fā)射鏈路和接收鏈路工作時間線的相交點，為工作時序相關(guān)的衛(wèi)星射頻兼容性設(shè)計對象，鏈路應(yīng)用關(guān)聯(lián)網(wǎng)格如圖5、圖6所示，對天面共計35對相關(guān)鏈路，對地面共計十二對相關(guān)鏈路。

步驟八十四，針對網(wǎng)格中工作時序相關(guān)的收發(fā)鏈路，進行工作頻段隔離設(shè)計。本實例中，對天面包含l頻段、s頻段和ka頻段，通過頻段隔離可實現(xiàn)十八對鏈路相互兼容；對地面包含s頻段和x頻段，通過頻段隔離可實現(xiàn)六對鏈路相互兼容。

步驟八十五，對于網(wǎng)格中同頻段工作的收發(fā)鏈路，進行工作帶寬與帶外抑制設(shè)計。本實例中，根據(jù)鏈路特征矩陣，測控接收鏈路和發(fā)送鏈路通過工作帶寬實現(xiàn)相互隔離，同時根據(jù)接收系統(tǒng)門限值，帶外抑制要求為：x頻段低于-100dbm，l頻段低于-130dbm，ka頻段低于-90dbm，s頻段低于-120dbm，因此對天面可實現(xiàn)十七對鏈路相互兼容，對地面可實現(xiàn)五對鏈路相互兼容。

步驟八十六，對于網(wǎng)格中寬帶同頻段的收發(fā)鏈路，進行空間距離、波束指向與信號能量的兼容設(shè)計。

首先，根據(jù)發(fā)射鏈路視場范圍、輸出功率和接收鏈路門限值，設(shè)計鏈路間空間距離；本實例中，對地面中對地數(shù)傳發(fā)射鏈路和雷達接收鏈路屬于寬帶同頻段的收發(fā)鏈路，對地數(shù)傳視場范圍要求±65°，eirp≥26dbw,雷達接收機動態(tài)范圍為-95dbm～-25dbm，星本體上相互距離無法滿足要求，因此通過展開臂支撐方式增大相互之間的空間距離。

其次，基于鏈路間不同的空間距離，設(shè)計鏈路間波束指向。本實例中，選擇1.5m、2m、2.5m三種長度的展開臂，則對應(yīng)對地數(shù)傳發(fā)射鏈路的可用視場為-10°～65°、-15°～65°、-25°～65°。

然后，基于不同的波束指向范圍，設(shè)計鏈路間信號能量幅度。本實例中，隨著展開臂的伸長，對地數(shù)傳可用視場擴大，但仍無法滿足使用需求，因此需求抑制雷達天線在對地數(shù)傳頻帶內(nèi)信號能量幅度。

最后，綜合空間距離、波束指向和能量幅度設(shè)計結(jié)果，結(jié)合工程可行性，明確收發(fā)鏈路的設(shè)計狀態(tài)。本實例中，綜合各個設(shè)計結(jié)果，要求對地數(shù)傳鏈路帶外信號低于-100dbm，展開臂長度2.3m，可用視場為-45°～65°，雷達天線在對地數(shù)傳頻帶內(nèi)信號抑制30db。

通過上述設(shè)計，對天面和對地面的鏈路應(yīng)用關(guān)聯(lián)網(wǎng)格中各個設(shè)計對象均得到遍歷，設(shè)計完整全面。

步驟八十七，開展地面模擬射頻兼容驗證試驗，優(yōu)化鏈路空間設(shè)計，明確天線在軌使用范圍。

綜上所述，采用本發(fā)明的方法，開創(chuàng)了一個合成孔徑雷達衛(wèi)星射頻兼容性測試的新思路，解決了大帶寬、多頻段、多展開式的合成孔徑雷達衛(wèi)星鏈路射頻兼容性能無法地面測試的問題，該發(fā)明在航天器系統(tǒng)射頻兼容性測試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用將十分廣泛。本發(fā)明驗證了衛(wèi)星射頻兼容性設(shè)計有效性，提高了衛(wèi)星各天線在軌使用的可靠性。

本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。