專利名稱：一種星座通信模式下標(biāo)定天線增益和時延的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種星座通信模式下標(biāo)定天線增益和時延的方法，屬于編隊飛行器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
飛行編隊星座模式是一種新型的空間組網(wǎng)模式，采用星間鏈路來進行衛(wèi)星間的通信，不僅有利于提高星座運作性能、擴大星座探測覆蓋空域范圍，而且還有利 縮小地面支持系統(tǒng)的規(guī)模，大大簡化了地面系統(tǒng)的測控以及數(shù)傳管理。現(xiàn)有的星座通信模式，正在研制的比較多，而成功在軌飛行的經(jīng)驗較少。因此，對于空間無線星座組網(wǎng)模式，我們需要在地面進行無線狀態(tài)下的充分驗證，而驗證無線下的狀態(tài)，就需要對天線的參數(shù)進行標(biāo)定。在空間通信系統(tǒng)中，天線用作發(fā)射電磁波和接收電磁波信號，發(fā)射時，發(fā)射機的輸出功率通過天線對空間輻射；接收時，將空間的電磁波能量通過天線轉(zhuǎn)換成射頻能量傳送給接收機，對于空間系統(tǒng)而言，而接收機的靈敏度是一個重要的指標(biāo)參數(shù)，這里發(fā)射機的信號能量已知，空間輻射也可計算，因此天線增益的準(zhǔn)確性是保證接收機靈敏度的前提。在星座測量系統(tǒng)中，是通過測量時延來進行測距的，因此系統(tǒng)時延零值是保證測距是否正確的前提，而天線的時延是系統(tǒng)的重要組成部分，因此天線時延的標(biāo)定準(zhǔn)確度也是非常重要的，天線的時延的準(zhǔn)備度直接影響系統(tǒng)測距精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種星座通信模式下標(biāo)定天線增益和時延的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種星座通信模式下標(biāo)定天線增益和時延的方法，依托于第一衛(wèi)星、第二衛(wèi)星、地面天線和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀實現(xiàn)，步驟如下(I)將地面上兩個相同天線的相位中心對齊，兩天線的相位中心之間的距離為
do ;(2)將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩端和兩個地面天線的射頻口進行閉環(huán)連接，可以通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到該閉環(huán)鏈路的總增益Ga和總時延Ta ；(3)通過公式Gf0 = 92. 45+201gd0+201g f0和Tf0 = d0/c計算自由空間的傳輸損耗Gftl和自由空間的電磁波傳播時延Tftl, f0為電磁波頻率，c為光速；(4)通過公式Gtl = (Ga-Gftl)/2和Ttl = (Ta-Tftl)/2計算地面天線的增益Gtl和時延T0;(5)將第一衛(wèi)星上的天線、地面天線中的一個和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行閉環(huán)連接，則可以通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到該閉環(huán)鏈路的總增益Gb和總時延Tb ；通過公式G1 = Gb-G0-Gf0和T1 = Tb-T0-Tf0計算所述第一衛(wèi)星上的天線的增益G1和時延T1 ；將第二衛(wèi)星上的天線、地面天線中的一個和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行閉環(huán)連接，則可以通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到該閉環(huán)鏈路的總增益G。和總時延T。；通過公式G2 = Gc-G0-Gf0和T2 = Tc-T0-Tf0計算所述第二衛(wèi)星上的天線的增益G2和時延T2 ；(6)將可調(diào)衰減器的兩端分別通過電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩端進行閉環(huán)連接，則通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可測量得到該閉環(huán)鏈路的衰減Gltl和時延Tki(7)通過公式P1 = P-G1-G2-G10計算星上接收機的功率P1，通過公式S1 =S+Ti+T^T^計算星間時延S1, P為星上發(fā)射機的功率，S為衛(wèi)星上未加天線時的星間延遲；(8)判斷P1 = P’ 與S1 = S’ 是否均成立,若均成立,則標(biāo)定的參數(shù)有效,若不是均成立，則返回步驟(2)從新進行；P’ :為利用星上遙測確定的接收機實際功率，S’ :為衛(wèi)星本身提供的實際星間時延。發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(I)由于時延與增益都屬于傳輸特性，本發(fā)明利用了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的特點，對兩個參數(shù)進行了一次性標(biāo)定，與傳統(tǒng)的測量方法比，相關(guān)測試設(shè)備大大減少；(2) 一般星座測試的順序是先進行單顆衛(wèi)星與地面設(shè)備無線測試，然后再進行星座間的無線測試，本發(fā)明巧妙的將地面當(dāng)作了傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)天線，避免了引入傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)天線，節(jié)約了成本；(3)本發(fā)明利用了星間測量時差的特點，結(jié)合星上接收機的自身特點，利用了計算與衛(wèi)星自身特點，對天線的時差和增益進一步的復(fù)核復(fù)算；(4)本發(fā)明對有星座模式有普遍性，適用于雙星，也適用于多星，因此具有良好的推廣和應(yīng)用價值。


圖I為測量地面天線的閉環(huán)連接的示意圖；圖2為測量第一衛(wèi)星與地面天線的閉環(huán)連接的示意3為測量第二衛(wèi)星與地面天線的閉環(huán)連接的示意4為測量可調(diào)衰減器與兩端電纜的閉環(huán)連接示意5為星座間的連接示意6為本發(fā)明流程圖。
具體實施例方式
在空間通信系統(tǒng)中,天線用作發(fā)射電磁波和接收電磁波信號,發(fā)射時,發(fā)射機的輸出功率通過天線對空間輻射；接收時，將空間的電磁波能量通過天線轉(zhuǎn)換成射頻能量傳送給接收機，對于空間系統(tǒng)而言，而接收機的靈敏度是一個重要的指標(biāo)參數(shù)，這里發(fā)射機的信 號能量已知，空間輻射可計算，因此天線增益的準(zhǔn)確性是保證接收機靈敏度的前提。在星座測量系統(tǒng)中，是通過測量時延來進行測距的，因此系統(tǒng)時延零值是保證測距是否正確的前提，而天線的時延是系統(tǒng)的重要組成部分，因此天線時延的測量的準(zhǔn)確性也是非常重要的，因此天線的時延的準(zhǔn)備度直接影響系統(tǒng)測距精度。
本發(fā)明介紹的是一種天線的增益和時延進行同時標(biāo)定一種方法，且對標(biāo)定的結(jié)果在星座模式下進行驗證，此方法依托于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、地面上的兩個相同天線、第一衛(wèi)星、第二衛(wèi)星和可調(diào)衰減器。本發(fā)明的步驟如下(I)將地面上兩個相同天線的相位中心對齊，兩天線的相位中心之間的距離為d0 ；(2)如圖I所示，將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩端和兩個地面天線的射頻口進行閉環(huán)連接，記地面天線的增益為Gtl，天線的時延為Ttl，天線相位中心自由空間的傳輸損耗為Gftl，空間時延為Tftl，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到該閉環(huán)鏈路的總增益Ga和總時延Ta，其中Ga =2G0+Gf0, Ta = 2T0+Tf0 ；(3)由步驟⑵推倒出地面天線的增益Gtl = (Ga-Gf0)/2,時延Ttl = (Ta-Tftl)/2，其中自由空間的傳輸損耗的公式為Gftl = 92. 45+201gd0+201g f0,自由空間的電磁波傳播時延 Tf0 = d0/c, f0為電磁波頻率，c為光速，由此可得出地面天線的增益Gci和天線傳輸時延Ttl ；(4)將第一衛(wèi)星上的天線、地面天線中的一個和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行閉環(huán)連接，如圖2所示，記第一衛(wèi)星上的天線的增益G1,時延為T1，則可以通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到該閉環(huán)鏈路的總增益Gb和總時延Tb，其中Gb = G^Go+Gfo, Tb = WTftl ；(5)由步驟⑷推倒出第一衛(wèi)星天線的增益通過公SG1 = Gb-Gtl-Gftl和T1 =Tb-T0-Tf0,由上面步驟可知，TciJfc^GrGfci為已知量，因此可計算第一衛(wèi)星上的天線的增益G1和時延T1 ；(6)同理，將第二衛(wèi)星上的天線、地面天線中的一個和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行閉環(huán)連接，如圖3所示，其他同步驟(4)和(5)，記第二衛(wèi)星上的天線的增益G2，時延為T2，可以通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到該閉環(huán)鏈路的總增益G。和總時延T。，通過公式G2 = Gc-G0-Gf0和T2 = Tc-T0-Tf0計算所述第二衛(wèi)星上的天線的增益G2和時延T2 ；(7)如圖4所示，將可調(diào)衰減器的兩端分別通過電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩端進行閉環(huán)連接，則通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可測量得到該閉環(huán)鏈路的總衰減Gltl和總時延Tltl;(8)將步驟(7)中的可調(diào)衰減器及兩端分別通過電纜接入星座中，如圖5所示，通過調(diào)解可調(diào)衰減器來控制接收機的入口功率，接收機的入口功率即第二衛(wèi)星發(fā)射機的功率通過無線方式傳輸后，扣除各種空間損耗等，在第一衛(wèi)星接收機口的功率，設(shè)P為第二衛(wèi)星上發(fā)射機的功率，提前可測量為已知，P1為第一衛(wèi)星上接收機入口的功率，通過公式P1 =P-G1-G2-Gltl-Gftl可知第一衛(wèi)星接收機的入口功率P1 ;同時設(shè)S為未加天線時，有線狀態(tài)下整個星間通信所有的傳輸時延，包含第一衛(wèi)星、第二衛(wèi)星所有的傳輸時延，S可通過星間通信設(shè)備直接測量出，設(shè)S1為加天線后無線下的星間傳輸時延，包括空間，第一衛(wèi)星天線、第二衛(wèi)星天線，因此可計算出S1 = S+Ti+TfUI^，算星間時延S1 ;，S為衛(wèi)星上未加天線時的有線狀態(tài)下星間通信測量的星座時延，(8)最后在圖5的模式中，我們可以通過星上遙測得出第一衛(wèi)星接收機實際的功率P\，同時可通過星間通信設(shè)備直接測量出無線情況下星間的所有傳輸時延S、，將P’jPs’ !分別與步驟(7)中計算出的P1和S1進行比較，即判斷判斷P1 = P’ i與S1 = S’ i是否均成立，若均成立，則說明之前標(biāo)定的天線增益和時延有效，若不是均成立，則返回步驟(2)從新進行。本發(fā)明說明書中其他未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.ー種星座通信模式下標(biāo)定天線增益和時延的方法，依托于第一衛(wèi)星、第二衛(wèi)星、地面天線和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀實現(xiàn)，其特征在于步驟如下 (1)將地面上兩個相同天線的相位中心對齊，兩天線的相位中心之間的距離為Cltl； (2)將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩端和兩個地面天線的射頻ロ進行閉環(huán)連接，可以通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到該閉環(huán)鏈路的總增益Ga和總時延Ta ； (3)通過公式Gf0= 92. 45+201gd0+201g f0和Tf0 = d0/c計算自由空間的傳輸損耗Gf0和自由空間的電磁波傳播時延Tftl,も為電磁波頻率，c為光速； (4)通過公式G0= (Ga-Gf0) /2和T0 = (Ta-Tf0) /2計算地面天線的增益G0和時延T0 ； (5)將第一衛(wèi)星上的天線、地面天線中的一個和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行閉環(huán)連接，則可以通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到該閉環(huán)鏈路的總增益Gb和總時延Tb ； 通過公式G1 = Gb-G0-Gf0和T1 = Tb-T0-Tf0計算所述第一衛(wèi)星上的天線的增益G1和時延T1; 將第二衛(wèi)星上的天線、地面天線中的一個和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行閉環(huán)連接，則可以通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到該閉環(huán)鏈路的總增益G。和總時延T。； 通過公式G2 = Gc-G0-Gf0和T2 = Tc-T0-Tf0計算所述第二衛(wèi)星上的天線的增益G2和時延T2; (6)將可調(diào)衰減器的兩端分別通過電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩端進行閉環(huán)連接，則通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可測量得到該閉環(huán)鏈路的衰減Gltl和時延Tki (7)通過公式P1= P-G1-G2-G10計算星上接收機的功率P1，通過公式S1 = S+WTi。計算星間時延S1, P為星上發(fā)射機的功率，S為衛(wèi)星上未加天線時的星間延遲； (8)判斷P1= P’ i與S1 = S’ i是否均成立，若均成立，則標(biāo)定的參數(shù)有效，若不是均成立，則返回步驟(2)從新進行；P’ !為利用星上遙測確定的接收機實際功率，S’ !為衛(wèi)星本身提供的實際星間時延。
全文摘要
一種星座通信模式下標(biāo)定天線增益和時延的方法，在拋開傳統(tǒng)的測試天線時延和增益的基礎(chǔ)上，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀能對傳輸特性進行一次性測試，并根據(jù)星座自身的特點，將標(biāo)定的增益和時延在星座無線模式下，利用整星的特點進行進一步的確認(rèn)，從而驗證測試的正確性。此方法不用復(fù)雜的地面輔助設(shè)備，且對星座通信模式的衛(wèi)星簡單通用，利用此方法可一次性標(biāo)定天線的時延和增益，并能在星座無線下進一步得到驗證，標(biāo)定的精度較高，這種簡單的標(biāo)定方法大大降低了的星座無線模式下測試的復(fù)雜性，提高了效率，且不僅適用于兩顆衛(wèi)星的星座，對于多顆衛(wèi)星的標(biāo)定也同樣簡單可行，因此是一種實用且有效的標(biāo)定方法。
文檔編號H04B7/185GK102684774SQ20121017123
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者習(xí)清伶, 劉勇, 周未來, 張美婷, 李延?xùn)|, 李紅寶, 王國良, 蕭鑫, 賈濤, 陶成華 申請人:航天東方紅衛(wèi)星有限公司