一种单脉冲双通道自跟踪系统快速校相方法

余海 韩来辉

摘 要 本文阐述了单脉冲双通道跟踪体制的原理，通过数学分析，指出了采用该跟踪体制的测控系统在跟踪前进行校相的必要性。在分析常规校相方法的基础上，给出了改进的快速校相方法及其应用的前提条件。经实际工程验证，该方法切实有效。

【关键词】单脉冲双通道 交叉耦合 快速校相

1 引言

单脉冲双通道跟踪体制具有高精度、动态性能好的优点，航天测控系统大多采用这一跟踪体制。但是由于受到天线电轴零点漂移，设备组合变化，环境温度以及信号极化方式改变等多重因素的影响，交叉耦合指标会不断恶化，导致天线的跟踪性能下降，因此需要定时校相。随着我国航天事业的快速发展，在轨卫星等航天器的数量不断增加，地面测控设备的长管任务变得日益繁重，因此需要一种快速简单可靠的校相方法。

2 自跟踪校相原理

式中μ为天线归一化差斜率，ω为信号频率。

差信号式中的和就是目标偏移天线电轴θ角在天线直角坐标系方位轴A和俯仰轴E上的角误差信息。如图1所示。

天线激励器的和信号及差信号分别进入和差接收信道，经放大滤波变频到达跟踪接收机。和信号经跟踪接收机跟踪滤波后产生两路正交信号：

式中为变频后的信号频率，為和通道设备引入的相移，为差通道引入的相移，k为幅度归一化后引入的放大系数，信道增益不一致也包含其中。

以左旋信号为例，用两路正交和信号解调差信号并滤去谐波项得到角误差信号的表达式：

由上式可知由于和差通道的相位不一致性，与有了交叉的信号分量，这个交叉的信号分量称之为交叉耦合。当=0时，就可以得到真实的角误差信息：，。当时，与相互影响，当值较大时，甚至造成极性相反，跟踪接收机无法闭环。

3 常规校相方法

通过对自跟踪校相原理的分析，常规的校相方法描述如下：

（1）找到天线电轴零点；

（2）天线仅在方位轴上偏离一定角度，跟踪接收机俯仰相位校准后调整φE和kE；

（3）天线仅在俯仰轴上偏离一定角度，跟踪接收机方位相位校准后调整φA和kA；

（4）检查极性和交叉耦合。

第一步是这种方法的关键，天线电轴零点找不准，移相值φ和斜率修正系数k就无法正确得到，一般通过跟踪闭环来找电轴零点。因此常规校相方法即“找零-校相-检查交叉耦合-自跟踪找零-校相”，如此循环数次直到交叉耦合满足自跟踪要求，流程复杂，耗时长久。

4 快速校相方法

快速校相方法不需要精确找到天线指向信标的零点，也不需要天线分别在方位轴和俯仰轴拉偏。采用该方法的前提条件包含：

（1）信标信号始终落在天线的半功率波束带宽内；

（2）天线的方位轴、俯仰轴正交；

（3）天线和/差信道的方向图比较理想对称，方位/俯仰方向图正负对称且幅度相等；

（4）信标信号在天线中激励出的方位、俯仰信号正交；

（5）跟踪接收机在无差信号时，输出方位、俯仰角误差电压为零。

设和差通道相移差为，跟踪接收机移相初值为，同时设初始斜率修正系数为k1。在天线波束内的目标信号附近，设置天线方位俯仰均正偏任意一点P1，P1相对于天线电轴零点方位上偏移了X1密位，俯仰上偏移了Y1密位，记为。以左旋信号为例，根据式（1）式（2）可得解调后的方位、俯仰误差电压为：

天线在基础上方位正偏密位，由于天线的方位轴和俯仰轴完全正交，偏移后的点可以记为，根据式（1）式（2）可得此时解调后的方位、俯仰误差电压为：

5 结束语

这种校相方法具有以下优点：不需要先准确找天线电轴零点，目标信号在天线波束内，天线只需要一次拉偏就可以完成校相过程，增益系数可以一次得到。采用这种方法并辅以计算机自动控制技术，可以使校相时间就减少到数秒。

参考文献

[1]赵业福 无线电跟踪测量[M].北京：国防工业出版社，2003.

作者简介

余海（1982-），男，现为中国电子科技集团公司第二十七研究所工程师。主要研究方向为航天测控。

作者单位

中国电子科技集团公司第二十七研究所 河南省郑州市 450005