卫星导航无人值守站小口径卫通天线跟踪适应性技术改进

2015-12-31王永定谭启国

现代导航 2015年6期

王永定，谭启国

（1 中国人民解放军61287部队，成都 610036 2 北京卫星导航中心，北京 100094）

0 引言

20世纪八九十年代天线跟踪技术已经被世界各卫星通信站广泛使用，相关技术也已相对成熟。某卫星导航无人值守站数量多、分布广，卫通链路小口径环焦式卫通天线使用程序跟踪模式，采用全天候24h不间断跟踪运行，使用寿命为10年。小口径卫通天线虽具备跟踪功能，跟踪精度也满足相关技术要求。但从细节而言，如果不对小口径天线进行适应性技术改进，就无法满足长期稳定运行的总要求。

1 精度下降及原因分析

1.1 精度下降对信号影响

小口径卫通天线根据通信卫星星历时刻调整天线方位或俯仰角度，以保持准确对准卫星。天线跟踪精度下降造成入站信号电平变化异常，为了保证通信站入站率而增加输出功率难免会干扰其它卫星。如图1所示为某无人值守通信站入站信号电平变化情况。信号电平全天出现异常“突变”，引起站间卫星通信质量下降。

1.2 原因分析

无人值守站空间信号链路如图2所示，其中A点表示EIRP值、B点表示天线跟踪、C点表示主控站天线接收、D点表示下行信道输出信号变化。

图1 某无人站入站信号电平变化（24h）

图2 无人值守站空间信号工作流程

（1）上行信道输出功率稳定度（EIRP）

无人值守站上行信道包括卫通基带、上变频器和功率放大器等设备。上行信道输出功率变化主要由上变频器和功率放大器输出功率稳定度（EIRP）决定，要求变化范围在±1.1dB（24h）之间，如下图所示为相同时间段内EIRP变化曲线图。首先，下午 14∶00左右当地室外温度达到全天最高，输出信号功率降低至全天最低；其次，随着时间推移室外温度逐渐下降，在第二天凌晨2∶00左右降至全天最低，相应地信号输出功率达到最大。EIRP值变化规律符合客观实际，变化范围在合理范围内。

（2）天线跟踪精度（或指向精度）

在跟踪门限范围内，卫星相对于小口径天线轴角偏差给信号带来的插损变化≤0.1dB，可以完全忽略不计。

天线实际跟踪效果如图4所示，图中细、粗曲线表示小口径天线方位和俯仰角度变化，波浪曲线为入站信号载噪比变化。如图中箭头所示，当方位和俯仰开始向相反的方向变化时，信号电平同时发生“突跳”。

由此分析确认，入站信号电平变化与天线跟踪角度有关。

2 伺服结构及跟踪流程

2.1 伺服结构及跟踪流程

小口径卫通天线主要由天线主副面、馈源、中心体、主支架、伺服设备等主成。伺服设备主要由天线控制单元、天线驱动单元、驱动装置、同步装置等组成；天线驱动装置包括方位俯仰电机、减速器及丝杆；方位俯仰同步装置包括子耳链接件、旋变器等，天线简易结构如图5所示。

无人值守站利用接收机实时接收同步卫星发播的星历，比较卫星相对于卫通天线的方位及俯仰角度变化，如果两者的偏差超过设置的门限值，上位机立即向ACU发送角度调整指令。ACU根据接收到的控制指令，向天线驱动单元发送-5V电平信号，控制驱动单元内部相关继电器断开与接通。电机加电后带动减速器转动，驱动丝杆伸缩，带动天线中心体在水平或俯仰方向运动。天线中心体在运动过程中，带动天线子耳链接部件，链接件带动旋转变压变器转子转动，最终将天线机械角度转换为正余弦信号，传递给ACU，ACU根据信号相位角变化，将电信号转换为数字角度，上报给上位机。小口径卫通天线伺服跟踪流程如下图6所示。

图3 无人值守站上行信道EIRP变化

图4 无人值守站入站信号电平与天线角度变化

图5 小口径天线伺服设备简易示意图

图6 小口径天线伺服设备跟踪流程示意图

图7 小口径天线同步装置工作流程示意图

2.2 故障定位

由于天线长期在小范围转动，机械磨损导致子耳链接部件出现磨损，仍以天线俯仰角度变化为例，如图7中虚线框内放部分。

天线中心体向上运动，带动子耳链接件呈逆时针转动，与绑缚旋转变压器的突出部因与其为一体，也向逆时针运动。由于子耳链接件长时间受到挤压、摩擦，出现磨损“间隙”，如上图中虚线框内部分所示。由于该间隙的存在，子耳链接件在中心体开始运动时不会随之转动，也就是说天线俯仰角度实际发生了改变，但由于磨损间隙的存在子耳链接件未能带动旋变器转子一同转动，直至将该间隙全部消失，如图8所示，磨损间隙转移到链接件的底部。