關于風云三號氣象衛星天線系統工作原理淺析

魏 迎,王婷婷

（1.佳木斯氣象衛星地面站,黑龍江 佳木斯 154007；2.黑龍江省氣象局，黑龍江 哈爾濱 150001）

關于風云三號氣象衛星天線系統工作原理淺析

魏 迎1,王婷婷2

（1.佳木斯氣象衛星地面站,黑龍江 佳木斯 154007；2.黑龍江省氣象局，黑龍江 哈爾濱 150001）

1 概述

風云三號氣象衛星數據接收系統天線分系統是我國FY-3氣象衛星數據接收系統（DAS）的重要組成部分，佳木斯氣象衛星地面站采用此分系統進行數據接收，其主要任務是自動跟蹤FY-3衛星和同期的國外同類衛星，并接收衛星下傳的X頻段信號和L頻段信號。

2 主要功能及技術指標

2.1 主要功能

DPT接收天線分系統具有L、X雙頻信號跟蹤、接收能力，主要功能要求如下：具有接收FY-3為主，兼容接收 FY-1D、NOAA、METOP、NPP/NPOESS、SPOT、科技部減災小衛星、海洋衛星、資源衛星及環境與減災衛星的遙感資料及數據能力；能同時接收L頻段信號和X頻段信號；跟蹤、接收左旋或右旋圓極化信號L頻段和X頻段遙感數據；系統具有仰角3°以上跟蹤、5°以上無接收盲區的能力；具有接收站管理分系統的調度命令、軌道預報數據及參數修改并向站管理分系統上報本分系統狀態的功能；站管理分系統故障時，具有自主運行功能，能保證對信號的接收；具有L/X頻段自檢測試信號耦合天線；當天線與機房距離較遠時，能對天線進行遠距離的控制。

2.2主要技術指標

（1）工作頻段。 L 頻段：1698-1710 MHz；X 頻段：7750-7850 MHz，8000-8400 MHz； 兼顧 7140-7250 MHz。

（2）天線口徑及形式：12米卡塞格倫型雙反射面天線。

（3）系統品質因素（在晴天、微風條件下，天線仰角大于 5°時）。 L頻段：G/T≥20.0+20lg(f/1.698)dB/K，f-GHz；X 頻段：G/T≥35.0+20lg(f/7.75)dB/K，f-GHz。

（4）極化方式。L頻段：左旋或右旋圓極化，電控切換，切換時間≤1秒；X頻段：左旋或右旋圓極化，電控切換，切換時間≤1秒。

3 設備組成及工作原理

3.1 分系統組成

DPT接收天線分系統主要由天饋子系統、跟蹤接收子系統、機械結構子系統、天線控制子系統、跟蹤接收子系統標校及附屬設備組成。

3.2 分系統工作原理

DPT接收天線分系統采用X頻段單喇叭、L頻段四喇叭組合饋源，能夠實現對FY-3衛星及其它遙感衛星的跟蹤和遙感數據、遙測數據的接收，具有自動跟蹤、數字引導、程序跟蹤、手動控制、掃描等多種工作方式，使得天線操控靈活，目標捕獲能力強。單脈沖自動跟蹤是系統的主要工作方式。

DPT接收天線分系統采用成熟的單脈沖跟蹤體制。其中X頻段采用多模單脈沖自動跟蹤體制、L頻段采用多喇叭單脈沖自動跟蹤體制。

增加L頻段單脈沖自跟蹤的目的是為了確保天線在X頻段的有效捕獲目標和可靠跟蹤目標。單脈沖跟蹤要求目標必須在半功率波束寬度之內，而天線在X頻段半功率波束寬度為0.2°，即天線波束中心偏離目標0.1°范圍內，X頻段自跟蹤才能捕獲并跟蹤目標。由于軌道預報誤差、天線軸系誤差等因素影響,在程序引導精度達不到要求時有可能實現不了X頻段自動跟蹤。另外由于L頻段程序跟蹤指向偏差造成天線波束指向偏出X頻段半功率波束寬度之外，影響到X頻段自動跟蹤。而12 m天線在L頻段半功率波束為1°，因此，通過L頻段單脈沖對目標實施自跟蹤之后再切換到X頻段單脈沖自動跟蹤，可確保天線在X頻段的自動捕獲并精確跟蹤目標，保證FY-3接收系統的可靠工作。

多模單脈沖自動跟蹤的原理是利用圓波導中基模TE11模的單峰特性和高次模TE21模的雙峰特性，基模形成和方向圖，高次模產生差方向圖。當天線電軸對準目標時，來波信號在喇叭中只激勵起基模；當目標偏離天線的電軸時，來波信號在喇叭中同時激勵起基模和高次模。通過跟蹤模耦合器濾除其它高次模，只允許TE21模通過，然后經合成網絡形成目標偏離電軸的誤差信號。

L頻段四喇叭單脈沖自動跟蹤的原理是利用上下、左右布置的四個喇叭來接收L頻段來波信號，上面兩喇叭信號與下面兩喇叭信號相減形成俯仰差信號，左面兩喇叭合成與右面兩喇叭信號相減形成方位差信號，四個喇叭的信號相加形成和信號。

上述誤差信號經低噪聲放大后進入單信道合成，合成的和加差信號經變頻后送跟蹤接收機。伺服系統根據跟蹤接收機解調出直流誤差電壓，驅動天線朝著減小誤差的方向運動，實現對目標的自動跟蹤。

對于過頂目標，可自動調整第三軸的位置，使測量系有效傾斜，消除死區，以實現對任意軌道傾角的低軌衛星的連續跟蹤。

在天線對目標的連續跟蹤過程中，天線位置顯示單元對天線軸的轉角實時編碼、顯示并送至站計算機，以完成對測量數據的處理。

1002－252X(2017)03－0032－02

2017－6－1

魏 迎(1985-),女，黑龍江省哈爾濱市人，齊齊哈爾大學，本科生，助理工程師.