多波束測控系統目標快速切換方法研究

單福悅，高河山，凡 嵩，高 寧，劉玉泉

(中國人民解放軍63778部隊，黑龍江 佳木斯 154000)

多波束測控系統目標快速切換方法研究

單福悅，高河山，凡 嵩，高 寧，劉玉泉

(中國人民解放軍63778部隊，黑龍江 佳木斯 154000)

多波束測控系統是航天測控的發展方向，可實現多個目標的同時控制。針對當前多波束測控系統跟蹤能力不足、多目標跟蹤異常處置效率低的問題，提出了一種多波束測控系統目標快速切換跟蹤的方法。在分析現有測控體制基礎上,研究多通道標校、參數快速配置,并進行了跟蹤驗證,結果表明，該方法可在保證多波束測控系統多目標跟蹤能力的基礎上提高目標切換效率，為后續同類設備的工程建設提供參考。

多波束測控系統；應急處置；多通道標校；參數快速配置

0 引言

多波束測控系統在跟蹤編隊飛行的多目標時起到了很重要的作用，但其跟蹤的目標數量有限，隨著我國航天器日益發展，一箭20星等相繼發射成功，對更多目標的同時測控提出了新需求。一箭多星發射是未來航天發展的趨勢[1]，對于傳統的測控設備，每次只能跟蹤單個目標[2]，多波束測控系統跟蹤數量[3]也有限。目前，隨著我國測控事業的發展，在軌衛星數量急劇增加，過境時間集中，目前的多波束跟蹤技術[4]較為成熟，但狀態切換過程繁瑣，耗時長。為了實現簡便、快速、準確的狀態切換，節約衛星搶救[5]時間，掌握更多過境目標狀態，本文利用多波束測控系統的優勢，對多通道標校、參數快速配置以及目標的快速切換進行研究，可以同時對多個目標進行跟蹤，節省測控資源[6]。

1 多通道標校研究

多波束天線系統發射(或接收)合成波束[7-8]實現的前提是多個發射(或接收)通道間的一致性[9]。這是因為所有波束形成的算法都是基于多通道的、是理想的、一致的。通過對相同頻點以及不同頻點衛星標校結果進行分析，標校結果如圖1所示。由圖1可以看出，每一個頻點都會對應一個結果，標校結果[10]在相對長的時間能夠保持穩定。

根據上述分析結果，多波束測控系統多通道標校流程如圖2所示。流程中以頻點為驅動，對常用接收頻點進行多通道標校。后續任務圈次進行預訂任務參數和設備配置下的標校工作。系統接收到任務計劃后，首先根據時間判定是否進行自動標校，如果任務間隙較短，則調用數據庫中擬合數據[11]進行跟蹤。

(a) 不同頻點

(b) 相同頻點圖1 標校結果

圖2 校相流程

任務間隙較長，可以對后續任務進行集中標校，第1步進行頻點分類，該步驟進行的工作為：把相同模式的衛星按照頻點進行分類，然后進行標校，這樣就避免了相同頻點的衛星重復校相；第2步多通道標校，分別對通道1、通道2及通道3進行依次標校；第3步校相結束后，進行跟蹤，同時將校相結果更新至擬合模型庫。

2 參數快速配置

2.1 參數配置流程

多波束測控系統現有參數配置流程為：選擇需要跟蹤目標參數，選擇通道，進行設置，分別計算軌道根數，裝載程引文件進行跟蹤。這種方法需要對多個分系統進行參數設置，耗時較長，通過對該流程進行優化，可以使任務時參數快速配置到基帶，同時對相應通道進行軌道根數的計算，實現目標跟蹤的快速切換。具體方法如下：

① 通過監控下達命令，通道固定，分別對需要配置通道下參數進行設置；

② 參數配置到基帶，ACU和波控相應地設置任務標識和代號，同時根據任務標識自動計算軌道根數；

③ 裝載程引文件進行跟蹤。

參數快速配置流程如圖3所示。

圖3 參數快速配置流程

2.2 參數管理

基帶參數[12]包括遙控、上行調制[13]、中頻接收解擴[14]、測距、測速塊、遙測和跟蹤[15]等。各個單元之間的關系如圖4所示。

圖4 單元關系

遙控模塊產生上行遙控基帶擴頻信號，送上行調制模塊；同時，遙控小環接收中頻遙控小環檢測信號，完成遙控小環的解調；小環解調得到的信號與發送的遙控指令相對比，完成遙控小環比對。

上行調制模塊根據監控單元的指令完成遙控信號和測距上行2路基帶擴頻信號的中頻調制，并合成后輸出給上行信道。在檢測和零值標定時也可以完成遙測模擬源和測距下行信號的中頻調制。

中頻接收解擴模塊接收一路中頻信號，利用碼分多址完成遙測和測量中頻接收以及信號的解擴和解調，輸出基帶遙測信息和基帶測量信息。

測距模塊產生上行測距基帶信息或下行測距基帶模擬信息，送上行調制模塊；同時，接收中頻接收解擴模塊輸出的基帶測量信息，完成基帶測量信息的解調和測距比相。解調得到的星上多普勒頻率值送測速模塊。

測距模塊將從下行數據流中獲取星上時間采樣信息與地面采樣獲取的地面時間采樣信息進行比較計算，扣除單向距離傳輸時延后，得到高精度星地時差。

測速模塊接收測距模塊解調得到的星上測量偽多普勒頻率值，并接收中頻接收解擴模塊的本振頻率控制字得到接收信號的偽多普勒頻率，完成衛星速度的解算。

遙測模塊接收中頻接收模塊輸出的基帶遙測數據，解調得到遙測信息。同時，為了配合系統完成遙測誤碼率測試，利用遙測模擬源產生基帶擴頻遙測信息，送上行調制模塊。

跟蹤模塊接收差路信號，解調出方位、俯仰角誤差電壓送到天伺分系統和波束控制分系統。如果基帶工作在單目標條件下，基帶監控軟件會通過視頻切換單元將角誤差同時送天伺分系統和波控分系統。如果基帶工作在多目標條件下，基帶監控軟件會通過視頻切換單元選擇1個目標的角誤差電壓同時送天伺分系統和波控分系統，其余目標的角誤差送波控分系統完成角跟蹤[16]。

3 跟蹤驗證

驗證自動切換跟蹤的軟件環境采用Windows XP操作系統，開發平臺為VC6.0編譯環境，使用到的工具軟件包括Office 2003以及代碼統計工具。硬件設備有基帶軟件和系統監控服務器。

立足現有多波束測控系統，以衛星真實過境弧段作為驗證條件，排除衛星及環境因素開展方案驗證。通過上述方案研究，在多波束測控系統上驗證目標快速切換及跟蹤能力，通過搭建平臺，對多批次目標進行切換跟蹤，得到結果如表1所示。

表1 測試結果

從表1中可以看出，由于引導數據不準導致未正常跟蹤外，通過對每個通道進行目標快速切換，成功率在95%以上，3種模式采用此方法，成功率均在98%以上，可以實現穩定跟蹤。

傳統的目標狀態建立過程中包括許多重復或一定時間段內非必須的流程，本文采用的方法深入分析了目標狀態建立全過程，刪減了重復流程，在判斷某些基準值可用時省略了重新標定基準值的過程，在保證目標切換和跟蹤成功率的前提下，大大提高了目標切換效率。

4 結束語

本文通過對多目標測控系統性能進行研究，提出了跟蹤目標快速切換的方法，可以實現更多目標的同時跟蹤，在應急處置過程中，也能快速完成切換，為后續設備的設計提供參考。存在的不足是該方法只針對相同頻點的衛星，后續通過硬件[17]的改造研究不同點衛星的切換跟蹤方法。

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Research on the Fast Switching Methods ofMulti-beam TT&C System Targets

SHAN Fu-yue,GAO He-shan,FAN Song,GAO Ning,LIU Yu-quan

(Unit63778,PLA,JiamusiHeilongjiang154000,China)

Multi-beam TT&C system is the development direction of aerospace TT&C,providing control of multiple targets at the same time.However,some technical challenges exist,such as lack of traceability and low exception handling efficiency.This paper proposes a multi-beam TT&C system to switch target tracking method quickly.Analysis are performed on current TT&C systems,multi-channel calibration,rapid configuration parameters,and tracking verification.The results show that the proposed approach can enhance target switching efficiency with ensured multi-target tracking capability,which can provide reference for similar equipment in subsequent engineering construction.

multi-beam TT&C system;emergency disposal;multi-channel calibration;rapid configuration parameters

2017-03-06

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.06.09

單福悅，高河山，凡 嵩，等.多波束測控系統目標快速切換方法研究[J].無線電工程,2017,47(6):38-40，64.[SHAN Fuyue, GAO Heshan, FAN Song, et al. Research on the Fast Switching Methods of Multi-beam TT&C System Targets[J]. Radio Engineering,2017,47(6):38-40，64.]

V556.4

A

1003-3106(2017)06-0038-03

單福悅 男，(1983—)，工程師。主要研究方向：測控總體。

高河山 男，(1979—)，工程師。主要研究方向：測控總體。