双通道跟踪接收机对地校相技术✴

苏勋，席文君（中国西南电子技术研究所，成都610036）

双通道跟踪接收机对地校相技术✴

苏勋，席文君
（中国西南电子技术研究所，成都610036）

为了解决新建地面测控站的无塔标校技术难题，提出了一种抛物面天线近场对地校相新方法，在径向距离大于0.3倍远场距离的条件下可实现对地校相功能，通过外场专题试验研究进行了验证，对靶场测控系统的工程建设具有较高的参考价值。

测控系统；双通道单脉冲；跟踪接收机；和差相位一致性；相位校准；对地校相

1 引言

双通道单脉冲跟踪接收机［1］具有设备相对简单、跟踪精度高、角误差解调性能优良、容易实现等优点，在精密跟踪测量雷达中得到了广泛应用，是目前测控系统中用得最多的方案。但它存在和、差通道相移不一致引起的交叉耦合问题，需要进行定期校正；而且校相结果受设备组合、工作频点、环境温度和极化方向的影响较大，对于地面测控站来说，跟踪接收机校相已经成为执行任务前不可或缺的工作。

根据目前测控系统无塔标校的实际应用需求，相对于传统采用的标校塔校相技术，近年来先后提出了射电星校相［2-3］、快速校相［4］、卫星校相［5］、近场校相［6］、偏馈辅助校相［6］、分段校相［6］等多种和差相位校准方案，经过试验探索，有的可行，有的不可行。在没有标校塔作依托的条件下，如何解决小口径天线跟踪系统的靶场标校问题，是当前测控系统必须面临的技术难题。本文对相关课题研究过程中开展的对地校相、近场校相等内容的专题验证试验进行总结，以期对靶场测控系统的工程建设提供一些参考。

2 近场对地校相方案

所谓近场校相，是指把信标源设置在费涅尔区内对跟踪系统设备相位进行校正的试验方法。为了保证测控设备标校精度，信号源应设置在远场区且有足够的仰角，并回避地形地貌对测试环境的干扰。近场校相存在一定的测试校正误差，在实际工程应用中，只要在允许的测试误差校正范围内，近场校相仍是一种简易实用的标校方案。

2008年10月，为了检验抛物面天线对地校相结果的正确性和稳定性、探讨双通道跟踪系统无塔标校技术在工程应用中的边界条件，课题组在外场利用现有设备开展了S频段跟踪接收机最小近场距离、校相最低仰角两项边界条件的试验研究，取得了突破性进展。

外场角跟踪试验系统由天伺馈设备、跟踪信道、中频跟踪接收机、跟踪信标、信标天线和相关测试仪器等组成。模拟试验过程中，为了测试不同距离条件下跟踪接收机校相结果的真实变化情况，将跟踪信标、信标天线（喇叭）固定在吊车的升降臂上，通过控制吊车升降臂的长度和高度、改变吊车距离天线座的距离来模拟得到不同的近场距离、天线仰角，通过对吊车信标、100 m标校塔两种状态下的校相数据、角度自跟踪性能的综合分析和研究，总结、摸索获得近场／对地校相的边界工作条件。角跟踪系统设备组成、近场校相试验示意图见图1和图2。

试验通过在距离天线不同近场条件（如0.1 Rf、0.2Rf、0.5 Rf等位置）下安装信标天线（可通视），测试校相结果的恶化程度来获得相关数据。根据远场条件计算公式：R=，式中D为天线口径，λ为f接收信号波长，取D=15 m，f=2 200×106Hz，c=3 ×108m／s，可求得Rf=3 300 m。

3 试验验证情况

3.1 近场校相试验

把标校使用的吊车先后放置在距离地面站天线0.5Rf、0.2 Rf、0.1 Rf等距离的位置，地面跟踪天线指向吊车上信标喇叭位置，接收到信标信号后开始校相。校相过程中，实时记录下行接收频谱和AGC电压、A／E角误差电压、A／E相移值。

每次对车载信标校相结束后，跟踪接收机校相结果不变，天线转向标校塔信号源进行自跟踪（仰角4.2°，频率与吊车上信标相同），记录对标校塔自跟踪时的A／E角误差电压、A／E相移值、跟踪零点、A／E交叉耦合等数据，检查利用近场校相结果进行对塔自跟踪的性能。

在远场距离条件下，地面天线对塔上信号源重新校相（频率相同），记录相关的校相数据，比较远场校相与近场校相性能的差异。试验结果如图3～6和表1～3所示。

把吊车移动到距离天线座水平距离323.7 m位置（约为0.1 Rf）时，天线方位136.5°、俯仰2.3°。将送到跟踪接收机的和路、差路信号接频谱仪显示，如图7和图8所示，发现接收天线的方向图发生了严重畸变，跟踪系统已经不具备校相条件。因此可以判定，跟踪校相的近场距离不应小于0.1 Rf。

从以上试验数据可以看出：近场可以进行校相，但不能将天线与信源之间的距离无限制地缩短；当天线与信标间的水平距离小于0.2Rf以后，天线方向图将发生比较严重的畸变，跟踪接收机角误差电压、跟踪极性不满足天线跟踪条件。

3.2 对地校相试验

把信标天线放置在距离主天线座1.754 km（约0.7Rf）处的地面上，信标天线与地面站抛物面天线之间无遮挡物、可通视。地面跟踪天线指向信标喇叭位置，接收机收到信标信号后开始校相。校相过程中，实时记录接收机AGC电压、A／E角误差电压、A／E相移值。

对地面信标校相结束后，跟踪接收机校相结果不变、天线转向标校塔信号源进行自跟踪（仰角4.2°，频率与地面信标机相同），记录对标校塔自跟踪时的A／E角误差电压、A／E相移值、跟踪零点、A／E交叉耦合等数据，检查利用对地校相结果进行对塔自跟踪时的跟踪性能。

在远场条件下，地面天线对塔上信号源重新校相（频率相同），记录相关校相数据，比较远场校相与对地校相性能的差异。试验结果见表4和表5。

由此可见，对地校相由于受到地面多径效应的影响，交叉耦合比对塔校相结果下降了近一半（俯仰优于1／8）、A／E支路校相相移值比远场校相结果相差约4°，但电轴跟踪零点准确、系统自跟踪性能良好，满足远场跟踪需要。

3.3 试验结论

天线和、差方向图未造成畸变时方可实施校相操作，近场校相结果仍可使天线正常跟踪。从近场校相所做的多种不同距离条件下的试验结果来看，只有在径向距离大于0.3Rf（地面直线距离0.2Rf，空间路径约为0.3 Rf）时才可形成无明显畸变的天线差波束方向图。

对地校相试验十分成功，系统对地校相结果经过对塔远场跟踪测试验证，校相精度在0.7 Rf时小于4°，交叉耦合优于1／8，满足系统自跟踪要求。

4 结语

靶场应用实践结果表明，对于我国现役的双通道单脉冲跟踪系统设备，解决和差相位不一致性的技术途径有以下3点建议供参考：

（1）对于成熟地面测控站的扩建工程，双通道跟踪接收机相位校准应沿用成熟的对塔校相方案，以提高系统校相精度、确保良好的角跟踪性能；

（2）海上测控系统的相位校准只能采用已经成熟应用的相位记忆法来实现；

（3）全新建设的地面测控站，由于没有标校塔可以利用，在标校卫星系统、无人机标校系统未投入应用之前，可采用本文提出的近场对地校相方案完成接收机相位校准工作，校相性能与有塔校相结果接近，完全可以满足系统角跟踪任务的实际需求。

［1］刘嘉兴.飞行器测控通信工程［M］.北京：国防工业出版社，2010. LIU Jia-xing.Spacecraft TT＆C and Communication Engineering［M］.Beijing：National Defense Industry Press，2010.（in Chinese）

［2］席文君.深空地面站G／T值测试方法探讨［C］／／2005年航天测控技术研讨会论文集.成都：中国电子科技集团公司第十研究所，2005. XI Wen-jun.A method of G／T testing for deep space station［C］／／Proceedings of2005 Aerospace TT＆C Technology Conference.Chengdu：The 10th Institute of China Electronics Technology Group Corporation，2005.（in Chinese）

［3］汪远玲，邱三山，汪晓燕.深空系统低信噪比任意信号角跟踪接收机［J］.电讯技术，2009，49（4）：45-48. WANG Yuan-ling，QIU San-shan，WANG Xiao-yan.An arbitrary-waveform-signals angle tracking receiver for deep space system［J］.Telecommunication Engineering，2009，49（4）：45-48.（in Chinese）

［4］李蝉，刘敏，于益农.口面天线无塔校相方法［J］.电讯技术，2009，49（8）：73-75. LI Chan，LIU Min，YU Yi-nong.Towerless phase calibration methods for aperture antenna［J］.Telecommunication Engineering，2009，49（8）：73-75.（in Chinese）

［5］杨萍，郭军海，孙刚.航天测控系统卫星鉴定技术研究［J］.航天控制，2008，26（1）：65-69. YANG Ping，GUO Jun-hai，SUN Gan.The Research of Accuracy Evaluation by Satellite Technology for Space Tracking Telemetry and Command System［J］.Aerospace Control，2008，26（1）：65-69.（in Chinese）

［6］苏勋.S／X频段深空测控系统校相／校零方案试验报告［R］.成都：中国电科集团第十研究所，2010. SU Xun.S／X band test report for deep space TT＆C system phase calibration／distance calibration［R］.Chengdu：The 10th Institute of China Electronics Technology Group Corporation，2010.（in Chinese）

SU Xun was born in Santai，Sichuan Province，in 1977.She received the B.S.degree from University of Electronic Science and Technology of China in 2001.She is now an engineer.Her research concerns TT＆C communication system for aerial vehicles.

Email：suxun20081225＠163.com

席文君（1968—），男，陕西宝鸡人，1992年于装备学院获学士学位，现为研究员，主要研究方向为飞行器测控总体技术。

XIWen-jun was born in Baoji，Shaanxi Province，in 1968. He received the B.S.degree from Equipment Institute in 1992.He is now a senior engineer of professor.His research concerns TT＆C communication system for aerial vehicles.

Email：xiwenjunxwj＠163.com

Phase Calibration Technology of Dual-channel Tracking Receiver with Ground Beacon

SU Xun，XI Wen-jun
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

To deal with common phase calibration of TT＆C system on ground，a new calibration method of near field for parabolic antenna is proposed.The phase calibration function can be realized when the line of sight range is larger than 0.3Rf（Rfis the distance between beacon and calibration tower）.Related tests have been performed in outfield to prove this method.It is proved that this method is valuable for TT＆C system in range.

TT＆C system；dual-channel single pulse；tracking receiver；phase consistency between sum and difference channels；phase calibration；phase calibration with ground beacon

V556；TN80

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.03.003

苏勋（1977—），女，四川三台人，2001年于电子科技大学获学士学位，现为工程师，主要研究方向为飞行器测控总体技术；

1001-893X（2012）03-0268-05

2011-12-20；

2012-02-28