导航卫星全向测控方法

上海微小卫星工程中心 古启军 朱 峪 刘 磊 陈晓庆

一、引言

为确保测控的可靠，卫星测控天线从卫星发射到在轨飞行全过程都处于连续的工作模式。为保证任何情况下星地间测控无线链路的稳定可靠，卫星要求测控天线具有近全空间辐射方向图。

单天线方向图见图1，双天线射频合成方向图见图2。可见前者性能明显优于后者，这是因为两副天线在交界区信号强度接近，由于相位偏差导致部分区域能量相互抵消，形成较强的干涉区，该区域不能进行有效测控，也就是测控盲区。

一旦卫星姿态不稳导致测控盲区长期对地，则卫星可能失控，再加上导航卫星载荷功耗大，如果此时太阳帆板对日角度不好，其后果是致命的。即使该区域只是短暂对地，也会造成测控信号中断，影响卫星姿态调整，很有可能导致卫星导航任务的中断。因此，有必要研究导航卫星全向测控的方法，让卫星在任何姿态下均能有效测控，确保卫星安全和导航任务的顺利执行。

二、遥控信号的全向数字合成

遥控全向天线合成示意图见图3。两台扩频接收机和地面站的遥控扩频码均相同。地面站将遥控射频信号同时发送到导航卫星的两副测控天线。

卫星的两副天线分别接收遥控射频信号。扩频接收机A将对天遥控射频信号解调为对天遥控数字信号，扩频接收机B将对地遥控射频信号解调为对地遥控数字信号。数字合成器根据两路射频信号的强弱进行选择，输出较强射频信号对应的遥控数字信号给计算机。

两副测控天线在射频上是完全隔离的，因此不存在射频信号相位差引起的干涉区。解调出的两路遥控数字信号在相位上是相同的，只要载波都锁定，则可以任选一路输出。

三、遥测信号的全向数字合成

遥测全向天线合成示意图见图4。地面扩频接收机A和卫星扩频发射机A的遥测扩频码相同，地面扩频接收机B和卫星扩频发射机B的遥测扩频码相同，前者和后者扩频码不同。卫星天线A和地面天线A的极化方式相同，卫星天线B和地面天线B的极化方式相同，前者和后者的极化方式不同。

星载计算机将遥测数字信号同时送两台扩频发射机，通过不同的扩频码调制到遥测射频信号A和遥测射频信号B。

地面天线A将接收到的遥测射频信号A送扩频接收机A，地面天线B将接收到的遥测射频信号B送扩频接收机B，用不同的扩频码分别解调出遥测数字信号A和遥测数字信号B。数字合成器根据两路射频信号的强弱进行选择，输出较强射频信号对应的遥测数字信号给计算机。

两路遥测射频信号在射频上是合在一起的，实质上是通过不同的扩频码和不同的天线极化方式来分离，然后在数字信号层面上进行合成的。不同扩频码之间的隔离度通常大于10dB，不同天线极化方式之间的隔离度通常大于10dB，能够有效避免两副天线在干涉区的相互干扰。

四、数字合成全向天线方向图

全向天线数字合成方向图见图5。可见导航卫星的两副测控天线直接射频合成导致的干涉区，能够通过数字合成有效消除。

由于两路遥控射频信号在射频上是完全隔离的，不存在射频信号相位差引起的干涉区，所以合成效果很理想。

相反，由于两路遥测射频信号在射频上是合在一起的，存在两路不同扩频码的射频信号之间的相互干扰，所以合成效果受扩频码码间隔离度和天线极化隔离度的影响。不过通常两者隔离度之和都大于20dB，因此还是能够有效避免两路遥测射频信号的相互干扰。

五、结束语

随着当前军事和民用对导航定位的需求不断增强，导航卫星的应用将会越来越普遍。针对导航卫星任务的重要性和特殊性，使用全向测控方法，充分利用地面资源，即使在卫星姿态不稳的情况下也能提供实时有效的测控，保证导航卫星安全和任务的顺利完成。

见www.dcw.org.cn