关于风云三号气象卫星天线系统工作原理浅析

魏 迎,王婷婷

（1.佳木斯气象卫星地面站,黑龙江 佳木斯 154007；2.黑龙江省气象局，黑龙江 哈尔滨 150001）

关于风云三号气象卫星天线系统工作原理浅析

魏 迎1,王婷婷2

（1.佳木斯气象卫星地面站,黑龙江 佳木斯 154007；2.黑龙江省气象局，黑龙江 哈尔滨 150001）

1 概述

风云三号气象卫星数据接收系统天线分系统是我国FY-3气象卫星数据接收系统（DAS）的重要组成部分，佳木斯气象卫星地面站采用此分系统进行数据接收，其主要任务是自动跟踪FY-3卫星和同期的国外同类卫星，并接收卫星下传的X频段信号和L频段信号。

2 主要功能及技术指标

2.1 主要功能

DPT接收天线分系统具有L、X双频信号跟踪、接收能力，主要功能要求如下：具有接收FY-3为主，兼容接收 FY-1D、NOAA、METOP、NPP/NPOESS、SPOT、科技部减灾小卫星、海洋卫星、资源卫星及环境与减灾卫星的遥感资料及数据能力；能同时接收L频段信号和X频段信号；跟踪、接收左旋或右旋圆极化信号L频段和X频段遥感数据；系统具有仰角3°以上跟踪、5°以上无接收盲区的能力；具有接收站管理分系统的调度命令、轨道预报数据及参数修改并向站管理分系统上报本分系统状态的功能；站管理分系统故障时，具有自主运行功能，能保证对信号的接收；具有L/X频段自检测试信号耦合天线；当天线与机房距离较远时，能对天线进行远距离的控制。

2.2主要技术指标

（1）工作频段。 L 频段：1698-1710 MHz；X 频段：7750-7850 MHz，8000-8400 MHz； 兼顾 7140-7250 MHz。

（2）天线口径及形式：12米卡塞格伦型双反射面天线。

（3）系统品质因素（在晴天、微风条件下，天线仰角大于 5°时）。 L频段：G/T≥20.0+20lg(f/1.698)dB/K，f-GHz；X 频段：G/T≥35.0+20lg(f/7.75)dB/K，f-GHz。

（4）极化方式。L频段：左旋或右旋圆极化，电控切换，切换时间≤1秒；X频段：左旋或右旋圆极化，电控切换，切换时间≤1秒。

3 设备组成及工作原理

3.1 分系统组成

DPT接收天线分系统主要由天馈子系统、跟踪接收子系统、机械结构子系统、天线控制子系统、跟踪接收子系统标校及附属设备组成。

3.2 分系统工作原理

DPT接收天线分系统采用X频段单喇叭、L频段四喇叭组合馈源，能够实现对FY-3卫星及其它遥感卫星的跟踪和遥感数据、遥测数据的接收，具有自动跟踪、数字引导、程序跟踪、手动控制、扫描等多种工作方式，使得天线操控灵活，目标捕获能力强。单脉冲自动跟踪是系统的主要工作方式。

DPT接收天线分系统采用成熟的单脉冲跟踪体制。其中X频段采用多模单脉冲自动跟踪体制、L频段采用多喇叭单脉冲自动跟踪体制。

增加L频段单脉冲自跟踪的目的是为了确保天线在X频段的有效捕获目标和可靠跟踪目标。单脉冲跟踪要求目标必须在半功率波束宽度之内，而天线在X频段半功率波束宽度为0.2°，即天线波束中心偏离目标0.1°范围内，X频段自跟踪才能捕获并跟踪目标。由于轨道预报误差、天线轴系误差等因素影响,在程序引导精度达不到要求时有可能实现不了X频段自动跟踪。另外由于L频段程序跟踪指向偏差造成天线波束指向偏出X频段半功率波束宽度之外，影响到X频段自动跟踪。而12 m天线在L频段半功率波束为1°，因此，通过L频段单脉冲对目标实施自跟踪之后再切换到X频段单脉冲自动跟踪，可确保天线在X频段的自动捕获并精确跟踪目标，保证FY-3接收系统的可靠工作。

多模单脉冲自动跟踪的原理是利用圆波导中基模TE11模的单峰特性和高次模TE21模的双峰特性，基模形成和方向图，高次模产生差方向图。当天线电轴对准目标时，来波信号在喇叭中只激励起基模；当目标偏离天线的电轴时，来波信号在喇叭中同时激励起基模和高次模。通过跟踪模耦合器滤除其它高次模，只允许TE21模通过，然后经合成网络形成目标偏离电轴的误差信号。

L频段四喇叭单脉冲自动跟踪的原理是利用上下、左右布置的四个喇叭来接收L频段来波信号，上面两喇叭信号与下面两喇叭信号相减形成俯仰差信号，左面两喇叭合成与右面两喇叭信号相减形成方位差信号，四个喇叭的信号相加形成和信号。

上述误差信号经低噪声放大后进入单信道合成，合成的和加差信号经变频后送跟踪接收机。伺服系统根据跟踪接收机解调出直流误差电压，驱动天线朝着减小误差的方向运动，实现对目标的自动跟踪。

对于过顶目标，可自动调整第三轴的位置，使测量系有效倾斜，消除死区，以实现对任意轨道倾角的低轨卫星的连续跟踪。

在天线对目标的连续跟踪过程中，天线位置显示单元对天线轴的转角实时编码、显示并送至站计算机，以完成对测量数据的处理。

1002－252X(2017)03－0032－02

2017－6－1

魏 迎(1985-),女，黑龙江省哈尔滨市人，齐齐哈尔大学，本科生，助理工程师.