多波束测控系统目标快速切换方法研究

单福悦，高河山，凡 嵩，高 宁，刘玉泉

(中国人民解放军63778部队，黑龙江 佳木斯 154000)

多波束测控系统目标快速切换方法研究

单福悦，高河山，凡 嵩，高 宁，刘玉泉

(中国人民解放军63778部队，黑龙江 佳木斯 154000)

多波束测控系统是航天测控的发展方向，可实现多个目标的同时控制。针对当前多波束测控系统跟踪能力不足、多目标跟踪异常处置效率低的问题，提出了一种多波束测控系统目标快速切换跟踪的方法。在分析现有测控体制基础上,研究多通道标校、参数快速配置,并进行了跟踪验证,结果表明，该方法可在保证多波束测控系统多目标跟踪能力的基础上提高目标切换效率，为后续同类设备的工程建设提供参考。

多波束测控系统；应急处置；多通道标校；参数快速配置

0 引言

多波束测控系统在跟踪编队飞行的多目标时起到了很重要的作用，但其跟踪的目标数量有限，随着我国航天器日益发展，一箭20星等相继发射成功，对更多目标的同时测控提出了新需求。一箭多星发射是未来航天发展的趋势[1]，对于传统的测控设备，每次只能跟踪单个目标[2]，多波束测控系统跟踪数量[3]也有限。目前，随着我国测控事业的发展，在轨卫星数量急剧增加，过境时间集中，目前的多波束跟踪技术[4]较为成熟，但状态切换过程繁琐，耗时长。为了实现简便、快速、准确的状态切换，节约卫星抢救[5]时间，掌握更多过境目标状态，本文利用多波束测控系统的优势，对多通道标校、参数快速配置以及目标的快速切换进行研究，可以同时对多个目标进行跟踪，节省测控资源[6]。

1 多通道标校研究

多波束天线系统发射(或接收)合成波束[7-8]实现的前提是多个发射(或接收)通道间的一致性[9]。这是因为所有波束形成的算法都是基于多通道的、是理想的、一致的。通过对相同频点以及不同频点卫星标校结果进行分析，标校结果如图1所示。由图1可以看出，每一个频点都会对应一个结果，标校结果[10]在相对长的时间能够保持稳定。

根据上述分析结果，多波束测控系统多通道标校流程如图2所示。流程中以频点为驱动，对常用接收频点进行多通道标校。后续任务圈次进行预订任务参数和设备配置下的标校工作。系统接收到任务计划后，首先根据时间判定是否进行自动标校，如果任务间隙较短，则调用数据库中拟合数据[11]进行跟踪。

(a) 不同频点

(b) 相同频点图1 标校结果

图2 校相流程

任务间隙较长，可以对后续任务进行集中标校，第1步进行频点分类，该步骤进行的工作为：把相同模式的卫星按照频点进行分类，然后进行标校，这样就避免了相同频点的卫星重复校相；第2步多通道标校，分别对通道1、通道2及通道3进行依次标校；第3步校相结束后，进行跟踪，同时将校相结果更新至拟合模型库。

2 参数快速配置

2.1 参数配置流程

多波束测控系统现有参数配置流程为：选择需要跟踪目标参数，选择通道，进行设置，分别计算轨道根数，装载程引文件进行跟踪。这种方法需要对多个分系统进行参数设置，耗时较长，通过对该流程进行优化，可以使任务时参数快速配置到基带，同时对相应通道进行轨道根数的计算，实现目标跟踪的快速切换。具体方法如下：

① 通过监控下达命令，通道固定，分别对需要配置通道下参数进行设置；

② 参数配置到基带，ACU和波控相应地设置任务标识和代号，同时根据任务标识自动计算轨道根数；

③ 装载程引文件进行跟踪。

参数快速配置流程如图3所示。

图3 参数快速配置流程

2.2 参数管理

基带参数[12]包括遥控、上行调制[13]、中频接收解扩[14]、测距、测速块、遥测和跟踪[15]等。各个单元之间的关系如图4所示。

图4 单元关系

遥控模块产生上行遥控基带扩频信号，送上行调制模块；同时，遥控小环接收中频遥控小环检测信号，完成遥控小环的解调；小环解调得到的信号与发送的遥控指令相对比，完成遥控小环比对。

上行调制模块根据监控单元的指令完成遥控信号和测距上行2路基带扩频信号的中频调制，并合成后输出给上行信道。在检测和零值标定时也可以完成遥测模拟源和测距下行信号的中频调制。

中频接收解扩模块接收一路中频信号，利用码分多址完成遥测和测量中频接收以及信号的解扩和解调，输出基带遥测信息和基带测量信息。

测距模块产生上行测距基带信息或下行测距基带模拟信息，送上行调制模块；同时，接收中频接收解扩模块输出的基带测量信息，完成基带测量信息的解调和测距比相。解调得到的星上多普勒频率值送测速模块。

测距模块将从下行数据流中获取星上时间采样信息与地面采样获取的地面时间采样信息进行比较计算，扣除单向距离传输时延后，得到高精度星地时差。

测速模块接收测距模块解调得到的星上测量伪多普勒频率值，并接收中频接收解扩模块的本振频率控制字得到接收信号的伪多普勒频率，完成卫星速度的解算。

遥测模块接收中频接收模块输出的基带遥测数据，解调得到遥测信息。同时，为了配合系统完成遥测误码率测试，利用遥测模拟源产生基带扩频遥测信息，送上行调制模块。

跟踪模块接收差路信号，解调出方位、俯仰角误差电压送到天伺分系统和波束控制分系统。如果基带工作在单目标条件下，基带监控软件会通过视频切换单元将角误差同时送天伺分系统和波控分系统。如果基带工作在多目标条件下，基带监控软件会通过视频切换单元选择1个目标的角误差电压同时送天伺分系统和波控分系统，其余目标的角误差送波控分系统完成角跟踪[16]。

3 跟踪验证

验证自动切换跟踪的软件环境采用Windows XP操作系统，开发平台为VC6.0编译环境，使用到的工具软件包括Office 2003以及代码统计工具。硬件设备有基带软件和系统监控服务器。

立足现有多波束测控系统，以卫星真实过境弧段作为验证条件，排除卫星及环境因素开展方案验证。通过上述方案研究，在多波束测控系统上验证目标快速切换及跟踪能力，通过搭建平台，对多批次目标进行切换跟踪，得到结果如表1所示。

表1 测试结果

从表1中可以看出，由于引导数据不准导致未正常跟踪外，通过对每个通道进行目标快速切换，成功率在95%以上，3种模式采用此方法，成功率均在98%以上，可以实现稳定跟踪。

传统的目标状态建立过程中包括许多重复或一定时间段内非必须的流程，本文采用的方法深入分析了目标状态建立全过程，删减了重复流程，在判断某些基准值可用时省略了重新标定基准值的过程，在保证目标切换和跟踪成功率的前提下，大大提高了目标切换效率。

4 结束语

本文通过对多目标测控系统性能进行研究，提出了跟踪目标快速切换的方法，可以实现更多目标的同时跟踪，在应急处置过程中，也能快速完成切换，为后续设备的设计提供参考。存在的不足是该方法只针对相同频点的卫星，后续通过硬件[17]的改造研究不同点卫星的切换跟踪方法。

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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

单福悦，高河山，凡 嵩，等.多波束测控系统目标快速切换方法研究[J].无线电工程,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

单福悦 男，(1983—)，工程师。主要研究方向：测控总体。

高河山 男，(1979—)，工程师。主要研究方向：测控总体。