多波束测控系统测量支路锁定异常分析及对策

单福悦，傅 明，周 峰，赵潇逸，刘 林

(中国人民解放军63759部队，吉林 长春130000)

0 引言

测控设备集中建设，解决了测控资源紧张[1]的问题，但对于设备间的相互影响研究较少，主要是针对星锁异常[2]进行研究。随着新型设备不断布设，其多星测控[3]能力已经得到很好的体现，但其天线口径[4]小，形成多波束时又降低了EIRP值，在跟踪时，多颗卫星的距离较近，很多卫星基本在同一波束[5]内，其他大型测控天线发射功率时会产生强烈的干扰，导致测量支路锁定异常[6]，不能准确判断卫星工作状态。研究解决多目标跟踪时测量支路锁定异常，制定有效的目标捕获策略[7]对提高多目标测控能力具有较大意义。本文结合多波束测控特点以及任务链路[8]特性，对测量支路锁定异常进行研究，制定出一套适用于多套设备集中情况下的测控方案[9]。

1 多波束测控系统测试和试验

为尽可能排除引起多波束测控系统测量支路锁定异常的其他可能因素，进一步确定设备的任务状态和工作状态，保证设备更好地执行后续任务，对部分指标[10]进行了测试，对可能会影响系统性能的因素进行了试验验证。

1.1 波束指向精度测试

标校塔变频器[11]方式，设置发射、接收波束指向标校塔，使用频谱仪测量接收信号电平。记录角度值、AGC电压和信号电平，手动调整发、收波束指向，使接收信号最强，记录角度值、AGC电压和接收信号电平。

如表1所示，多波束测控系统波束指向精度优于0.1°。由于多波束测控系统等效天线口径较小，波束宽度较大，因此，不存在因天线指向偏差导致的接收、发射能力下降问题。

表1 指向精度测试数据记录

目标方位角度/(°)俯仰角度/(°)AGC/V1330.7121.6544.22330.7111.6534.33330.7111.6534.3

1.2 三目标EIRP一致性测试

标校塔射频闭环[12]。基带经上变频器输出任务频点载波信号f0至目标1功放激励，利用2个信号源分别产生f0+5 MHz，f0-5 MHz载波信号至目标2和目标3功放激励，调整3路载波信号电平一致。同步设置3路激励信号衰减器衰减量最大，使用频谱仪测量并记录3路接收信号电平。间隔2 dB同步减小3路激励信号衰减器衰减量，测量并记录3路接收信号电平变化。

三目标EIRP一致性曲线如图1所示，多波束测控系统在多目标工作时，在功放激励衰减为6 dB左右时，功放出现饱和现象。继续减小衰减器衰减量，各目标输出信号EIRP值基本不会增加，甚至可能减小；此外，由于各目标衰减器的不一致性，导致副目标2输出EIRP值较其他2个目标出现最大4 dB的差异，有必要对衰减器的一致性进行标定或对衰减器进行更换。

图1 三目标EIRP一致性曲线

1.3 目标EIRP性能变化测试

标校塔变频器射频闭环。基带经上变频器输出任务频点载波信号f0至目标1功放激励，设置目标1激励信号衰减器衰减量为6 dB。利用2个信号源分别产生f0+5 MHz，f0-5 MHz载波信号至目标2和目标3功放激励，调整目标2、目标3载波信号电平与目标1一致。功放只接入目标1信号，使用频谱仪测量并记录目标1接收信号电平；功放再接入目标2信号，用频谱仪测量并记录目标1、目标2接收信号电平；功放再接入目标3信号，用频谱仪测量并记录目标1、目标2和目标3接收信号电平；间隔2 dB先增加再减小目标3激励信号，记录目标1、目标2和目标3接收信号电平变化。

EIRP性能变化曲线如图2所示，设置三目标激励输入衰减量一致情况下，增加一个目标输入信号时，已存在输入信号的目标EIRP值没有出现中断或突跳，且下降幅度范围为1.5～1.9 dB，属正常现象；另外三目标全部发上行后，各目标输出EIRP基本一致。表明各目标逐次发上行过程中，后发上行目标对先发上行目标没有影响。

图2 EIRP性能变化曲线

固定其中2目标激励衰减，调整另一目标衰减量时[7]，由各目标EIRP性能变化测试数据和曲线可以看出，各目标衰减值设置在6 dB附近，若其中某一目标输出EIRP值偏弱或偏强时，可以通过微调该目标激励输入衰减的方法调整该目标的输出EIRP值。所调目标的EIRP近似线性明显增加或减小，而其他2个目标的输出EIRP仅略微减小或增加。

2 跟踪条件分析

2.1 链路电平分析

对系统链路进行计算[13]，结果如表2所示。卫星下行信号满足多波束测控系统接收解调要求。但多波束测控系统上行信号电平不满足星上捕获门限要求：多波束测控系统工作在三目标模式时，在远距离点，上行遥控支路和测量支路的信号电平分别较卫星捕获门限差4.54，10.56 dB；多波束测控系统工作在单目标状态时，在远距离点上行遥控支路信号电平满足卫星捕获门限要求，但测量支路的电平较卫星捕获门限相差4.56 dB。

表2 多目标任务链路估算结果

链路因素数值径向距离/km1 100卫星遥控支路接收余量/dB6.46/12.46卫星测量支路接收余量/dB0.44/6.44地面遥测支路接收余量/dB18.39地面测量支路接收余量/dB12.29

由于卫星接收机门限和系统上行EIRP都有一定余量，卫星能够正常跟踪解调多波束测控系统上行测量支路信号。

2.2 任务干扰分析

多目标[9]测控共有5个，各目标由前至后相对位置关系大致为：B星、上舱、A星、下舱和C星。地面测控资源分配为：多波束测控系统跟踪A星、B星和C星；单波束测控系统a跟踪上舱；单波束测控系统b跟踪下舱。3星与上舱夹角关系如图3所示。

图3 多目标夹角

可以看出，下舱与A星相对于角度主要在0.5°以下；同样，上舱与A星相对角呈现出相同的规律。由于A星位于2个载荷舱之间，A星除接收到多波束测控系统目标1的上行信号外，不可避免地会受到单波束测控系统a、单波束测控系统b及多波束测控系统目标2和目标3上行信号或大或小的干扰。考虑到图3中A星与下载荷舱相对角的变化情况及多波束测控系统目标2和目标3上行信号可能产生的干扰，A星接收测量支路干扰信号相对于有效信号的强度将在17.8 dB附近起伏，由于扩频码其抗码间干扰能力要小于20 dB，其结果表现为A星无法稳定锁定多目标测控系统目标1上行测量支路信号，进而导致多目标测控系统目标1接收测量支路不能锁定，完成距离捕获。

2.3 试验结论

根据上述试验结果和跟踪条件分析[14]，多波束测控系统测量支路锁定异常原因为多波束上舱和下舱距离A星较近，单波束测控系统分别跟踪2个载荷舱，而2套系统的上行EIRP远远大于多波束测控系统上行测量信号EIRP，使其上行信号对多波束测控系统目标1上行信号产生干扰，导致A星不能稳定锁定上行测量支路信号，进而引起多波束测控系统目标1测量支路不能正常锁定，无法完成距离捕获。

3 对策及跟踪

3.1 对策

针对上述分析和实验结论，解决多波束测控系统测量支路锁定异常问题，对多波束测控系统在跟踪时进行配置设置、功率设置以及相关参数的设置。

① 参试设备配置

多波束测控系统目标1、目标2和目标3分别跟踪A星、上舱和下舱；单波束测控系统分别跟踪B星和C星。上述配置使得单波束测控系统距离多波束测控系统目标1最远，对其干扰最小。

② 单波束测控系统上行功率设置

在确保单波束测控系统固态功放输出功率[10]稳定的条件下，尽可能降低输出功率。上述设置使单波束测控系统在稳定跟踪B星和C星条件下，对多波束测控系统各目标干扰最小。

③ 多波束测控系统相关参数设置

多波束测控系统功放激励衰减设置：目标1/4 dB；目标2/10 dB；目标3/10 dB。多波束测控系统遥控/测量功率比设置：目标1/4∶1；目标2/最小值；目标3/最小值。上述设置使得多波束测控系统目标1(A星)上行遥控支路EIRP最大，各目标上行测量支路EIRP[15]基本均衡，而功放又基本工作在最佳工作点。

3.2 跟踪验证

根据上述对策，对多目标进行跟踪验证，结果如表3所示。

表3 跟踪结果

设备目标数锁定情况成功率/%多波束测控系统3正常100单波束测控系统a1正常100单波束测控系统b1正常100

由表3可以看出，多套设备同时跟踪5个目标时，采用上述对策，目标捕获成功率均为100%，可以实现稳定跟踪[16]。

4 结束语

通过对多波束测控系统进行测试和验证，研究分析任务链路，提出一种适用于多套设备集中情况下的测控方案。解决了多波束测控系统测量支路锁定异常的问题，使测站多套设备可以完成多目标测控任务成为可能。今后可对多套设备参数设置动态分配方法做进一步研究，提高测站设备的自适应能力。