船载航天测控系统自跟踪模式研究

　　引　言

　　在对航天飞行器进行测控时,首先需要人工操纵测控系统的天线搜索捕获到目标信号,并在适当时机实现测控系统天线对目标运动的自动跟踪,进而完成其它测控工作。船载测控系统跟踪目标的方法主要有,角误差电压自跟踪、数字引导、程序引导和互引导[1]四种。对于高测角精度的船载测控系统,主要采用单脉冲跟踪体制[2],以角误差电压自跟踪模式跟踪飞行目标。角误差电压反映目标偏离测控天线电轴[3]的空间角度大小,由测控系统从接收到的目标信号中解调获得。在实际跟踪目标时,目标的信号发射天线相对测控设备的张角是在不断变化的,当目标需要进行姿态调整时,这种变化更大,由于目标的信号发射天线的发射增益无法做到全向均匀,从而使得目标发出的信号也不断变化,测控设备接收到的目标信号就会产生很大起伏,当目标信号幅度在测控系统跟踪门限[2]附近起伏时,低于门限会造成信号失锁,此时的目标角误差电压杂乱无章,跳动大,目标信号略高于门限时也会造成角误差电压不稳定,在这种情况下采用角误差电压自跟踪就很可能造成测控天线失控飞车,进而导致一段时间内无法测控目标,严重时甚至会损坏天线导致测控工作失败。

　　目前,我国的航天发射活动日益频繁,对海上航天测控的需求也日益繁重,海上测控的风险也日益增加,如在某型卫星发射工作中,星箭分离前一分钟目标信号闪烁严重导致测控系统天线震荡,虽经操作手及时妥当处理保证了关键时刻的测控,但测控的可靠性严重依赖于操作手的临场发挥,无法保证万无一失。为了降低风险,很有必要寻求一种更为安全可靠且测角精度不下降的新型自跟踪模式。本文提出并详细分析介绍了混合自跟踪模式,该模式可以较好地解决目标信号不稳造成的测控可靠性差的问题。

　　1　混合自跟踪模式介绍与分析

　　通过对船载测控系统的研究,考虑采用一种新的混合自跟踪方案实现对目标的精确自跟踪。在新方案中,通过理论数引确定目标的大致位置(可称为粗略跟踪),通过目标角误差电压作小范围的修正,前者将测控系统天线控制到与飞行目标仅相差很小角度的一个“安全管道”内,后者再进一步实现精确控制达到对目标的精确跟踪。船载测控系统的天线驱动结构一般为A-E轴结构[4],伺服系统在控制天线的空间指向时对A、E轴两个方向单独控制。船载测控系统天线的指向角度可用相对船体的甲板坐标系[5]下的角度值来描述(简称甲板角度),也可用相对地球的大地坐标系下的角度值来描述(简称大地角度),由于船摇的存在,甲板角度和大地角度有一定差值,在进行数引时,参与运算的天线角度是甲板角度,下文未作特别说明时所涉及的角度均指甲板角度。