双通道扩频角跟踪体制下实时校相技术

ｌ…Ｈ【ｌ】国集成电路　■—＿　Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　沮．．　，‘｜　Ｉ　　Ｉ双通道扩频角跟踪体制下实时校相技术　刘晓杰　（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄，０５００８１）　摘要：深空测控系统要求具有角跟踪功能，而和差双通道跟踪体制下测控设备在任务前需要进行校相。　本文研究了实时校相算法，对该技术进行深入的推导分析，给出了具体的实现方案。并对此方案进行了　系统仿真，结果表明该方案可行。　关键词：校相；角跟踪；深空测控系统　中图分类号：ＴＮｇ１　文献标识码：Ａ　Ｒｅａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｐｈａｓｅ　Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　Ａｎｇｌｅ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ　ＬＩＵ　Ｘｉａｏ－ｊｉｅ　（Ｔｈｅ　５４ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｅｐ　ｓｐａｃｅ　３Ｔ＆Ｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｎｅｅｄｓ　ｔｏ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａｎｇｌｅ　ｔｒａｃｋｉｎｇ．Ａｓ　ａ　ｓｕｍ—ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｄｕａｌ　ｃｈａｎ—　ｎｅｌ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ　ｍｕｓｔ　ｃａｌｉｂｒａｔｅ　ｐｈａｓｅ　ｂｅｆｏｒｅ　ｓｔａｒｔｉｎｇ　ａ　ＴＴ＆Ｃ　ｍｉｓｓｉｏｎ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｐｈａｓｅ　ｃｏｒｒｅｃ—　ｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ＭＡＴＬＡＢ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｈａｓｅ　Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；Ａｎｇｌｅ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ；Ｄｅｅｐ　Ｓｐａｃｅ　ＴＴ＆Ｃ　Ｓｙｓｔｅｍ　引言　在卫星测控系统中，常采用双通道单脉冲跟踪　的和、差通道实施相位校准，即校相，才能实现天线　对目标的正常跟踪＿Ｉ１３］。　本文是依靠标校塔上的信标信号，由测角分系　统进行自动校相来完成的。定向灵敏度是反映角跟　踪系统性能的一项重要指标，其任务前能否快速、准　确地调整将会直接影响系统的跟踪性能。本文从接　体制来实现对目标的跟踪。在该体制中，地面接收　机的和、差通道的相位特性直接影响了系统的跟踪　性能。因此，在执行跟踪测控任务前，要求对接收机　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａｇ．ｃｏｍ　Ｌ一设计　悉　ｊ』ｊ　收机标校原理出发，对校相算法进行了推导，并给出　了具体的实现方案。　１　双通道角跟踪体制的　实时校相模型　图１给出了双通道角跟踪体制下校相系统模型　示意图。信号经发射天线向外辐射，经过无线信道　到达接收天线，信号经接收天线产生和路和差路信　号，经信道变频后送基带处理单元，基带处理单元产　生角误差信息反馈给伺服机柜，伺服机柜产生控制　信号送接收天线，控制天线转动，实现角跟踪。　ｔｌ　Ｉ　１　．ｆ　机柜．．　：坠　图１双通道角跟踪技术流程图　２双通道角跟踪体制的　实时校相方法　２．１角误差解调的原理和流程　接收信道送来的中频和、差信号。和路信号经过　中频采样后，送入ＦＰＧＡ的数字锁相环提取相干载　波，经过能量检测单元得到和路的ＡＧＣ控制信号。　和路的ＡＧＣ控制信号送给差路，完成差路信号的　ＡＧＣ控制。差路信号经过中频采样后，利用和支路　载波跟踪结果对差支路信号跟踪，经数字下变频低　通滤波，得到两路同相正交信号，对这两路同相正交　信号进行数学计算，完成角误差电压的解调　。如　图２所示为双通道角误差解调原理框图，并给出了　具体的理论推导。　２．２理论推导　接收的差路信号可表示为：　∑　…　，　：　：　　；．　１．１ｌ　，’ｒ测　△　Ａ　Ｇ童ＣＩ１　　—Ａ／一　Ｄ　一一，，　－　一　ＬＰ　－．矗他谜茬挝取　－－矗他谜茬挝取　△　凸　’　叫ＬＰ　俯仲　置提取　卜△　图２双通道角误差解调原理框图　Ａｃｏｓ（ｗｔ＋　）＋Ｅｓｉｎ（　￡＋　）　（１）　其中，Ｗ　为载波频率，　为方位的和差通道相　位差，　为俯仰的和差通道相位差。　用于产生Ｉ路输出的本振信号可表示为：　ｃｏｓ（　Ｈ－　１）　（２）　用于产生Ｑ路输出的本振信号可表示为：　ｓｉｎ（　ｆ＋　２）　（３）　其中，　、　为经过角误差移相器后输出的本　振相位，两者可调。　对于接收的差路信号首先进行下变频处理。Ｉ　路下变频过程可表示为：　［Ａｃｏｓ（ｗ　ｃ＋　）＋Ｅｓｉｎ（ｗ　ｔ＋　）］　（ｗ　￡＋　】）　－－Ａｃｏｓ（ｗ　ｆ＋　）术ＣＯＳ（ｗ　ｆ＋　１）＋　Ｅｓｉｎ（ｗ　ｆ＋　）术ＣＯＳ（ｗ　ｆ＋　１）　＝—　Ａ［ｃｏｓ（２ｗ　ｆ＋　＋　１）＋ＣＯＳ（　～　１）］＋　Ｅ［ｓｉｎ（２　ｆ＋ｔ３＋ｅ１）＋ｓｉｎ（卢一　１）］　ＬＰＦ＿１　Ａ２ｃ。ｓ（ＯＺ－ｑ￣）＋丢Ｂｉｎ（　）（４）　Ｑ路下变频过程可以表示为：　［Ａｅｏｓ（　ｆ＋　）＋Ｅｓｉｎ（ｗｒｆ＋　）］＊ｓｉｎ（ｗ　ｆ＋（ｐ２）　＝Ａｅｏｓ（ｗ　ｆ＋　）木ｓｉｎ（ｗ　ｆ＋　２）＋　Ｅｓｉｎ（ｗ　ｆ＋ｌｌＢ）术ｓｉｎ（ｗ　ｆ＋　２）　＝　Ａ［ｓｉｎ（２ｗ　￡＋　＋　：－ｓｉｎ（　～　：）１一　Ｅ［ｃ。ｓ（２　ｆ＋　＋　－ｃｏｓ（卢一　：）］　ＬＰＦ＿１　Ａｓｉｎ（Ｏ／－－（＃２２）＋吉Ｅｃ。ｓ（　）（５）　Ｉ　ＩＩｑ　　Ｈ【ｌ】国集成电路　—＿Ｃｈｉ　ｎａ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　斗　”　。　ｆ　由（４）式和（５）式石］得，经Ｆ变频后Ｉ、Ｑ路的　由（１３）式可知，如果不调节移相器　，（１３）　输出分别可以表示为：　式会含有方位信息，若让其只输出俯仰角误差信息，　且保证能量的极性不变时，则令　：＝ＯＬ＝ｘ，此时输　出的俯仰角误差电压为：　（ｆ）＝吉Ａｃ。ｓ（　～　）＋吉　ｉｎ（　一　）　％（ｆ）＝一告Ａｓｉｎ（　一　：）＋　。ｓ（卢一　）（６）　ＯＳ（　一／３）　（１４）　使天线处于俯仰对准电标，将方位拉偏２ｍｉｌ　时，俯仰能量为零，即Ａ＝０，此时（６）式可以表示　为：　（ｆ）＝　Ａｃ。ｓ（　一　）　（ｆ）＝一｛Ａｓｉｎ（　一　。）　（７）　因为　、　：可调，此处令　＝　＝０，则有　一ｒｃｔａｎ（　（８）　使天线处于方位对准电标，将俯仰拉偏２ｍｉｌ　时，方位能量为零，即Ａ＝０，此时（６）式可以表示　为：　（ｆ）＝　Ｂｉｎ（３－　。）　（ｆ）＝一｛＆。ｓ（３－　：）　（９）　令　＝ｑｏ　＝０，此时可得　卢　ａｎ（　…）　由图２可知，移相器１设置为零时，方位角误差提　取△　可表示为：　ｓ（　）＋　Ｂｉｎ（　）　（１１）　由式（１１）可知，如果不调节移相器　，（１１）　式会含有俯仰分量，若让其只输出方位角误差信息，　且保证能量的极性不变时，则令　。＝Ｙ＝　代人　（１１）式，此时输出的方位角误差电压为：　—　Ａｃ。ｓ（　—　）　（１２）　同理，由图２可知，移相器２设置为零时，俯仰　角误差提取△　可表示为：　一专Ａｓｉｎ（　一　：）＋　。ｓ（ＪＢ一　。）（１３）　综上，通过图２的原理框图和理论推导，本文如　何提取俯仰角误差电压和方位角误差电压的方法。　下面将给出灵敏度的标定方法　。　２．３定向灵敏度的标定　ａ）使得天线处于方位对准电标，俯仰偏离２ｒａｉｌ　状态，此时输出的俯仰能量为：　１　１　Ｅｅｏｓ（△　２－Ａ　１）　调整并记录俯仰定向灵敏度因子，使其满足设　备参数（指标）要求。　ｂ）使得天线处于俯仰对准电标，方位偏离２ｍｉｌ　状态，此时输出的方位能量为：　１　Ａｃｏｓ（Ａ　１一△　２）　二　调整并记录方位定向灵敏度因子，使其满足设　备参数（指标）要求。　３校相技术的工程实现及仿真　在具体工程实现中，接收信道送来的７０ＭＨｚ中　频和、差信号，系统采样率为２８０ＭＨｚ，接收差路信　号形式如（１）式所示。实现过程如图２所示。根据　测试数据，给出了方位、俯仰的角收敛与跟踪过程，　分别如图３、图４所示。　４结束语　校相技术是测控设备中一项重要的标校工作，　本文研究的方法完全可以满足卫星测控系统的校　相精度要求【¨ｏ］，并在实践中经过检验，是具有可行