一种基于同轨卫星间的太赫兹通信的天线对准补充方法技术

本发明专利技术公开了一种基于同轨卫星间的太赫兹通信的天线对准补充方法，属于卫星通信技术领域。太赫兹卫星通信系统在没有伺服系统的情况下，利用卫星姿态的微调，并以软件作为补充，确定天线的最佳对准状态。卫星的微调姿采用“十”字扫描方式，发射端发射单载波信号，两星先后进行“十”扫描。测试数据在星上和地面先后进行一系列操作(如滤波、FFT、降采样检波等)，接收卫星将数据进行处理并加载时间信息组帧下传，与下传至地面的遥控遥测信息匹配，找出信号最强点的对应的两星姿态，即天线对准状态，将此姿态信息传给卫星测控中心，卫星测控中心调整到卫星最佳姿态，然后太赫兹载荷切换到正常通信状态，完成两卫星间的太赫兹载荷的单向信息传输。单向信息传输。单向信息传输。

【技术实现步骤摘要】
一种基于同轨卫星间的太赫兹通信的天线对准补充方法


[0001]本专利技术涉及到卫星通信
，特别涉及一种基于同轨卫星间的太赫兹通信的天线对准补充方法。

技术介绍

[0002]Terahertz(太赫兹)一般是指电磁波谱上频率在0.1
～
10THz范围内的电磁波段。太赫兹波介于微波毫米波和红外之间，处于宏观理论向微观量子理论的过渡区，电子学和光子学的交叉区域，特殊的位置决定了其具有同其它波段不同的特殊性质。
[0003]相对于微波通信而言，太赫兹通信的优点如下：1)带宽资源丰富，通信容量更大；2)太赫兹波被大气层完全吸收，无法到达地球表面，因而太赫兹波有更好的保密性及抗干扰能力；3)太赫兹波波长相对更短，在完成同样功能的情况下，天线的尺寸可以做得更小，收发组件也可以做得更加简单，有利于降低通信系统的重量和体积，适合飞行器搭载。
[0004]而相当于激光通信来说，太赫兹通信的优点则有：1)用光子能量约为可见光的1/40的太赫兹波作为信息载体，能量效率更高，适用于能量受限的空间平台；2)太赫兹信号的波束相对较宽，可达几个毫弧度，简化了捕获与跟踪系统(APT)的设计难度。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对同轨卫星间的太赫兹通信，在无天线伺服跟踪系统的情况下，利用卫星姿态微调和通信软件进行天线对准的方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种基于同轨卫星间的太赫兹通信的天线对准补充方法，包括以下步骤：
[0008](1)卫星测控中心固定接收卫星，控制发射卫星发射单载波信号，同时控制发射卫星先后沿X轴“一”方向扫描和沿Y轴“|”方向扫描；
[0009](2)接收卫星接收信号，将接收的信号下变频并解调，将解调出的数据通过星地链路传输至地面站，地面站对接收到的数据进行处理，计算得到发射卫星的信噪比随时间和姿态变化的轨迹；
[0010](3)地面站对轨迹进行分析处理，得到发射卫星最佳姿态信息；
[0011](4)卫星测控中心固定发射卫星，控制接收卫星发射单载波信号，同时控制接收卫星先后沿X轴“一”方向扫描和沿Y轴“|”方向扫描；
[0012](5)发射卫星接收信号，将接收的信号下变频并解调，将解调出的数据通过星地链路传输至地面站，地面站对接收到的数据进行处理，计算得到接收卫星的信噪比随时间和姿态变化的轨迹；
[0013](6)地面站对轨迹进行分析处理，得到接收卫星最佳姿态信息，并将发射卫星最佳姿态信息和接收卫星最佳姿态信息传输至卫星测控中心；
[0014](7)卫星测控中心根据地面站传输的信息进行两星调姿，将发射卫星和接收卫星调整至最佳姿态。
[0015]进一步的，步骤(2)和步骤(5)中将接收的信号下变频并解调，将解调出的数据通过星地链路传输至地面站，地面站对接收到的数据进行处理，计算得到信噪比随时间和姿态变化的轨迹，具体过程为：
[0016](101)将接收的信号进行A/D采样，并进行多相滤波、合成及CIC降采样；
[0017](102)把经过降采样后的实时数据添加时间信息并组帧；
[0018](103)把组帧后的数据进行信道编码调制后发送至星上馈电链路，实时通过星上馈电链路传输至地面站；
[0019](104)地面站将接收到的数据解调接收后，连同卫星姿态信息，进行FFT、平均降采样、单载波功率检测、对数信噪比计算和噪声功率计算处理，然后提取时间信息和对应的卫星姿态信息，进行实时图形显示。
[0020]进一步的，步骤(3)和步骤(6)中对轨迹进行分析处理，具体过程为：
[0021]当出现信噪比一直上升的轨迹后，由地面站控制持续让卫星继续沿原方向扫描，直到出现轨迹中的最大值，记录最大值位置及最大值对应的时间和姿态参量；如果信噪比先出现下降的轨迹，则由地面站控制卫星沿反方向扫描，直到出现先升后降轨迹时，记录最大值位置及最大值对应的时间和姿态参量。
[0022]本专利技术相比现有技术具有如下优点：
[0023](1)本专利技术利用此方式进行天线对准，省去了复杂的天线伺服系统，降低了整星重量。
[0024](2)本专利技术给现在的太赫兹星间通信提供了一种可操作性的对准方案。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的通信场景图。
[0026]图2是本专利技术实际操作流程图。
[0027]图3为本专利技术地面站接收到的信噪比轨迹图。
[0028]图4为本专利技术软件数据处理框图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术作进一步解释说明。
[0030]太赫兹的通信任务场景由图1组成，太赫兹载荷有发射和接收两部分组成，分别安装在两颗卫星上，两颗卫星的工程测控指令和业务指令由卫星测控中心和地面站发出。
[0031]具体实施方式如下：
[0032]在进行正常通信工作之前，首先进行射频环回测试，以验证信道设备工作是否正常，各种参数的设置是否正确。两星发射入轨后，在相距一定距离时，过顶20分钟前，按照预定指令，太赫兹系统启动，各单机设备电源开启。两星提前20分钟开启太赫兹载荷射频单机，过顶前3～5分钟开启行波管放大器。理论上，两颗卫星中的太赫兹收发天线处于对准状态，因为卫星的精度为：
[0033]a卫星本身位置精度：0.02km
[0034]b卫星姿态误差：0.05
°
[0035]c天线安装误差：0.05
‑
0.1
°
[0036]天线的波束宽度远大于卫星姿态误差和天线安装误差，本实施例没有天线伺服系统也可以进行通信，当接收载荷接收的电平不够高的时候，只需要卫星姿态进行微调即可以对准。
[0037]当过顶时，卫星下发遥控遥测信息，通过此信息判定太赫兹行波管放大器、射频收发单机等处于正常工作状态。
[0038]当过顶时直接进行通信传输试验。如图2左半部分所示，太赫兹系统启动后，地面站可以正常接收到经过太赫兹终端传输的信号，并且收到来自接收卫星馈电链路下发的速率、信噪比、误码率等均满足要求，则表示太赫兹星间传输系统试验成功，无需启动调姿程序。过顶后，关闭行波管单机。
[0039]当地面站不能正常接收信息时，开启卫星调姿的过程.
[0040]具体的调姿的过程为：在两星第二次过顶时，开启调姿模式，此时太赫兹载荷处于一直开启或过顶前20分钟开启状态。
[0041]1)两星提前20分钟开启太赫兹载荷，发射卫星发射单载波，并进行垂直于轨道面的“十”字扫描，固定接收卫星的姿态。由地面站的接收信号电平预测有三种情况，找到最大值后的由地面站对发射卫星位置进行时标、姿态和接收到的信噪比等参量进行记录。单星完成一次十字扫描时间约为80s，两颗星完成全部十字扫描时间约为3分钟。
[0042]2)具体操作步骤：
[0043](1)卫星测控中心固定接收卫星，控制发射卫星发射单载波信号，同时控制发射卫星先后沿X轴“一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于同轨卫星间的太赫兹通信的天线对准补充方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)卫星测控中心固定接收卫星，控制发射卫星发射单载波信号，同时控制发射卫星先后沿X轴“一”方向扫描和沿Y轴“|”方向扫描；(2)接收卫星接收信号，将接收的信号下变频并解调，将解调出的数据通过星地链路传输至地面站，地面站对接收到的数据进行处理，计算得到发射卫星的信噪比随时间和姿态变化的轨迹；(3)地面站对轨迹进行分析处理，得到发射卫星最佳姿态信息；(4)卫星测控中心固定发射卫星，控制接收卫星发射单载波信号，同时控制接收卫星先后沿X轴“一”方向扫描和沿Y轴“|”方向扫描；(5)发射卫星接收信号，将接收的信号下变频并解调，将解调出的数据通过星地链路传输至地面站，地面站对接收到的数据进行处理，计算得到接收卫星的信噪比随时间和姿态变化的轨迹；(6)地面站对轨迹进行分析处理，得到接收卫星最佳姿态信息，并将发射卫星最佳姿态信息和接收卫星最佳姿态信息传输至卫星测控中心；(7)卫星测控中心根据地面站传输的信息进行两星调姿，将发射卫星和接收卫星调整至最佳姿态。2.根据权利要求1所述的基于同轨卫星间的太赫兹通信的天线对准补充方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔冬暖，李强，段玮倩，宋瑞良，宋树田，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：