一种微米精度星间微波测距仪的地面测试验证方法技术

本发明专利技术公开了一种微米精度星间微波测距仪的地面测试验证方法，包括：进行远距离信号时延模拟测试：获取长基线长时延影响下的有偏距离测量精度σ1、距离变化率测量精度δ1；进行远距离信号电平衰减模拟测试：获得远距离静态条件下的系统噪声影响下的有偏距离测量精度σ2、距离变化率测量精度δ2；进行空域指向与距离动态模拟测试：获取A、B星间测距仪在空域指向与距离动态变化模拟条件下的有偏距离测量精度σ3、距离变化率测量精度δ3；根据上述测试结果，计算得到总体有偏距离测量精度σ和总体距离变化率测量精度δ。本发明专利技术解决了星间测距仪地面测试验证技术难题，也化解了由于在轨没有微米精度的距离变化真值比对评价而可能带来的应用风险。可能带来的应用风险。可能带来的应用风险。

【技术实现步骤摘要】
一种微米精度星间微波测距仪的地面测试验证方法


[0001]本专利技术涉及一种微米精度星间微波测距仪的地面测试验证方法，属于卫星星间测量微波星间测距仪


技术介绍

[0002]在以重力测量卫星微米级精度测距系统(KBR)、导航卫星高精度信号处理以及其他科学测量领域，地面的性能测试验证对于检验产品实际性能十分重要，而极高精度的测量系统各部分的耦合往往十分紧密，误差因素极多，而且如此高精度测试仪器产品在轨应用中也没有其他更高精度的测量仪器获取真值与之比对验证，因此地面对其性能的测试验证非常重要。
[0003]我国低低跟踪重力测量卫星微米级高精度微波星间测距仪，针对两星在轨测量时实际距离达百公里级，星间测距仪天线波束窄，口面外无任何遮挡无多径影响，两星间天线轴线指向保持对准且长期稳定在有限的小角度范围，对于星间测距仪的地面测试验证还需要评价在轨信号入射角对测量精度的影响，而地面测试场地难以实现如此条件，因此微米精度微波星间测距仪的地面测量性能验证成为一个技术难题。
[0004]针对低低跟踪重力测量卫星GRACE应用背景，美国JPL已研制的低低跟踪重力测量卫星微米级高精度微波测距也采用了微波双单向测距体制，但是公开文献都是对其双单向测距体制的原理介绍和测距性能的描述，而国内公开文献也有开展的相关关键技术研究，但是所提测试方法仅针对部分误差要素研究，因此现有技术缺乏产品测量性能的地面测试方法。
[0005]综上，现有方法可以总结出如下不足之处：精度上一般是米级精度测试，测试模拟的场景也和所需不同，已有测试系统所带来的误差远超本专利技术要求的精度。

技术实现思路

[0006]本专利技术的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提出一种微米精度星间微波测距仪的地面测试验证方法，解决了星间测距仪地面测试验证技术难题，也化解了由于在轨没有微米精度的距离变化真值比对评价而可能带来的应用风险。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种微米精度星间微波测距仪的地面测试验证方法，包括：
[0009]步骤1、进行远距离信号时延模拟测试：被测的两星星间测距仪的双向信号收发端口间插入高稳定时延模拟器，测试获取长基线长时延影响下的有偏距离测量精度σ1、距离变化率测量精度δ1；
[0010]步骤2、进行远距离信号电平衰减模拟测试：在两星星间测距仪间插入空间远距离信号电平衰减模拟装置进行测试获得远距离静态条件下的系统噪声影响下的有偏距离测量精度σ2、距离变化率测量精度δ2；
[0011]步骤3、进行空域指向与距离动态模拟测试：将被测A或B星间测距仪安置到大吸波
暗室一端的高台上的高精度转台上，在相距L米的暗室另一端高台的两维位置可调支架上安装星间测距仪信号模拟器，在星间测距仪和另一星间测距仪信号模拟器间建立微波信号链路进行测试，分别测试两次获取A、B星间测距仪在空域指向与距离动态变化模拟条件下的有偏距离测量精度σ3、距离变化率测量精度δ3；
[0012]步骤4、根据上述测试结果，计算得到总体有偏距离测量精度σ和总体距离变化率测量精度δ。
[0013]进一步的，所述高稳定时延模拟器为双向长基线时延模拟器，两端输入输出是星间测距仪所用微波频段的长时延的光纤模拟延迟线；
[0014]高稳定时延模拟器包括激光器、光电调制和解调设备A、包含可调时延的光信号延迟器的超长光纤、光电调制和解调设备B、光纤延迟实时测量控制器；光电调制和解调设备A将输入的微波信号调制到激光器产生激光载波上，通过超长光纤传输后，再通过光电调制和解调设备B解调出微波信号输出，实现从A到B的微波信号传输延迟，同理实现从B到A的反向微波信号传输延迟，实现双向的微波信号长时延传输；
[0015]光纤延迟实时测量控制器通过实时检测超长光纤输入/输出信号的传输延迟抖动变化并控制可调时延的光信号延迟器保证时延模拟器的时延稳定在指标要求的微米精度；超长光纤的长度根据测试需求可设置。
[0016]进一步的，星间测距仪输出信号通过高稳定时延模拟器后输出给另一个星间测距仪的接收入口，通过配置衰减器使得入口电平设置不小于在轨最小距离电平状态。
[0017]进一步的，进行远距离信号时延模拟测试、进行远距离信号电平衰减模拟测试以及进行空域指向与距离动态模拟测试的过程中，被测件和测试设备环境温度实时监测记录，要求变化控制在小于0.1度以下，且测试期间环境保持稳定，避免产生振动源。
[0018]进一步的，所述空间远距离信号电平衰减模拟装置包括带有面向被测天线口面的吸波箱A、极化一致的收发天线A、可调节信号衰减器、带有面向被测天线口面的吸波箱B、极化一致的收发天线B；面向被测天线口面的吸波箱A和极化一致的收发天线A接收到被测A星天线发射的信号后通过可调节信号衰减器后再通过极化一致的收发天线B和面向被测天线口面的吸波箱B发射给被测B星天线；同理实现从B星发射给A星的反向微波信号传输；吸波箱尺寸大小选择与天线口面大小和信号频段相关，需要达到有效的吸波抑制信号多径影响；可调节信号衰减器衰减范围按照模拟的星间微波链路空域衰减计算值确定，达到地面测试和在轨应用场景系统噪声等效。
[0019]进一步的，进行远距离信号电平衰减模拟测试时，对星间测距仪在指标要求的最远、最近距离以及中值距离三种状态下都进行测试，获取对应的有偏距离测量精度、距离变化率测量精度，分析三种距离下的测试结果，与理论结果之间差值符合预期时认为测试结果有效，选取有效测试结果中最远距离的测试结果参加总精度计算。
[0020]进一步的，大微波暗室中，高精度转台具有方位、俯仰两维高精度转动和前后向亚微米精度平移功能，安装被测设备和转台的高台稳定度达到微米量级；高台高度H和天线口面间距离L选择达到天线测试远场要求；
[0021]星间测距仪信号模拟器天线喇叭采用与被测天线喇叭相同极化设计的小口径宽波束天线，减小二次反射多径对动态测量的影响，天线其它组成部分和星间测距仪天线一致。
[0022]进一步的，所述星间测距仪信号模拟器采用和被测产品相同设计基线的产品，其发射信号到天线前和从天线接收后均插入固定量的信号衰减器，使被测试件星间测距仪天线口面接收信号电平和信号模拟器接收信号电平都处于在轨最近距离的等效电平状态，使得被测产品和测试设备工作在系统噪声最小情况。
[0023]进一步的，进行空域指向与距离动态模拟测试时，先在指向视场角选择为零角度、指标要求较小偏角范围、较大偏角范围三种情况对星间测距仪进行测试，获取对应的星间测距仪的有偏距离测量精度和距离变化率测量精度结果与理论结果比对，若比对差值在预设范围内，对于两个星的星间测距仪即分别得到在指标要求偏角范围的两个测试结果，取其中较大值作为进行空域指向与距离动态模拟测试时最终结果。
[0024]进一步的，以转台距离向的微小平移量作为距离变化真值，对星间测距仪实测距离变化值和对应真值比对评估有偏距离测量精度，多次测量比对结果的统计标准差值作为动态比对有偏距离测量精度σ4，两个星本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微米精度星间微波测距仪的地面测试验证方法，其特征在于包括：进行远距离信号时延模拟测试：被测的两星星间测距仪的双向信号收发端口间插入高稳定时延模拟器，测试获取长基线长时延影响下的有偏距离测量精度σ1、距离变化率测量精度δ1；进行远距离信号电平衰减模拟测试：在两星星间测距仪间插入空间远距离信号电平衰减模拟装置进行测试获得远距离静态条件下的系统噪声影响下的有偏距离测量精度σ2、距离变化率测量精度δ2；进行空域指向与距离动态模拟测试：将被测A或B星间测距仪安置到大吸波暗室一端的高台上的高精度转台上，在相距L米的暗室另一端高台的两维位置可调支架上安装星间测距仪信号模拟器，在星间测距仪和另一星间测距仪信号模拟器间建立微波信号链路进行测试，分别测试两次获取A、B星间测距仪在空域指向与距离动态变化模拟条件下的有偏距离测量精度σ3、距离变化率测量精度δ3；根据上述测试结果，计算得到总体有偏距离测量精度σ和总体距离变化率测量精度δ。2.根据权利要求1所述的一种微米精度星间微波测距仪的地面测试验证方法，其特征在于：所述高稳定时延模拟器为双向长基线时延模拟器，两端输入输出是星间测距仪所用微波频段的长时延的光纤模拟延迟线；高稳定时延模拟器包括激光器、光电调制和解调设备A、包含可调时延的光信号延迟器的超长光纤、光电调制和解调设备B、光纤延迟实时测量控制器；光电调制和解调设备A将输入的微波信号调制到激光器产生激光载波上，通过超长光纤传输后，再通过光电调制和解调设备B解调出微波信号输出，实现从A到B的微波信号传输延迟，同理实现从B到A的反向微波信号传输延迟，实现双向的微波信号长时延传输；光纤延迟实时测量控制器通过实时检测超长光纤输入/输出信号的传输延迟抖动变化并控制可调时延的光信号延迟器保证时延模拟器的时延稳定在指标要求的微米精度；超长光纤的长度根据测试需求可设置。3.根据权利要求1所述的一种微米精度星间微波测距仪的地面测试验证方法，其特征在于：星间测距仪输出信号通过高稳定时延模拟器后输出给另一个星间测距仪的接收入口，通过配置衰减器使得入口电平设置不小于在轨最小距离电平状态。4.根据权利要求1所述的一种微米精度星间微波测距仪的地面测试验证方法，其特征在于：进行远距离信号时延模拟测试、进行远距离信号电平衰减模拟测试以及进行空域指向与距离动态模拟测试的过程中，被测件和测试设备环境温度实时监测记录，要求变化控制在小于0.1度以下，且测试期间环境保持稳定，避免产生振动源。5.根据权利要求1所述的一种微米精度星间微波测距仪的地面测试验证方法，其特征在于：所述空间远距离信号电平衰减模拟装置包括带有面向被测天线口面的吸波箱A、极化一致的收发天线A、可调节信号衰减器、带有面向被测天线口面的吸波箱B、极化一致的收发天线B；面向被测天线口面的吸波箱A和极化一致的收发天线A接收到被测A星天线发射的信号后通过可调节信号衰减器后再通过极化一致的收发天线B和面向被测天线口面的吸波箱B发射给被测B星天线；同理实现从B星发射给A星的反向微波信号传输；吸波箱尺寸大小选择与天线口面大小和信号频段相关，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟兴旺，刘玄，任帅，薛大雷，王登峰，杨珊珊，焦仲科，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：