關(guān)于風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星天線系統(tǒng)工作原理淺析

魏 迎,王婷婷

（1.佳木斯氣象衛(wèi)星地面站,黑龍江 佳木斯 154007；2.黑龍江省氣象局，黑龍江 哈爾濱 150001）

關(guān)于風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星天線系統(tǒng)工作原理淺析

魏 迎1,王婷婷2

（1.佳木斯氣象衛(wèi)星地面站,黑龍江 佳木斯 154007；2.黑龍江省氣象局，黑龍江 哈爾濱 150001）

1 概述

風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)天線分系統(tǒng)是我國(guó)FY-3氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)（DAS）的重要組成部分，佳木斯氣象衛(wèi)星地面站采用此分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，其主要任務(wù)是自動(dòng)跟蹤FY-3衛(wèi)星和同期的國(guó)外同類衛(wèi)星，并接收衛(wèi)星下傳的X頻段信號(hào)和L頻段信號(hào)。

2 主要功能及技術(shù)指標(biāo)

2.1 主要功能

DPT接收天線分系統(tǒng)具有L、X雙頻信號(hào)跟蹤、接收能力，主要功能要求如下：具有接收FY-3為主，兼容接收 FY-1D、NOAA、METOP、NPP/NPOESS、SPOT、科技部減災(zāi)小衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、資源衛(wèi)星及環(huán)境與減災(zāi)衛(wèi)星的遙感資料及數(shù)據(jù)能力；能同時(shí)接收L頻段信號(hào)和X頻段信號(hào)；跟蹤、接收左旋或右旋圓極化信號(hào)L頻段和X頻段遙感數(shù)據(jù)；系統(tǒng)具有仰角3°以上跟蹤、5°以上無(wú)接收盲區(qū)的能力；具有接收站管理分系統(tǒng)的調(diào)度命令、軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)及參數(shù)修改并向站管理分系統(tǒng)上報(bào)本分系統(tǒng)狀態(tài)的功能；站管理分系統(tǒng)故障時(shí)，具有自主運(yùn)行功能，能保證對(duì)信號(hào)的接收；具有L/X頻段自檢測(cè)試信號(hào)耦合天線；當(dāng)天線與機(jī)房距離較遠(yuǎn)時(shí)，能對(duì)天線進(jìn)行遠(yuǎn)距離的控制。

2.2主要技術(shù)指標(biāo)

（1）工作頻段。 L 頻段：1698-1710 MHz；X 頻段：7750-7850 MHz，8000-8400 MHz； 兼顧 7140-7250 MHz。

（2）天線口徑及形式：12米卡塞格倫型雙反射面天線。

（3）系統(tǒng)品質(zhì)因素（在晴天、微風(fēng)條件下，天線仰角大于 5°時(shí)）。 L頻段：G/T≥20.0+20lg(f/1.698)dB/K，f-GHz；X 頻段：G/T≥35.0+20lg(f/7.75)dB/K，f-GHz。

（4）極化方式。L頻段：左旋或右旋圓極化，電控切換，切換時(shí)間≤1秒；X頻段：左旋或右旋圓極化，電控切換，切換時(shí)間≤1秒。

3 設(shè)備組成及工作原理

3.1 分系統(tǒng)組成

DPT接收天線分系統(tǒng)主要由天饋?zhàn)酉到y(tǒng)、跟蹤接收子系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)、天線控制子系統(tǒng)、跟蹤接收子系統(tǒng)標(biāo)校及附屬設(shè)備組成。

3.2 分系統(tǒng)工作原理

DPT接收天線分系統(tǒng)采用X頻段單喇叭、L頻段四喇叭組合饋源，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)FY-3衛(wèi)星及其它遙感衛(wèi)星的跟蹤和遙感數(shù)據(jù)、遙測(cè)數(shù)據(jù)的接收，具有自動(dòng)跟蹤、數(shù)字引導(dǎo)、程序跟蹤、手動(dòng)控制、掃描等多種工作方式，使得天線操控靈活，目標(biāo)捕獲能力強(qiáng)。單脈沖自動(dòng)跟蹤是系統(tǒng)的主要工作方式。

DPT接收天線分系統(tǒng)采用成熟的單脈沖跟蹤體制。其中X頻段采用多模單脈沖自動(dòng)跟蹤體制、L頻段采用多喇叭單脈沖自動(dòng)跟蹤體制。

增加L頻段單脈沖自跟蹤的目的是為了確保天線在X頻段的有效捕獲目標(biāo)和可靠跟蹤目標(biāo)。單脈沖跟蹤要求目標(biāo)必須在半功率波束寬度之內(nèi)，而天線在X頻段半功率波束寬度為0.2°，即天線波束中心偏離目標(biāo)0.1°范圍內(nèi)，X頻段自跟蹤才能捕獲并跟蹤目標(biāo)。由于軌道預(yù)報(bào)誤差、天線軸系誤差等因素影響,在程序引導(dǎo)精度達(dá)不到要求時(shí)有可能實(shí)現(xiàn)不了X頻段自動(dòng)跟蹤。另外由于L頻段程序跟蹤指向偏差造成天線波束指向偏出X頻段半功率波束寬度之外，影響到X頻段自動(dòng)跟蹤。而12 m天線在L頻段半功率波束為1°，因此，通過(guò)L頻段單脈沖對(duì)目標(biāo)實(shí)施自跟蹤之后再切換到X頻段單脈沖自動(dòng)跟蹤，可確保天線在X頻段的自動(dòng)捕獲并精確跟蹤目標(biāo)，保證FY-3接收系統(tǒng)的可靠工作。

多模單脈沖自動(dòng)跟蹤的原理是利用圓波導(dǎo)中基模TE11模的單峰特性和高次模TE21模的雙峰特性，基模形成和方向圖，高次模產(chǎn)生差方向圖。當(dāng)天線電軸對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，來(lái)波信號(hào)在喇叭中只激勵(lì)起基模；當(dāng)目標(biāo)偏離天線的電軸時(shí)，來(lái)波信號(hào)在喇叭中同時(shí)激勵(lì)起基模和高次模。通過(guò)跟蹤模耦合器濾除其它高次模，只允許TE21模通過(guò)，然后經(jīng)合成網(wǎng)絡(luò)形成目標(biāo)偏離電軸的誤差信號(hào)。

L頻段四喇叭單脈沖自動(dòng)跟蹤的原理是利用上下、左右布置的四個(gè)喇叭來(lái)接收L頻段來(lái)波信號(hào)，上面兩喇叭信號(hào)與下面兩喇叭信號(hào)相減形成俯仰差信號(hào)，左面兩喇叭合成與右面兩喇叭信號(hào)相減形成方位差信號(hào)，四個(gè)喇叭的信號(hào)相加形成和信號(hào)。

上述誤差信號(hào)經(jīng)低噪聲放大后進(jìn)入單信道合成，合成的和加差信號(hào)經(jīng)變頻后送跟蹤接收機(jī)。伺服系統(tǒng)根據(jù)跟蹤接收機(jī)解調(diào)出直流誤差電壓，驅(qū)動(dòng)天線朝著減小誤差的方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤。

對(duì)于過(guò)頂目標(biāo)，可自動(dòng)調(diào)整第三軸的位置，使測(cè)量系有效傾斜，消除死區(qū)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意軌道傾角的低軌衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。

在天線對(duì)目標(biāo)的連續(xù)跟蹤過(guò)程中，天線位置顯示單元對(duì)天線軸的轉(zhuǎn)角實(shí)時(shí)編碼、顯示并送至站計(jì)算機(jī)，以完成對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理。

1002－252X(2017)03－0032－02

2017－6－1

魏 迎(1985-),女，黑龍江省哈爾濱市人，齊齊哈爾大學(xué)，本科生，助理工程師.