Ｋａ 頻段車載遙感站天線伺服控制系統設計

摘 要：針對Ｋａ 頻段７． ３ ｍ 車載遙感站天線高精度標校、窄波束跟蹤等應用需求，提出一種多數據源融合的跟蹤控制方法。該方法采用雙ＧＰＳ ／ 北斗定北和太陽標校相結合的角度校準方法，提高了天線捕獲概率，解決了車載站天線難捕獲以及車載站轉場后伺服高精度角度標校的問題；綜合利用天線系統中的接收機跟蹤誤差數據、程序跟蹤點位數據、外部引導角度數據和天線實時角度測量數據，通過自適應加權最小二乘方法進行數據融合跟蹤，提高了車載站天線伺服控制系統跟蹤精度和跟蹤性能。測試結果表明，組合標校方法實現天線外場角度標校精度優于０． ０２°；多源融合跟蹤與單一數據源跟蹤相比，伺服控制系統跟蹤誤差減小了３０％ 以上，跟蹤精度優于１ ／ １５ 個波束寬度。驗證了組合標校和多源融合跟蹤方法的有效性，可用于指導大口徑高頻段遙感接收天線伺服控制系統設計。

關鍵詞：車載站；Ｋａ 頻段；伺服系統；融合跟蹤；太陽標校

中圖分類號：ＴＮ８２０． ３ 文獻標志碼：Ａ

文章編號：１００３－３１０６（２０２４）１０－２３９３－０８

０ 引言

隨著衛星遙感技術和低軌衛星通信技術的快速發展，對更大傳輸帶寬和更高傳輸速率的需求越來越迫切。國內外低軌衛星均已采用Ｋａ 頻段進行數據下傳［１－４］或衛星通信［５］。國內Ｋａ 頻段地面站的數量越來越多，而Ｋａ 頻段地面站面臨的關鍵是需要解決地面站天線對低軌衛星目標的窄波束高概率捕獲［６］和高精度跟蹤［７－９］等問題。Ｋａ 頻段天線波束較窄、地面站天線運動速度快，這些都對地面站天線跟蹤Ｋａ 頻段低軌衛星的跟蹤性能、指向精度以及跟蹤捕獲概率提出了更高的要求。

近年來，對Ｋａ 頻段遙感接收天線跟蹤控制技術的研究受到國內的關注和重視，在Ｓ 頻段跟蹤的同時增加Ｋａ 頻段指向角度偏置功能，Ｓ 頻段跟蹤時引導Ｋａ 頻段跟蹤方法［６］、變積分ＰＩＤ 與計算機輔助跟蹤結合方法［７］、變積分ＰＩＤ 控制器方法［８］、積分式ＰＩＤ 控制器方法［９］、采用目標測角輸出和角誤差電壓產生速度前饋控制信號進行高精度跟蹤的復合控制方法［１０］、寬帶檢測結合窄帶跟蹤方法［１１］等，在高精度跟蹤方面都取得了較豐碩的研究成果，提高了天線跟蹤精度。這些研究成果大多聚焦在改進和完善ＰＩＤ 控制器、跟蹤捕獲方式、復合控制等技術研究上。然而，這些成果大多都是依賴于單一數據源的單脈沖跟蹤，容易受到信號噪聲和干擾的影響。為克服這些問題，提高Ｋａ 頻段天線伺服控制系統跟蹤精度和捕獲概率，本文提出一種基于最小二乘的分組動態加權多數據源融合的控制方法、基于雙ＧＰＳ ／ 北斗定北裝置和太陽跟蹤的組合角度校準方法，解決了車載遙感站天線波束窄、難捕獲和跟蹤精度低以及車載站轉場后高精度角度標校等難題，為Ｋａ 頻段大口徑車載遙感地面站天線研發提供了一種有效的跟蹤控制方法。