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低軌衛(wèi)星的通訊與跟蹤

iIeQ_mwrfnet ? 來源:微波射頻網(wǎng) ? 作者:微波射頻網(wǎng) ? 2022-07-01 10:11 ? 次閱讀
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自人類第一次向太空發(fā)射人造衛(wèi)星以來,已經(jīng)有數(shù)千顆人造衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn),這些衛(wèi)星的運(yùn)行軌道均不相同,若在某刻軌道位置交疊,則可能發(fā)生太空相撞事件,前一陣天宮一號緊急避讓星鏈衛(wèi)星就是因?yàn)檫@個原因。

衛(wèi)星按照軌道高低可分為低軌,中軌和高軌衛(wèi)星,按照軌道傾角可分為極地軌道,赤道軌道,傾斜軌道,還有有趣的閃電軌道等。其中低軌由于距離地面近(只有300多公里高度)軌道周期短(大約1.5小時一圈)多用于偵察,通訊和導(dǎo)航使用。而同步軌道衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期一致,站在地面上衛(wèi)星看起來保持靜止,所以更多用于持續(xù)檢測,通訊,轉(zhuǎn)發(fā)等。

對于地面站與同步衛(wèi)星的通訊來說,只需要將天線一直對準(zhǔn)衛(wèi)星就可以了。但是對低軌衛(wèi)星通訊來說,由于衛(wèi)星出現(xiàn)在視野中只有約十分鐘的時間,并且一直保持運(yùn)動,且運(yùn)動范圍是海平面以上所有角度,所以,需要一套特殊的跟蹤技術(shù)才可以使得地面站天線一直保持對準(zhǔn),或者瞄準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星。

解決這個問題有以下不同的技術(shù)路徑:

1.使用轉(zhuǎn)臺控制天線的方位角和俯仰角,按照衛(wèi)星的星歷,計(jì)算出任意時刻衛(wèi)星出現(xiàn)在當(dāng)?shù)氐慕嵌刃畔?,以時間軸為引導(dǎo)進(jìn)行持續(xù)跟蹤。

2.獲取衛(wèi)星的下行信標(biāo)信號,進(jìn)行初始獲取后使用信標(biāo)進(jìn)行極值跟蹤。

3.使用相控陣天線,不斷改變主瓣指向,從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星跟蹤。

以上三個技術(shù)路徑中,第二項(xiàng)和第三項(xiàng)均以第一項(xiàng)技術(shù)的計(jì)算為基礎(chǔ)。同時,由于相控陣天線的離散饋源特性,使得同樣面積的相控陣的系統(tǒng)增益小于拋物面天線,所以, 在大部分場合都是用拋物面天線進(jìn)行跟蹤。使用拋物面天線的另一個好處是成本低,工作頻帶切換方便。

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上圖為某一時刻天河核心艙的地面投影運(yùn)行軌跡,可見星下可見范圍只有美國本土面積大小,其中10度仰角可見范圍超過墨西哥的面積,30度仰角可視范圍約為德州大小。注意,此時,衛(wèi)星為覆蓋這么小的面積,卻需要一個極寬波束的天線來覆蓋超過180度的視角范圍才能實(shí)現(xiàn)可視即可用。

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上圖為北斗3-C01衛(wèi)星的地面投影,可見這是一個同步軌道衛(wèi)星,位于赤道上方,照射范圍快到半球面積。即使30度仰角范圍也超過亞洲的面積。雖然面積大,但是由于衛(wèi)星軌道為36000公里高,反而天線波束比較窄就可以了。

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這是北斗17-C31衛(wèi)星的星下點(diǎn)軌跡圖,這也算是同步衛(wèi)星,但是由于軌道有傾角,星下點(diǎn)軌跡為有趣的8字形。

當(dāng)進(jìn)行星座跟蹤的時候,需要一次載入整個星座的衛(wèi)星信息并顯示有哪些衛(wèi)星出現(xiàn)在視野范圍內(nèi),需要跟蹤控制軟件具有相應(yīng)的任務(wù)管理能力。

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由上圖可見,在Orbcomm星座跟蹤計(jì)劃中,當(dāng)前時間可見至少六顆衛(wèi)星,其中至少兩顆的跟蹤仰角大于10度,均可用于通訊使用。

近日,高品質(zhì)衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)提供商飛圖科技(www.feitukeji.com)推出新一代XY型衛(wèi)星跟蹤轉(zhuǎn)臺,全系列可支持0.8-8m口徑拋物面天線的自動化程序跟蹤與任務(wù)跟蹤。天津飛圖科技總經(jīng)理任祥順介紹,該系列跟蹤轉(zhuǎn)臺中,配合0.8/1.2/1.8/2.4m天線的型號均支持便攜安裝快速展開功能,特別適用于應(yīng)急反應(yīng),野外通訊等場合,該系列跟蹤轉(zhuǎn)臺具有自調(diào)平自校準(zhǔn)功能,即使在松軟的沙地也可實(shí)現(xiàn)精密瞄準(zhǔn)。

另外,該系列轉(zhuǎn)臺還具有如下功能:

?在跟蹤狀態(tài)下可支持暫停跟蹤/繼續(xù)跟蹤、終止跟蹤、衛(wèi)星轉(zhuǎn)換跟蹤模式;

?具備座架手動調(diào)平,實(shí)時顯示方位、俯仰、橫滾等功能;

?具備基于時間刻度,天線X、Y軸轉(zhuǎn)動參數(shù)與方位俯仰轉(zhuǎn)換顯示功能;

?具備手動、自動方式實(shí)現(xiàn)靜止(低軌)衛(wèi)星跟蹤接收功能;

?具備靜止衛(wèi)星基于“信標(biāo)接收機(jī)”(或目標(biāo)信號)天線轉(zhuǎn)臺自動跟蹤鎖定功能;

?具備低軌衛(wèi)星基于“上位機(jī)程序”(TLE)天線自動跟蹤(程跟模式)功能;

?天線轉(zhuǎn)臺控制模塊可對軌道文件實(shí)時接收處理;

?具備根據(jù)軌道文件預(yù)報(bào)衛(wèi)星位置,捕獲并實(shí)時跟蹤衛(wèi)星功能;

?可設(shè)置入境時間段、TLE(單個、多個)等制定任務(wù)計(jì)劃,實(shí)現(xiàn)多顆低軌衛(wèi)星連續(xù)預(yù)報(bào)、跟蹤鎖定功能;

?程跟模式下可設(shè)置天線指向(方位、俯仰等)偏置參數(shù)、時間偏置參數(shù),并可選擇是否啟用;

?具備按時間段基于TLE計(jì)算生成太陽、低軌衛(wèi)星軌道文件功能;

?基于同步星或太陽,對方位、俯仰的零值進(jìn)行修正功能;

?天線控制模塊可實(shí)現(xiàn)低軌星預(yù)置參數(shù)(方位、俯仰、時間等)實(shí)時(≤1秒)接收處理;

?具備目標(biāo)衛(wèi)星選擇、星下跡二維地圖顯示及TLE數(shù)據(jù)庫管理功能;

?具備天線控制、TLE數(shù)據(jù)交互等,二次接口開發(fā)及日志功能;

?具備系統(tǒng)自檢、監(jiān)測、告警指示和本地(串口)、遠(yuǎn)程(網(wǎng)口)功能;

?具備自動、手動展開對星、收藏功能;

?具備2人快速架設(shè)及撤收功能(無需扳手、吊裝等)。

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:低軌衛(wèi)星的通訊與跟蹤

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