卫星跟踪通信技术论文

一、卫星的跟踪技术

跟踪系统由基本形式均由天线、馈源、接收设备（或计算机）、伺服控制单元等组成。按照天线跟踪目标的方式分类有：①手动跟踪②程序跟踪③自动跟踪

1、手动跟踪

手动跟踪是指根据经验或预知的目标位置数据（如卫星轨道位置）随时间变化的规律，用人工按时调整天线的指向，或者是根据收到信号的大小用人工方式操纵跟踪系统，使其接收最强的信号(用频谱仪或接收机监视)。手动跟踪可以每隔一段时间进行一次。手动跟踪系统由天线、频谱仪（或接收机）、伺服控制器等组成。手动跟踪设备最为简单，可应用于地面站小口径天线对同步卫星的跟踪等指向精度和实时性要求较低的场合。

2、程序跟踪

将卫星的星历数据和天线平台地理坐标和姿态数据一并输入计算机，计算机对这些数据进行处理、运算、比较，得出卫星轨道和天线实际角度在标准时间内的角度差值，然后将此值送入伺服控制器，驱动天线，消除误差角。不断地比较、驱动，使天线一直指向卫星。程序跟踪可以应用在地面或车载小口径天线对卫星的跟踪。由于地球的密度不均匀和其他干扰的影响，星历数据会随着时间有小的变化，一般很难计算出长时间的精确轨道数据。从而进行长时间的跟踪会有积累的误差。

3、自动跟踪

自动跟踪是指根据地球站天线接收到卫星所发的信标信号，通过变频、放大输入跟踪接收机，检测出俯仰和方位误差信号，根据误差信号大小和方向由伺服控制器驱动天线转台系统，使天线自动地对准卫星。这种跟踪方式没有误差积累，可以长时间连续跟踪。由于卫星位置受影响的因素太多，无法长期预测卫星轨道，故目前大、中型地球站主要采用自动跟踪为主，手动跟踪和程序跟踪为辅的方式。按照自动跟踪原理和设备组成，自动跟踪可以具体分为三种体制：步进跟踪、圆锥扫描跟踪和单脉冲跟踪。

3、1步进跟踪

步进跟踪是指天线指向以一定的步进向接收电平增大的方向进行不断调整。步进跟踪是开环方式，跟踪精度较低，跟踪速度较慢。步进跟踪适用于要求跟踪速度较低的系统中，如漂移速度较慢的同步卫星的跟踪。其优点在于实现较为简单。

3、2圆锥扫描跟踪

圆锥扫描跟踪是把馈源绕天线对称轴作圆周运动，或把副面倾斜旋转。这样天线波束呈圆锥状旋转，当天线轴对准卫星时，地球站接收到的信标电平是一恒定值；当天线轴偏离卫星时，接收电平将有一个低频幅度调制。根据调制信号的幅度和相位检测出天线波束的指向误差。这种工作方式的优点也是设备较简单，缺点是馈源永远偏离抛物面的焦点，使天线增益下降。同时需要馈源持续的圆周机械运动，可靠性较差。跟踪时要得到一系列回波脉冲后，才能得到角误差信号，实时性稍差。

3、3单脉冲跟踪

单脉冲跟踪方式由天线馈源输出和信号与差信号，和、差射频信号经射频前端变换处理后送至跟踪接收机，并由跟踪接收机输出两路与天线电轴偏离卫星角度成正比的方位误差信号与俯仰误差信号到伺服控制单元，控制天线运动，完成对卫星的实时跟踪。单脉冲跟踪能从每个接收脉冲中得到完整的角误差信息，这种跟踪方式是一个闭环系统，具有实时性好，跟踪精度高的优点。根据通道数量的不同有单通道、双通道、三通道等三种不同的实现方式。三通道方式中天线接收到的信号，经过和、差网络处理后，产生和信号、方位差信号与俯仰差信号。通过三个通道传送到跟踪接收机进行跟踪处理。双通道方式是方位差信号与俯仰差信号正交相加后合成一个差信道，或者是采用高次模方式产生差信号，与和信道一起构成双信道。单通道方式是在双通道的基础上对差信号进行调制，调制后的差信号与和信号合路形成一个通道。

二、各种方式的比较与应用

在实际应用中，它构成由航天控制中心、测控站和专用通信网为主要内容的．对在轨航天器进行跟踪、测量、控制的综合专用技术网络，包括跟踪、遥测、遥控、实时计算、数据处理、监控显示和通信系统等。其功能是：对航天器进行跟踪测量，获取其运动参数和内部的各种物理、工程、宇航员生理以及侦察参数，监视其飞行和内部工作状态，为指挥、控制提供信息；对导弹和运载火箭实施控制，确保试验安全：对卫星实施控制，支持其正常运行；通过对实测数据的处理、分析，为评价航天器的技术性能和改进设计提供依据。

1、卫星地球站同步卫星的跟踪

在理想的条件下同步卫星的相当于地面的位置是固定的。但由于摄动的原因，卫星轨道存在漂移。为了能实时跟踪卫星的漂移，卫星地球站必须要使用跟踪系统。根据安装位置不同，地球站分为固定站、车载站、船载站和机载站，可以使用单脉冲（或圆锥扫描）跟踪和程序跟踪或同时使用。

2、低轨卫星及移动目标的跟踪

对于低轨卫星，由于卫星相对于地面处于不断运动中，对跟踪实时性要求较高，通常使用单脉冲跟踪和程序跟踪或同时使用。对于移动目标如飞机、飞艇、气球、GPS等载体的通信，一般可以使用单脉冲跟踪方式。卫星的跟踪系统主要任务就是保证卫星的能信系统的天线指向设备能够稳定且可靠的对准通信目标，使通信系统能够保持正常的工作态。现在随着我们的卫星通信事业的发展与科学技术迅速的提升，在我国的各省、市都相继建立了卫星通信地球站，与此同时卫星通信接收站也得到了极速发展。而在各种系统中，为了使天线对准卫星以达到最大信号接收，跟踪系统也得到了广泛的应用。在我国跟踪与数据中继卫星发射以后，各卫星系统获取的信息可实时汇集到同一中心并使卫星工作效率、工作范围及信息的时效性太大提高。