GB 11299.15-89 卫星通信地球站无线电设备测量方法第三部分分系统组合测量第五节天线跟踪和控制.pdf 8页

'中华人民共和国国家标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第三部分分系统组合测量第五节天线跟踪和控制GB11299门5一89MethodsofmeasurementforradioequipmentusedinsatelliteearthstationsPart3;Methodsofmeasurementforcombinationsofsub-systemsSectionFive-Antennatrackingandcontrol本标准是《卫星通信地球站无线电设备测量方法》系列标准之一。1主题内容与适用范围本标准规定了对地静止卫星通信地球站天线的指向精度、跟踪精度、指示精度等基本测量方法本标准适用于各种类型的对地静止卫星通信地球站天线跟踪和控制的测量2引言通常用指向精度和跟踪精度两个参数来表示卫星通信地球站天线的定位精度(见参考资料1)测量时可选用商品化测量设备.如，经纬仪、接收电平指示装置等。但应保证其性能足以完成所述测量，而选用的星历表或信号塔相对地球站天线位置值等，其精度应高于被测项目精度一个量级由于卫星目标离地球太远，用肉眼和一般仪器无法观测。因此，本标准规定的指向精度和跟踪精度采用相对测量方法。测量中所用的光学固定目标应足够远，经纬仪轴应尽量靠近天线旋转中心3指向精度3.1定义卫星通信地球站天线波束中心轴(电轴)指向卫星后，天线波束中心轴的指向(角度读出设备指示值)与应有的地球站天线波束中心指向之间的角度差。3.2测量方法通常采用星历表法或信号塔法来测量，测量设备配置如图1所示。测量步骤:a.天线控制系统将天线电轴指向目标(卫星或信号塔)。若接收电平指示装置指不的信号(信标、导频信号或信号源信号)为最大，此时认为天线波束中心已对准目标。b.在角度读出设备上读出方位角(或仰角)读数X=c.在较短时间内(在该时间内卫星飘移引起的误差可以忽略)，重复上述步骤a,b项得到一组(X......X)方位角(或仰角)读数。d.用(1)式求出天线方位指向精度IT-或仰角指向精度IT-中华人民共和国电子工业部1989一03一01批准1990一01一01实施 GB11299.15--89}Z(X,一Xa)2a-(或“p:)一刁一—>t(度)············，···········。··⋯式中:Xo用星历表法时为卫星星历表上给出的卫星方位角(或仰角);用信号塔法时为信号塔扣对地球站天线的方位角(或仰角).单位为度;。—测童次数，，，应不少于20次。则天线指向精度为:Op=V衅,+1P2F:(度)··。。·······························⋯⋯(竺3.3结果表示法测量结果以表1形式表示表I方位指向精度(am)度仰角指向精度(。二)度指向精度(。。)度3.4要规定的细节当要求进行本项测量时，设备技术条件中应包括下列内容系统所要求的指向精度4跟踪精度4.1定义卫星通信地球站天线对卫星实施自动跟踪后，地球站天线波束中心轴(电轴)的指向与应有的地球站天线波束中心指向之间的角度差。4.2测量方法通常采用光学经纬仪法或电平跌落法4.2.1光学经纬仪法测量设备配置如图2所示。测量步骤:a.天线控制系统以手动工作方式将夭线对准卫星，使接收电平指示装置所指示卫星信标信号(或导频信号)为最大。或者用自动跟踪方式跟踪卫星使接收信标信号(或导频信号)为最大。此时认为天线波束中心已对准卫星。b.将光学经纬仪对准远方光学固定目标，使光学固定目标处于光学经纬仪十字中心.读出厂记卜光学经纬仪的方位角(或仰角)读数X.;,c.用手控方式将天线方位(或仰角)偏离某一角度(该角度应小于天线控制系统的截获范M1).然后使天线控制系统置于自动跟踪状态，天线对卫星目标实现自动跟踪。当天线控制系统的跟踪进人稳定状态后，在经纬仪角度读数盘上读出光学十字中心和光学固定日标在方位(或仰角)上的偏差角AX一X,-X，其中X.为每次跟踪后口标在经纬仪_[的方位角(或仰角)读数。d.重复上述步骤a,b和c项，次得到一组偏差角△X;数据。e.用(3)式求出夭线方位跟踪精度UT、或仰角跟踪精度UTe艺(Ax一△X)2CTA‘或‘丁:’一阅(度)··············，·············一‘i凡一1 GB11299.15一89式中:AX=生乙Ax,，单位为度;n口书叹。—测量次数,n应不少于20次。则天线跟踪精度为口T=VQ"fA+。Q8"fE(度).⋯(4)4_22电平跌落法测量设备配置如图3所示。测量步骤:a天线控制系统以手动工作方式将天线对准卫星。若接收电平指示装置所指示的卫星信标信号(或导频信号)电压U、为最大U,m。二，此时认为夭线波束中心已对准卫星用手控方式将天线方位角和/或仰角偏离某一角度(该角度应在天线控制系统的截获范围内)。使天线控制系统处于自动跟踪状态。当天线跟踪进入稳定状态后，测出接收电平指示装置指示的卫星信标信号(或导频信号)电平跌落值Aul,d.重复上述步骤a,b和c项，次，可得到一组AU,，值。将电平跌落值归·化。E,=△曰./U。、····································⋯⋯‘5)然后将电一平跌落值按(6)式折算成角误差〔见参考资料〕。Ax;=e0.,V一1.6607tog=,E,(度)················，··········⋯⋯(6)式中:0,—天线实际波束宽度，单位为度。由(<7)式求出夭线跟踪精度:!.又(Ax.-AX)2口一1一闪﹄(度)·······.........................<7)式中:-Ax=上艺dX，度。n,-1。一一测量次数，，应不少于20次也可用电平跌落平均值的分贝数来表示夭线跟踪误差，即AY二20log=,h_(dB)式中:E-上艺E，一1测量次数，n应本少于20次4.3结果表示法4.2t条的测量结果以表2形式表示:表2跟踪精度口14.2.2条的测量结果以文字叙述4.4要规定的细节当要求进行本项测量时，设备技术条件中应包括r列内容系统要求的跟踪精度;使用方法。 GB11299.15一895指示精度乐1定义-卫星通信地球站的天线位置指示装W所指示的天线角位置与天线基准轴(机械轴)的角位xi.之间的偏差52般考虑引起指示误差的主要因素，}，，轴系误差和零位标定误差是系统误差，其他均为随机误差，这些误差可以认为是不相关的，因此总的指示误差以方均根值来表示。5.3测量方法测量设备配置如图4所示。测量步骤:a.天线控制装置,9于手动工作方式，放在天线座上的经纬仪对准地面匕远处某一固定目标，记下经纬仪的方位角(或仰角)读数X。及天线控制指示装置的方位角(或仰角)读数X,。b.转动天线某一角度，在指示装置上读出方位角(或仰角)数X`;,经纬仪重新对准原固定目标.读出其方位角(或仰角)读数X:。c.计算AX;一Xl一X。及△X";=X";一X"-d.重复上述步骤a,b和。项，得出两组数据△X及△X"。在转动夭线时，角度是任意的，各次转动的方向也是任意的。e.用(8)式可求出天线方位指示精度1,A或仰角指示精度CIE:艺(ox,"一△x,>Z、(或。。)一刁上立n一一渡)······，··，···，··，······，⋯⋯(“)式中:。—测量次数，，应不少f20次。5.4结果表示法测量结果以表3形式表示。表3方位指示精度仰角指示精度5.5要规定的细节当要求进行本项Mil量时，设备技术条件中应包括下列内容系统要求的指示精度。6天线运动速度6.1定义单位时间内卫星通信地球站天线方位轴或俯仰轴旋转的角度。6.2一般考虑对于具有调速特性的驱动系统将测出最大和最小速度。对不具有调速特性的驱动系统将测出驱动范围内的平均速度。6.3测量方法6.3.1最大速度将天线驱动控制装置置于准备状态，调整驱动控制电压到电机额定电枢电压。1f=在天线位置指示器上读出天线位置(方位角或仰角)。 cH11299.15一89b.将天线驭动控制装置置于电机驱动状态，按下秒表，记录时间和角度读数。C重复步骤b项多次，选取其中的最小运动速度作为最大速度。已勺八了口~最小速度a.将天线驱动控制装置置于准备状态，调整驱动控制电压到天线能均匀旋转时的电枢电压最小值。并在天线位置指示器上读出天线位置(方位角或仰角)。b.将天线驱动控制装置置于电机驱动状态，按下秒表，记录时间和角度读数c重复步骤b项多次，选取最大运动速度作为最大速度6.3.3平均速度a将天线驱动控制系统置于准备状态，秒表置丁“。”秒，记下天线起始方位角(或仰角)值在起动秒表的同时加上驱动电压，使天线在方位(或俯仰)上转动一分钟，切断驱动电压使天线停转，记下天线方位角(或仰龟)值，并计算出天线在一分钟内所转动的方位角(或仰角)值X=c.重复上述步骤a和b项n次，得到一组天线在一分钟内转动的方位角(或仰角)值。止用(9)式计算天线平均运动速度:牛}X(度/秒)“·································⋯⋯(9)bOn:曰式中:X;—方位角(或仰角)值，度;n一一测量次数。6.4结果表示法测量结果用文字叙述。6.5要规定的细节当要求进行本项测量时，设备技术条件中应包括下列内容:系统要求的天线运动速度。了天线运动范围了1定义夭线方位轴和俯仰轴在方位平面和俯仰平面内所能运动的范围。了.2测量方法a.驱动夭线到方位的左、右限位置，并在方位指示器E观测天线运动范围。b.驱动天线到俯仰的上、下极限位置，并在仰角指示器上观测天线运动范围。c.对方位面上，分数个交叠驱动的天线，可分别测出各段的运动范围，叠加后扣除交叠角，即为天线方位运动范围U7.3结果表示法测得的结果用文字叙述，单位为度。7.4要规定的细节当要求进行本项测量时，设备技术条件中应包括下列内容:系统要求的夭线运动范围。8参考资料(1)国际无线电咨询委员会(CCIR)>“卫星通信手册”(固定卫星业务)1985年出版。(2)雷达系统分析(RADARSYSTEMANALYSIS1964版)。(3)雷达精度分析1979.8出版。(4)"RFDessingcommunicationsatelliteEarthstation(part3)"MicrowaveJuly1967.7,飞77 GB11299.15一89目标2若天线控制系统夔动装置天线指示装置轴角传慈器信号电平指示装置图1天线指向精度测量设备配置11星图2采用光学经纬仪法测量跟踪精度的设备配置黑z产图3利用电平跌落法测量跟踪精度的设备配置178 GB11299.15一89固定目标光学经纬仪图4天线指示精度测量设备配置1w GB11299.15一89附录A天线定位精度简析(补充件)根据参考资料(1),(3),(4)指向精度受下列因素的限制:a.机械轴及电轴未对准引起的误差。主要包括轴系误差及电轴和机械轴不匹配误差b.角度读出误差及该装置的零位标定误差。c.由于天线结构(和底座)变形，风、重力和热效应引起的误差。d.伺服系统误差是由风、重力、伺服噪声和不灵敏区等因素引起的传动误差和伺服控制误差.以及由目标运动引起的动态滞后误差。跟踪精度受下列因素的限制:a天线波束(电轴)的偏移，该误差由频率飘移、结构变形等引起(在单脉冲工作时，还有振幅不平衡和相位不一致的电轴飘移);b.由于步距和信号电平测量所引起的误差(对步进跟踪方式);c.由于传播变化和卫星信号不稳定引起的误差;d.接收机热噪声;e伺服驱动系统中由于阵风作用而产生的误差;f跟踪机构和伺服驱动系统的基本误差(齿隙、动态滞后等)。上述诸误差从其统计特性来分，一般分随机误差和系统误差两类。对于跟踪精度，山于目标是对地静止的卫星，并且卫星通信地球站天线系统传动链速比很大。跟踪误差的统计特性可视为标准偏差趋于(很接近)零的正态分布随机量，在测量时，可用多次跟踪时经纬仪读数的平均值来表示应有的地球站天线波束中心指向角。附加说明:本标准由电子工业部第十四研究所负责起草。'