衛(wèi)星跟蹤通信技術論文
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跟蹤系統(tǒng)由基本形式均由天線、饋源、接收設備（或計算機）、伺服控制單元等組成。按照天線跟蹤目標的方式分類有：①手動跟蹤②程序跟蹤③自動跟蹤
1、手動跟蹤
手動跟蹤是指根據(jù)經驗或預知的目標位置數(shù)據(jù)（如衛(wèi)星軌道位置）隨時間變化的規(guī)律，用人工按時調整天線的指向，或者是根據(jù)收到信號的大小用人工方式操縱跟蹤系統(tǒng)，使其接收最強的信號(用頻譜儀或接收機監(jiān)視)。手動跟蹤可以每隔一段時間進行一次。手動跟蹤系統(tǒng)由天線、頻譜儀（或接收機）、伺服控制器等組成。手動跟蹤設備最為簡單，可應用于地面站小口徑天線對同步衛(wèi)星的跟蹤等指向精度和實時性要求較低的場合。
2、程序跟蹤
將衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)和天線平臺地理坐標和姿態(tài)數(shù)據(jù)一并輸入計算機，計算機對這些數(shù)據(jù)進行處理、運算、比較，得出衛(wèi)星軌道和天線實際角度在標準時間內的角度差值，然后將此值送入伺服控制器，驅動天線，消除誤差角。不斷地比較、驅動，使天線一直指向衛(wèi)星。程序跟蹤可以應用在地面或車載小口徑天線對衛(wèi)星的跟蹤。由于地球的密度不均勻和其他干擾的影響，星歷數(shù)據(jù)會隨著時間有小的變化，一般很難計算出長時間的精確軌道數(shù)據(jù)。從而進行長時間的跟蹤會有積累的誤差。
3、自動跟蹤
自動跟蹤是指根據(jù)地球站天線接收到衛(wèi)星所發(fā)的信標信號，通過變頻、放大輸入跟蹤接收機，檢測出俯仰和方位誤差信號，根據(jù)誤差信號大小和方向由伺服控制器驅動天線轉臺系統(tǒng)，使天線自動地對準衛(wèi)星。這種跟蹤方式沒有誤差積累，可以長時間連續(xù)跟蹤。由于衛(wèi)星位置受影響的因素太多，無法長期預測衛(wèi)星軌道，故目前大、中型地球站主要采用自動跟蹤為主，手動跟蹤和程序跟蹤為輔的方式。按照自動跟蹤原理和設備組成，自動跟蹤可以具體分為三種體制：步進跟蹤、圓錐掃描跟蹤和單脈沖跟蹤。
3、1步進跟蹤
步進跟蹤是指天線指向以一定的步進向接收電平增大的方向進行不斷調整。步進跟蹤是開環(huán)方式，跟蹤精度較低，跟蹤速度較慢。步進跟蹤適用于要求跟蹤速度較低的系統(tǒng)中，如漂移速度較慢的同步衛(wèi)星的跟蹤。其優(yōu)點在于實現(xiàn)較為簡單。
3、2圓錐掃描跟蹤
圓錐掃描跟蹤是把饋源繞天線對稱軸作圓周運動，或把副面傾斜旋轉。這樣天線波束呈圓錐狀旋轉，當天線軸對準衛(wèi)星時，地球站接收到的信標電平是一恒定值；當天線軸偏離衛(wèi)星時，接收電平將有一個低頻幅度調制。根據(jù)調制信號的幅度和相位檢測出天線波束的指向誤差。這種工作方式的優(yōu)點也是設備較簡單，缺點是饋源永遠偏離拋物面的焦點，使天線增益下降。同時需要饋源持續(xù)的圓周機械運動，可靠性較差。跟蹤時要得到一系列回波脈沖后，才能得到角誤差信號，實時性稍差。
3、3單脈沖跟蹤
單脈沖跟蹤方式由天線饋源輸出和信號與差信號，和、差射頻信號經射頻前端變換處理后送至跟蹤接收機，并由跟蹤接收機輸出兩路與天線電軸偏離衛(wèi)星角度成正比的方位誤差信號與俯仰誤差信號到伺服控制單元，控制天線運動，完成對衛(wèi)星的實時跟蹤。單脈沖跟蹤能從每個接收脈沖中得到完整的角誤差信息，這種跟蹤方式是一個閉環(huán)系統(tǒng)，具有實時性好，跟蹤精度高的優(yōu)點。根據(jù)通道數(shù)量的不同有單通道、雙通道、三通道等三種不同的實現(xiàn)方式。三通道方式中天線接收到的信號，經過和、差網絡處理后，產生和信號、方位差信號與俯仰差信號。通過三個通道傳送到跟蹤接收機進行跟蹤處理。雙通道方式是方位差信號與俯仰差信號正交相加后合成一個差信道，或者是采用高次模方式產生差信號，與和信道一起構成雙信道。單通道方式是在雙通道的基礎上對差信號進行調制，調制后的差信號與和信號合路形成一個通道。
二、各種方式的比較與應用
在實際應用中，它構成由航天控制中心、測控站和專用通信網為主要內容的．對在軌航天器進行跟蹤、測量、控制的綜合專用技術網絡，包括跟蹤、遙測、遙控、實時計算、數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控顯示和通信系統(tǒng)等。其功能是：對航天器進行跟蹤測量，獲取其運動參數(shù)和內部的各種物理、工程、宇航員生理以及偵察參數(shù)，監(jiān)視其飛行和內部工作狀態(tài)，為指揮、控制提供信息；對導彈和運載火箭實施控制，確保試驗安全：對衛(wèi)星實施控制，支持其正常運行；通過對實測數(shù)據(jù)的處理、分析，為評價航天器的技術性能和改進設計提供依據(jù)。
1、衛(wèi)星地球站同步衛(wèi)星的跟蹤
在理想的條件下同步衛(wèi)星的相當于地面的位置是固定的。但由于攝動的原因，衛(wèi)星軌道存在漂移。為了能實時跟蹤衛(wèi)星的漂移，衛(wèi)星地球站必須要使用跟蹤系統(tǒng)。根據(jù)安裝位置不同，地球站分為固定站、車載站、船載站和機載站，可以使用單脈沖（或圓錐掃描）跟蹤和程序跟蹤或同時使用。
2、低軌衛(wèi)星及移動目標的跟蹤
對于低軌衛(wèi)星，由于衛(wèi)星相對于地面處于不斷運動中，對跟蹤實時性要求較高，通常使用單脈沖跟蹤和程序跟蹤或同時使用。對于移動目標如飛機、飛艇、氣球、GPS等載體的通信，一般可以使用單脈沖跟蹤方式。衛(wèi)星的跟蹤系統(tǒng)主要任務就是保證衛(wèi)星的能信系統(tǒng)的天線指向設備能夠穩(wěn)定且可靠的對準通信目標，使通信系統(tǒng)能夠保持正常的工作態(tài)?，F(xiàn)在隨著我們的衛(wèi)星通信事業(yè)的發(fā)展與科學技術迅速的提升，在我國的各省、市都相繼建立了衛(wèi)星通信地球站，與此同時衛(wèi)星通信接收站也得到了極速發(fā)展。而在各種系統(tǒng)中，為了使天線對準衛(wèi)星以達到最大信號接收，跟蹤系統(tǒng)也得到了廣泛的應用。在我國跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星發(fā)射以后，各衛(wèi)星系統(tǒng)獲取的信息可實時匯集到同一中心并使衛(wèi)星工作效率、工作范圍及信息的時效性太大提高。
