便携式地面接收站天线系统的制作方法

1.本发明涉及测控通信领域，尤其涉及一种可应用于低轨通信卫星数据接收的便携式天线系统。


背景技术：

2.随着商业航天的快速发展，低轨卫星的数量不断递增，空间内传输的数据类型和数据量也在不断增加，对通信地面站提出的任务越来越重，要求也越来越高；同时低轨卫星通信应用领域不断扩展，新的需求也在不断提出，原来采用低增益弱方向性天线或者简单赋形波束天线已无法满足应用的要求，人们对便携式卫星通信设备的需求也不断提高，如低轨气象卫星apt数据接收系统，家用卫星电视，紧急救援、互联网，野外背负通信设备以及个人移动通信等方面。因此，能够快速、准确地实现与卫星通信的便携式接收设备理所应当的成为了当前卫星通信研究领域里的重要部分。便携天线系统作为低轨通信卫星地面接收站的重要组成部分，主要任务是对低轨卫星进行捕获及跟踪，实时收发和处理数据，利用卫星通信的多址传播方式提供大跨度、远距离和大覆盖面的漫游移动通信业务。移动卫星通信可以提供多种服务。卫星通信系统由卫星端、地面站和用户端三部分组成。卫星终端可以包括一颗或多颗卫星，每颗卫星由一颗卫星母星和星载设备组成。便携天线系统的性能很大程度上决定了通信地面站系统的整体性能，是低轨卫星与地面站之间联系的纽带。传统地面站系统一般为固定式部署，并且传统地面接收站的设备复杂，通用性、灵活性、稳定性差，其所配置的天线为抛物面天线，不仅口径较大，安装复杂，而且重量大，机动性和灵活性较差；该跟踪方式对系统的误差要求较高，过度依赖传感器信息，对卫星漂移等因素无法修正，实际使用中往往不能达到最佳跟踪效果，有时甚至无法锁定卫星：同时，传统通信地面接收站为了满足多种体制、多目标的需求，接收信道配置多条链路，设备量较大同时集成度较高，软件操作复杂，需要花费大量时间进行任务前的准备工作；因此，急需研制一套体积小、便携性好、成本低，可任意场地进行快速部署同时操控简单、具有便携性和机动性的天线接收系统。


技术实现要素：

3.为减轻系统重量，便于携带，同时降低操作复杂程度，本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种体积小、便携性好、成本低，可任意场地进行快速部署、快速展开和撤收等机动性优势，同时系统配置简单，操作便捷，自动化程度高的便携式天线接收系统，使用该系统能够解决传统地面接收站机动性较差、操作复杂的问题。
4.本发明解决其上述技术问题所采用的技术方案是：一种便携式地面接收站天线系统，包括：采用小口径的抛物面天线，一体化设计的天线座和驱动盒，采用可快速收展的四脚架，集成了天线射频子系统、天线结构子系统和天线控制子系统的天伺馈设备1，与天伺馈设备1连接的ka高频箱，设置在所述ka高频箱的发射信道设备2、接收信道设备3、跟踪信道设备4，其特征在于：天线反射面采用可拆卸、可分瓣拼装环焦天线，x轴末级传动采用高
精度rv减速机直驱，y轴末级传动采用高精度rv减速机直驱作为射频信号发射和接收的天伺馈设备1，与目标卫星建立链接，多模多载拉远单元直接耦合基站信号，将基站调制好的射频信号发射出去；当低轨卫星进入天线覆盖区域时，采用天线自动寻星软件程序跟踪或数字引导方式指向目标并接收下行射频信号，跟踪信道设备4将接收到的和差射频信号进行处理，将提取的角误差信号送天伺馈设备1完成对目标的捕获跟踪；同时天伺馈设备1将接收到的射频信号送入所述接收信道设备3，对射频信号进行放大和下变频，下变频至中频频段，并将处理过的70mhz中频信号送后端设备处理，完成对卫星的遥测数据接收；发射信道设备2将送来的上行70mhz中频信号进行上变频至ka频段，并进行功率放大，通过天伺馈设备1将放大后的信号发送给卫星，完成地面对卫星的遥控指令发送。
5.本发明相对现技术具有的有益效果是：
6.本发明综合考虑系统的便携性、灵活性和收发天线共用等问题，对天线结构进行优化设计，天线结构子系统由抛物面天线、天线座(x-y)和四脚架三大部分组成，其中天线反射面采用可分瓣拼装环焦天线，反射面为可拆卸结构，分瓣拼装采用定位销加卡扣设计，具备快速拼装能力，反射体整体重量为8kg；天线座采用x-y结构型式，天线座和驱动盒一体化设计，x轴末级传动采用高精度rv减速机直驱，y轴末级传动采用高精度rv减速机直驱，轴承选用标准自位向心轴承，这种天线座结构形式具有结构紧凑，有很好的抗倾覆能力和结构稳定性，同时，方位末级采用rv减速机，承载能力大、刚性好、回转精度高、结构紧凑、维护保养方便。方位，俯仰末级传动速比大，折算惯量和传动误差小；俯仰采用双叉臂对称结构，末级传动采用减速机传动的结构形式，具有体积小，重量轻，输出力矩大，精度高等特点。四脚架具有可折叠收藏功能，整体重量为25kg；天线座整体重量为35kg；天线整体重量为68kg，满足野外快速搬运要求，利于快速架设。具有拆装方便快捷，具备快速展开撤收，适合两人配合操作。天线采用1.2米小口径形式，天线基座采用可快速收展的四脚架，摒弃了传统天伺馈设备口径大、安装复杂且重量大的天线，具有便于携带、快速展开和撤收等机动性优势，不仅克服了天线机动性和灵活性较差的缺陷；而且采用集成了天线射频子系统、天线结构子系统和天线控制子系统的天伺馈设备1，与天伺馈设备1连接的发射信道设备2、接收信道设备3、跟踪信道设备4，在满足具备收发同时工作的前提下减少了传统收发信道链路的硬件配置，在满足功能需求的前提下也降低了成本。
7.本发明采用集成化设计的ka高频箱，将ka上变频模块、ka下变频模块及ka跟踪下变频模块集成在一个插箱，同时为了有效降低传输损耗，将高频箱安放在天线叉臂，设计成室外型插箱，其长宽高300mm
×
260mm
×
160mm，相比传统地面站每个信道设备独立设计，有效减小了插箱数量和占用空间，同时也降低了研制成本，使整个天线接收系统更具有便携性、转场快速、布站灵活等机动性优势。
8.本发明采用程序跟踪，快速稳定对星，根据天线与卫星的相对位置关系，计算天线的指向角度，驱动天线粗对准；再步进跟踪，根据卫星信标信号的电平差修正天线指向角度，实现天线精对准；程序跟踪是通过计算地球站当前位置与目标卫星位置，得出地球站的方位角、俯仰角，控制天线自动运动到理论计算的角度。自动跟踪是根据卫星发出的信标信号或载波信号，通过卫星接收机或载波跟踪接收机接收信号，并测算出方位俯仰差值，再根据差值自动调整天线跟踪方向，当接收到的信号符合锁定门限后，天线处于锁定状态，完成跟踪对星。提高跟踪速度，保证跟踪精度。
9.本发明经过放大处理,驱动天线向减小误差信号的方向转动，形成天线闭环自跟踪系统，使天线电轴方向始终对准用户卫星，解决了传统地面接收站机动性较差、操作复杂的问题。0009.本发明采用的便携式地面接收站天线系统具备高度自动化能力，能够在地面站监控分系统任务计划的驱动下，自动完成工作计划所规定的各项任务，在系统设备工作正常情况下实现“无人值守”。相比传统地面站acu软件界面简洁，操作简单，大大节约任务前的对参数配置的准备时间。
10.本发明采用伺服系统跟踪方式包括待机、手动、指向、扫描、单脉冲自跟踪、程序跟踪；跟踪精度：优于0.07
°
；跟踪能力：具备仰角大于3
°
捕获，仰角大于5
°
稳定跟踪，程序过顶不丢失目标。便携式地面接收站天线系统实现的主要技术指标如下：天线形式：抛物面天线；天线口径：1.2米；接收信号频率范围：20.38ghz～20.42mhz，发射信号频率范围：24.81ghz～24.85mhz；中心频率：70mhz
±
20mhz；天线g/t值：≥20db/k；天线eirp值：
11.≥61.9dbw；地面极化方式：左旋圆极化(接收)，右旋圆极化(发射)；具备方位和俯仰2个自由度的伺服控制能力，跟踪方式包括程序跟踪、单脉冲自跟踪、手动、指向等工作方式；要求每个轴向既可联动也可分别独立控制；天线指向精度：优于0.150
°
；跟踪精度：优于0.070
°
。本发明所述便携式地面接收站天线系统的g/t值、eirp值、指向精度、跟踪精度等主要技术指标满足便携式地面接收站的设计要求。
附图说明
12.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
13.图1是本发明便携式地面接收站天线系统的组成示意图；
14.图2是图1的跟踪接收机工作原理框图；
15.图3是本发明便携式地面接收站天线系统的ka高频箱组成框图。
16.实施方式
17.参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种便携式地面接收站天线系统，包括：采用小口径的抛物面天线，一体化设计的天线座和驱动盒，选用标准自位向心轴承的天线基座轴承，采用可快速收展的四脚架，集成了天线射频子系统、天线结构子系统和天线控制子系统的天伺馈设备1，与天伺馈设备1连接的ka高频箱，设置在所述ka高频箱的发射信道设备2、接收信道设备3、跟踪信道设备4；天线反射面采用可拆卸、可分瓣拼装环焦天线，x轴末级传动采用高精度rv减速机直驱，y轴末级传动采用高精度rv减速机直驱作为射频信号发射和接收的天伺馈设备1，与目标卫星建立链接，多模多载拉远单元直接耦合基站信号，将基站调制好的射频信号发射出去；当低轨卫星进入天线覆盖区域时，采用天线自动寻星软件程序跟踪或数字引导方式指向目标并接收下行射频信号，跟踪信道设备4将接收到的和差射频信号进行处理，将提取的角误差信号送天伺馈设备1完成对目标的捕获跟踪；同时天伺馈设备1将接收到的射频信号送入所述接收信道设备3，对射频信号进行放大和下变频，下变频至中频频段，并将处理过的70mhz中频信号送后端设备处理，完成对卫星的遥测数据接收；发射信道设备2将送来的上行70mhz中频信号进行上变频至ka频段，并进行功率放大，通过天伺馈设备1将放大后的信号发送给卫星，完成地面对卫星的遥控指令发送。
18.在本实施例中，天伺馈设备1包括：天线射频子系统、天线结构子系统和天线控制子系统，其中，天线控制子系统根据地面站监控分系统下发的指令，控制天线结构子系统方
位和俯仰，实现对低轨卫星的精确指向，同时收集天伺馈设备1及发射信道2、接收信道设备3和跟踪信道设备4设备的工作状态并上报地面站监控。
19.在本实施例中，天线射频子系统采用环焦抛物面天线和卡馈形式ka频段馈源组成，馈源为了实现收发频率同时工作同时满足收发隔离度要求，采用双工接头加收、发阻滤波器的收发双工器，通过收发双工器来实现收发分频工作，并通过包含了收发信号的极化器形成圆极化信号，馈源将发射端口传输的电磁波通过馈源口面辐射到天线反射面上，形成卫星通信的上行通信链路；在下行通信链路中，将天线反射面接收的卫星电磁波信号汇聚起来，传输给低噪声放大器，完成低轨卫星的遥测信号接收和发送地面站对卫星的遥控命令。天线形式可以是：1.2米环焦抛物面天线；天线射频子系统达到的指标包括：接收频率与极化方式：20.4ghz
±
20mhz，左旋圆极化；发射频率及极化方式：24.83ghz
±
20mhz，右旋圆极化；天线增益：接收：g≥45.0+20lg(f(ghz)/20.4)dbi；发射：g≥46.7+20lg(f(ghz)/24.83)dbi；收发隔离：≥85db；第一副瓣：≤-14db；天线噪声温度(lna入口处测试)：t≤150k。0016.在可选的实施例中，天线结构子系统包括：一体化设计的模块化四脚架支撑天线座(x-y)、支撑定位机构、轴角检测装置、安全保护装置和驱动系统驱动的1.2米可折叠抛物面天线及其附属设施，四脚架由转台连接端面、中心立柱、可伸缩结构的四条支腿组成模块化四脚架，四脚架模块化集成双轴水平仪、折叠式gps航向仪和接收机，转台安装平面中心安装双轴倾角仪；中心立柱采用通过系统电缆的空心减重结构。可折叠抛物面天线主要包括反射面板、馈源、支撑定位机构，重量为14kg；x-y天线座重量为35kg。四脚架收藏后整体尺寸为φ560x820，重量为25kg，有利于减小运输单元尺寸。
20.发射信道设备2包括：顺次串联的ka上变频模块和ka功放模块，ka上变频模块将输入70mhz信号经过两次混频后得到24.81ghz～24.85ghz的射频信号，在变频模块前后分别进行滤波处理，可以有效抑制带外杂散；ka功放模块将输入的24.81～24.85ghz射频信号进行功率放大，送至天伺馈设备1的射频子系统。发射信道设备2达到的技术指标包括：70mhz输入中频频率；-25dbm
±
1dbm输入电平；24.81ghz～24.85ghz，步进100hz输出频率；发射功率：p-1db≥50w，30db动态，1db步进；功率稳定度：-0.5db/24h≤
△
≤0.5db/24h(恒定激励)；带宽：1db带宽：≥40mhz，3db带宽：≥45mhz；单边带相位噪声：100hz≤-64dbc/hz；1khz≤-74dbc/hz；10khz≤-84dbc/hz；100khz≤-94dbc/hz；在
±
10mhz带宽内带内杂散：≤-50dbc；接收信道设备3包括：顺次串联的ka低噪声放大器和ka下变频模块，ka低噪声放大器将天伺馈设备1送来得ka频段和路射频信号进行放大处理，把放大后的和路射频信号送入ka下变频模块，ka下变频模块主要将射频信号进行二次混频产生70mhz中频信号，在混频后用带通滤波器进行滤波处理可以有效的抑制混频产生的交调杂散信号，保证变频器输出信号带外杂散抑制满足指标要求。接收信道设备达到的技术指标包括：输入频段：20.38～20.42ghz，中频输出频率：70mhz；中频输出电平：0dbm～-60dbm；lna输入端等效噪声温度：≤145k；本振相位噪声：100hz≤-65dbc/hz，1khz≤-75dbc/hz，10khz≤-85dbc/hz，100khz≤-95dbc/hz，1mhz≤-105dbc/hz；增益平坦度：-0.5db≤
△
≤0.5db(
±
20mhz内)；非相干杂散：≤-70dbm(在
±
10mhz带宽内)。
21.跟踪信道设备4包括：顺次串联ka低噪声放大器、ka跟踪下变频模块和ka跟踪接收机，ka低噪声放大器将天伺馈设备1送来得ka频段射频信号进行放大处理，放大后的和差射频信号送入ka跟踪下变频模块，ka跟踪下变频模块将输入的和差射频信号进行移相合成，
将合成后的射频信号送下变频模块进行二次混频和滤波处理，输出70mhz中频信号送ka跟踪接收机，ka跟踪接收机完成信号的放大、采样、agc控制、防边带错锁、载波捕获与跟踪，输出锁定指示、agc电压、方位俯仰误差电压后送天伺馈设备1的天线控制子系统，由信标信号的agc差值来修正天线的运动方向，直至满足锁定门限，完成对信号的捕获跟踪和天线对星。
22.跟踪信道设备跟踪体制采用单通道单脉冲跟踪，以信噪比s/n≥9db的宽带跟踪门限、s/n≥6db宽的带捕获门限、载波噪声密度c/n0≥45dbhz的单载波或残留载波捕获门限、c/n0≥47dbhz的载波或残留载波跟踪门限的门限设置模块，设置至少一个对应一个步长的频偏门限，对校正合并信号进行均衡解调，信道跟踪模块获取信道跟踪步长，根据信道的合并信号的频偏估计值与频偏区间的对应关系及校正模块发送的信道跟踪步长，利用信道跟踪步长对信道进行信道跟踪。
23.跟踪信道设备达到的技术指标可以有：输入频段：20.38～20.42ghz，中频输出频率：70mhz；lna输入端等效噪声温度：≤145k；增益平坦度：-0.5db≤
△
≤0.5db(
±
20mhz内)；跟踪体制：单通道单脉冲跟踪；跟踪精度：优于0.07
°
；多普勒范围：≥800khz；宽带捕获门限：s/n≥6db；宽带跟踪门限：s/n≥9db；单载波或残留载波捕获门限：c/n0≥45dbhz；单载波或残留载波跟踪门限：c/n0≥47dbhz；捕获时间：≤1秒。
24.参阅图2。跟踪接收机包括：顺次串联的滤波模块211、agc放大电路212、模数a/d转换器213、包络检波电路214、同步解调电路215，与同步解调电路215并联的第一滤波器216和第二滤波器220，与第一滤波器216顺次连接的数字式鉴相器217、第一低通滤波器218、第一增益控制agc模块219，与第二滤波器220顺次连接的第二数字式鉴相器221、第二低通滤波器222、第二增益控制agc模块223，同时四相方波调制电路224通过第一矢量调制型移相1模块225、第二矢量调制型移相2模块226，第二移相器输出端连接模拟式鉴相器221，其中，和差信号合成一路单通道信号送入滤波模块211进行滤波处理，有效抑制了信号的带外干扰和杂散，滤波后的信号进入agc放大模块212进行放大，再经过模数a/d模块213进行采样，之后将数字化处理的数据送入包络检波电路214进行检波处理，将处理后数据一路输出锁定指示，另一路通过同步解调电路215再进行同步解调，将解调后的数据进入第一滤波器216滤波和第二滤波器220进行处理，降低带外干扰，四相方波调制电路在现场可编程门阵列fpga内部分频生成调制方波，一路经第一矢量调制型移相1模块225与第一滤波器216处理后的解调数据送入数字式鉴相器217进行鉴相，再经过第一低通滤波器218进行滤波处理，送第一增益控制agc模块219进行幅度控制，生成方位角误差电压；另一路经第二矢量调制型移相2模块226与第二滤波器220滤波处理后的解调数据经模拟式鉴相器221进行鉴相处理，通过第二低通滤波器222进行低通滤波，滤波后再送第二增益控制agc模块223进行幅度控制，生成俯仰角误差电压；将得到的方位、俯仰角误差送监控分系统和伺服分机。0022.参阅图3。ka高频箱包括：连接监控模块311的ka上变频模块312、频综模块313、ka下变频模块314、ka跟踪下变频模块315和提供直流电的ac/dc电源模块316，其中；ac/dc电源模块316将来自外部220v交流电转换成12v直流，为高频箱内所有功能模块供电；监控模块311收集各个功能模块的状态，对工作频率、衰减值参数进行配置并下发给各个功能模块；频综模块根据监控模块311下发的频率，以及来自内参考时钟或外部参考时钟输入的参考信号，产生ka上变频模块312需要的本振信号l01和l02，产生ka下变频模块314和ka跟踪下变频模块
315需要的本振信号l03和l04；ka上变频模块312根据监控模块311下发的频率信息，将频综模块313产生的本振信号l01和l02与外部中频信号进行两次混频、滤波和放大处理，将中频70mhz信号转换至24.81ghz～24.85ghz范围内任意射频信号。
25.ka下变频模块314根据监控模块311下发的频率信息，将频综模块313产生的本振信号l03和l04与外部射频信号进行两次混频、滤波和放大处理，将24.81ghz～24.85ghz范围内射频信号下变频到中频70mhz信号。ka跟踪下变频模块315根据监控模块311下发的频率信息，首先将输入的两路射频和差信号进行移相合成为一路跟踪信号，将合成后的跟踪信号送跟踪下变频模块与频综模块313产生的本振信号l03和l04进行二次混频，产生中频70mhz信号送跟踪接收机。
26.为了说明便携式地面接收站天线系统的工作流程，结合硬件实现并且不失一般性，以收发ka频段低轨通信卫星为例，信号频率为20.4ghz为例，给出其具天线系统接收步骤如下：便携式地面接收站天线系统到达任务现场后，四脚架展开调平，信道设备固定安装到天线支架，主反射面通过支撑臂与俯仰机构连接，副反射面通过快速锁紧机构与主反射面固定，天线快速组装，连接市电或启动发动机，系统设备加电，位于天线底座内部的方位旋转机构驱动位于方位旋转机构上的俯仰机构驱动馈源悬臂、反射面两部分沿垂直面及其上部组件在方位面内运动，天伺馈设备1的acu自动进入应用程序，启动一键展开程序，天线座竖起，天线面展开。acu读取航向仪、倾角仪信息，进入工作状态，等待监控指令；发射信道设备2和接收信道设备3上电启动自检，接受地面接收站监控分系统状态插箱，并上报设备状态，等待监控分系统的监控指令；跟踪信道设备4与acu建立数据通信，等待跟踪数据发送。监控分系统向天线分系统下发任务宏参数，天伺馈设备1完成目标轨道文件处理，控制天线指向目标进站点，等待捕获目标。低轨卫星进站后，天伺馈设备1的acu启动程序跟踪，天线控制器采集天线位置、姿态、卫星信号参数，读取卫星的位置经度、卫星天线的极化方式、频率、符号率等信息，通过控制算法解算天线指向角度，并驱动天线运动、根据天线与卫星的相对位置关系，计算天线的指向位置，同时驱动方位、俯仰、极化电机三轴联动，搜索星，完成卫星的初始程序指向对准：再通过步进跟踪方式，比较agc电平差闭环控制实现天线的精确对准，并锁定卫星。天线控制器通过采集gps模块、数字罗盘信息、方位机构和俯仰机构的传感器信息，计算天线的指向信息，并采用程序跟踪的方式控制天线指向目标卫星，完成初步跟踪对准；采用步进跟踪方式实现天线的精确对星。天线将接收到的ka频点和差信号送低噪声放大器进行放大，之后送跟踪下变频器进行通道合成和下变频，将变频后的70mhz中频信号送跟踪接收机进行天线的跟踪控制，跟踪接收机的卫星调制解调器进行解调和检波，将角误差、锁定指示和agc电压送acu，经判决由人工或自动转入角跟踪；根据监控分系统的指令，将上行70mhz中频信号送ka高频箱里的ka上变频模块进行上变频到24.81ghz～24.85ghz任意频点，之后送ka功放进行功率放大，再将放大后的信号，发送到馈源的发射端口；天伺馈分系统将上行信号发送至卫星，完成地面对卫星的遥控指令发送。天伺馈分系统接收卫星下行射频频率20.4ghz，接收的射频信号送低噪声放大器进行放大，ka高频箱里的ka下变频模块将放大后射频信号进行下变频和滤波处理，输出70mhz中频信号送后端设备处理，完成遥测数据接收；当任务结束，acu控制天线系统退出跟踪，执行系统撤收流程。0025.本发明通过具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的设备；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方
式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种便携式地面接收站天线系统，包括：采用小口径的抛物面天线，一体化设计的天线座和驱动盒，采用可快速收展的四脚架，集成了天线射频子系统、天线结构子系统和天线控制子系统的天伺馈设备(1)，与天伺馈设备(1)连接的ka高频箱，设置在所述ka高频箱的发射信道设备(2)、接收信道设备(3)、跟踪信道设备(4)，其特征在于：天线反射面采用可拆卸、可分瓣拼装环焦天线，x轴末级传动采用高精度rv减速机直驱，y轴末级传动采用高精度rv减速机直驱作为射频信号发射和接收的天伺馈设备(1)，与目标卫星建立链接，多模多载拉远单元直接耦合基站信号，将基站调制好的射频信号发射出去；当低轨卫星进入天线覆盖区域时，采用天线自动寻星软件程序跟踪或数字引导方式指向目标并接收下行射频信号，跟踪信道设备(4)将接收到的和差射频信号进行处理，将提取的角误差信号送天伺馈设备(1)完成对目标的捕获跟踪；同时天伺馈设备(1)将接收到的射频信号送入所述接收信道设备(3)，对射频信号进行放大和下变频，下变频至中频频段，并将处理过的70mhz中频信号送后端设备处理，完成对卫星的遥测数据接收；发射信道设备(2)将送来的上行70mhz中频信号进行上变频至ka频段，并进行功率放大，通过天伺馈设备(1)将放大后的信号发送给卫星，完成地面对卫星的遥控指令发送。2.如权利要求1所述的便携式地面接收站天线系统，其特征在于：天线控制子系统根据地面站监控分系统下发的指令，控制天线结构子系统方位和俯仰，实现对低轨卫星的精确指向，同时收集天伺馈设备(1)及发射信道(2)、接收信道设备(3)和跟踪信道设备(4)设备的工作状态并上报地面站监控。3.如权利要求1所述的便携式地面接收站天线系统，其特征在于：天线射频子系统采用环焦抛物面天线和卡馈形式ka频段馈源组成，馈源为了实现收发频率同时工作同时满足收发隔离度要求，采用双工接头加收、发阻滤波器的收发双工器，通过收发双工器来实现收发分频工作，并通过包含了收发信号的极化器形成圆极化信号，馈源将发射端口传输的电磁波通过馈源口面辐射到天线反射面上，形成卫星通信的上行通信链路；在下行通信链路中，将天线反射面接收的卫星电磁波信号汇聚起来，传输给低噪声放大器；完成低轨卫星的遥测信号接收和发送地面站对卫星的遥控命令；且天线射频子系统达到的指标包括：接收频率与极化方式：20.4ghz
±
20mhz，左旋圆极化；发射频率及极化方式：24.83ghz
±
20mhz，右旋圆极化；天线增益：接收：g≥45.0+20lg；发射：g≥46.7+20lg；收发隔离：≥85db；第一副瓣：≤-14db；天线噪声温度t≤150k。。4.如权利要求1所述的便携式地面接收站天线系统，其特征在于：天线结构子系统包括：一体化设计的模块化四脚架支撑天线座(x-y)、支撑定位机构、轴角检测装置、安全保护装置和驱动系统驱动的可折叠抛物面天线及其附属设施，四脚架由转台连接端面、中心立柱、可伸缩结构的四条支腿组成模块化四脚架，四脚架模块化集成双轴水平仪、折叠式gps航向仪和接收机，转台安装平面中心安装双轴倾角仪；中心立柱采用通过系统电缆的空心减重结构。5.如权利要求1所述的便携式地面接收站天线系统，其特征在于：发射信道设备包括：顺次联的ka上变频模块和ka功放模块，ka上变频模块将输入70mhz信号经过两次混频后得到24.81ghz～24.85ghz的射频信号，在变频模块前后分别进行滤波处理抑制带外杂散；ka功放模块将输入的24.81～24.85ghz射频信号进行功率放大，送至天伺馈设备(1)的射频子系统。
6.如权利要求1所述的便携式地面接收站天线系统，其特征在于：接收信道设备包括：顺次串联的ka低噪声放大器和ka下变频模块，ka低噪声放大器将天伺馈设备(1)送来得ka频段和路射频信号进行放大处理，把放大后的和路射频信号送入ka下变频模块，将射频信号进行二次混频产生70mhz中频信号，在混频后用带通滤波器进行滤波处理抑制混频产生的交调杂散信号，保证变频器输出信号带外杂散抑制满足指标要求。7.如权利要求1所述的便携式地面接收站天线系统，其特征在于：跟踪信道设备包括：顺次串联ka低噪声放大器、ka跟踪下变频模块和ka跟踪接收机，ka低噪声放大器将天伺馈设备(1)送来得ka频段射频信号进行放大处理，放大后的和差射频信号送入ka跟踪下变频模块，将输入的和差射频信号进行移相合成，合成后的射频信号送下变频模块进行二次混频和滤波处理，输出70mhz中频信号送ka跟踪接收机，完成信号的放大、采样、agc控制、防边带错锁、载波捕获与跟踪，输出锁定指示、agc电压、方位俯仰误差电压后送天伺馈设备(1)的天线控制子系统，由信标信号的agc差值来修正天线的运动方向，直至满足锁定门限，完成对信号的捕获跟踪和天线对星。8.如权利要求1所述的便携式地面接收站天线系统，其特征在于：跟踪信道设备跟踪体制采用单通道单脉冲跟踪，以信噪比s/n≥9db的宽带跟踪门限、s/n≥6db宽的带捕获门限、载波噪声密度c/n0≥45dbhz的单载波或残留载波捕获门限、c/n0≥47dbhz的载波或残留载波跟踪门限的门限设置模块，设置至少一个对应一个步长的频偏门限，对校正合并信号进行均衡解调，信道跟踪模块获取信道跟踪步长，根据信道的合并信号的频偏估计值与频偏区间的对应关系及校正模块发送的信道跟踪步长，利用信道跟踪步长对信道进行信道跟踪。9.如权利要求1所述的便携式地面接收站天线系统，其特征在于：跟踪接收机包括：顺次串联的滤波模块(211)、agc放大电路(212)、模数a/d转换器(213)、包络检波电路(214)、同步解调电路(215)，与同步解调电路(215)并联的第一滤波器(216)和第二滤波器(220，)与第一滤波器(216)顺次连接的数字式鉴相器(217)、第一低通滤波器(218)、第一增益控制agc模块(219)，与第二滤波器(220)顺次连接的第二数字式鉴相器(221)、第二低通滤波器(222)、第二增益控制agc模块(223)，同时四相方波调制电路(224)通过第一矢量调制型移相1模块(225)、第二矢量调制型移相2模块(226)，第二移相器输出端连接模拟式鉴相器(221)，其中，和差信号合成一路单通道信号送入滤波模块(211)进行滤波处理，有效抑制了信号的带外干扰和杂散滤波后的信号进入agc放大模块(212)进行放大，再经过模数a/d模块(213)进行采样，之后将数字化处理的数据送入包络检波电路(214)进行检波处理，将处理后数据一路输出锁定指示，另一路通过同步解调电路(215)再进行同步解调，将解调后的数据进入第一滤波器(216)滤波和第二滤波器(220)进行处理，降低带外干扰，四相方波调制电路在现场可编程门阵列fpga内部分频生成调制方波，一路经第一矢量调制型移相1模块(225)与第一滤波器(216)处理后的解调数据送入数字式鉴相器(217)进行鉴相，再经过第一低通滤波器(218)进行滤波处理，送第一增益控制agc模块(219)进行幅度控制，生成方位角误差电压；另一路经第二矢量调制型移相2模块(226)与第二滤波器(220)滤波处理后的解调数据经模拟式鉴相器(221)进行鉴相处理，通过第二低通滤波器(222)进行低通滤波，滤波后再送第二增益控制agc模块(223)进行幅度控制，生成俯仰角误差电压；将得到的方位、俯仰角误差送监控分系统和伺服分机。
10.如权利要求1所述的便携式地面接收站天线系统，其特征在于：ka高频箱包括：连接监控模块(311)的ka上变频模块(312)、频综模块(313)、ka下变频模块()314、ka跟踪下变频模块(315)和提供直流电的ac/dc电源模块(316)，其中；ac/dc电源模块(316)将来自外部220v交流电转换成12v直流，为高频箱内所有功能模块供电；监控模块(311)收集各个功能模块的状态，对工作频率、衰减值参数进行配置并下发给各个功能模块；频综模块根据监控模块(311)下发的频率，以及来自内参考时钟或外部参考时钟输入的参考信号，产生ka上变频模块(312)需要的本振信号l01和l02，产生ka下变频模块(314)和ka跟踪下变频模块(315)需要的本振信号l03和l04；ka上变频模块(312)根据监控模块(311)下发的频率信息，将频综模块(313)产生的本振信号l01和l02与外部中频信号进行两次混频、滤波和放大处理，将中频70mhz信号转换至24.81ghz～24.85ghz范围内任意射频信号。

技术总结
本发明公开的一种便携式地面接收站天线系统，便于携带、具备快速展开和撤收等机动性优势，并通过下述技术方案实现：低轨卫星进入天线覆盖区域，天伺馈设备采用程序跟踪或数字引导方式指向目标并接收下行射频信号，跟踪信道设备将接收到的和差射频信号进行处理，将提取的角误差信号送天伺馈设备完成对目标的捕获跟踪；同时天伺馈设备将接收到的射频信号送入所述接收信道设备，接收信道设备对射频信号进行放大和下变频，将处理过的70MHz中频信号送后端设备处理，完成对卫星的遥测数据接收；发射信道设备将送来的上行中频信号进行上变频至Ka频段，并进行功率放大，通过天伺馈设备将放大后的信号发送给卫星，完成地面对卫星的遥控指令发送。遥控指令发送。遥控指令发送。


技术研发人员：张仕超 朱维祥 陈清刚
受保护的技术使用者：成都中科时空比智新研科技有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/25