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●学术论文与技术报告 一种实用的极化分集接收方案3 雪 三 保3 3 关键词: 测控系统, 极化分集接收, 相位同步 【摘要】本文在满足系统指标的前提下提出一种更加实用的极化分集接收方案, 并从 相位同步及幅度加权等方面分析了该方案的性能及实用价值。 对于接收下行调相信号的测控设备, 目 前国内外采用最普遍的方案为“哥达德”采用 的三环路锁相分集接收方案。 它由 3 个锁相 环路组成, 1 个主环, 2 个副环, 主环跟踪合成 载波, 2 个副环分别跟踪 2 个极化支路的载 波, 以保证 2 支路相加时相位保持一致。为了 能够跟踪较高的“频率斜升”输入信号, 主环 采用三阶环, 副环采用二阶环。幅度合成采用 最大比加权技术, 以获得最佳的极化分集接 收效果1 。 一、引 言 一般来说, 从航天器来的下行信号中存 在着两种正交的极化波。 特别在航天再入飞 行段及在远距离、低仰角接收时, 由于飞行器 的姿态变化、多径效应等因素的影响, 使这种 现象更为突出, 因此在地面站中应有相应的 极化分集接收能力, 才能获得最佳接收效果。 在卫星测控中, 由于卫星姿态比较稳定, 天线仰角较高, 这种现象并不突出, 因此在我 国前几代测控设备中未采用极化分集接收技 术。随着我国航天事业的发展, 特别要求测控 设备要适应多种不同航天器的测量需要 ( 如 卫星测控、飞船测控等) , 因此在测控站中采 用极化分集接收技术已显得非常重要。 极化分集接收技术在国外测控站中早有 采用, 如美国的“哥达德”测距测速系统, 法国 “CN E S”测控网, 日本“桃花 1 号”卫星测控 站等。 在国内较早采用极化合成技术的是遥 测接收设备。 二、方案设计及基本原理 从图中可以看出, 本方案采用双环方案, 2 个锁相环完全独立, 分别锁定左旋、右旋支 路信号, 2 环路用同一参考信号, 此信号同时 提供给解调器作为解调参考信号。 当环路分别锁定左 (右) 旋极化信号后, 2 路 3 中放信号 ( 图中 C、D 点) 相位全部跟踪 参考相位, 则 2 路的宽带 3 中放输出 ( 图中 A ’、B ’点) 相位相关, 经过移相后可使 2 路极 化波相位完全相同, 实现同相相加。 在 2 路信号相加前, 本方案没有采用传 统的最大比加权方案, 而采用统一 A GC 幅 3 本文于 1996 年 3 月 12 日收到。 3 3 电子工业部第十研究所, 高级工程师  度加权方案, 即将左、右旋 2 路中放用同一个 A GC 控制电压来同时控制 2 路增益, 而这个 控制电压来自于合成后的 A GC 检波放大 器。 这样的控制结果使合成后的 3 中放电平 保持稳定, 这正是我们所要求的。而 2 路 2 中 放的增益同步变化, 变化程度取决于合成信 号电平, 而不取决于本支路的信号电平, 从而 实现 2 路信号按输入信号电平比进行自动加 权。 原理方框图 如果 2 路信号的输入电平差别很大, 可 能会出现一路锁定, 而另一路不能锁定, 为了 不让没锁定支路的噪声影响合成输出信噪 比, 而把该路输出关断 ( 由锁定指示控制开 关)。 有以下两点: (1) 静态相差 此项误差主要由目标速度引起, 因此也 称为“速度误差”。 由锁相环理论可知, 当输入信号频率偏 离中心频率一个 ? Ξ, 由此而产生的静态相位 误差的表达式为: 三、性能分析 11 极化合成时 2 路相位误差分析 上面已经谈到, 由于两环用同一参考源 比相, 由锁相理论可知, 在环路锁定时, 2 路 3 中放输出信号相位始终跟随参考信号的相 位, 因此 2 路 3 中放输出信号相位相关, 这时 极化合成器 2 输入信号由于路径不同, 在相 位上可能存在固定相差, 适当调整移相器就 可使 2 信号完全同相。 造成 2 路输入信号相位误差的因素主要 Ηv = ? Ξ?K v 式中 K v 为速度常数, 它是由环路鉴相 器斜率 K d、V CO 压控灵敏度 Ko 及 F ( s) 增益 有关, 环路锁定后 K v = K oK d F (o) 在环路设计时选取 K o = 60 kH z ?V , K d ·2·  HYPERLINK / ? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.   = 0. 5 V ?ra d , F (s) 采用有源滤波器, 在环路 锁定后, 运放增益大于 103 (60 dB )。由以上条 件可计算出: 如果最大频差为 300 kH z, 则最 终造成“静态相差”小于 3°。 (2) 加速度误差 此项误差由目标加速度引起, 因此