中继卫星系统多普勒频移分析与补偿研究.pdfVIP

中继卫星系统多普勒频移分析与补偿 郑军1 田斌2高坚1王增利 (1．63999部队·北京·100094：2．西安卫星测控中心·陕西西安·710043) 摘要由于用户星相对中继卫星高速运动产生多普勒频移，从而给中继卫星对用户星捕获 跟踪、数据中继带来困难．本文通过分析仿真中继卫星在捕获跟踪用户星时的多普勒频移， 提出了一种有效的多普勒频移的补偿方案，具有较好的工程实用价值． 关键词中继卫星系统；多普勒频移；补偿 1引言 随着我国低轨道卫星的大量应用，我国地基测控网对LEO的实施测控的能力逐渐饱和。因此对以 中继卫星为核心的天基测控网的需求目益强烈。中继卫星定点在地球同步轨道，可以较大提高对用户 星的轨道覆盖率，将用户星业务数据实时传输到地面。提高用户星的使用效率。但是中继卫星捕获、 跟踪用户星时，用户星与中继卫星之间由于相对速度而产生的多普勒频移，对中继卫星捕获、呈艮踪用 户星将产生严重影响。本文着重分析了中继卫星捕获跟踪用户星时的多普勒频移，并基于工程实践提 出了一种有效的多普勒频移补偿方案。 2多普勒频移分析 如图l所示．当用户星分别处于中继星视场范围内的A、B、C、D和E点时，多普勒频移和多普 勒频移的变化率是不同的。在B点与D点，用户星快速接近和离开中继卫星，此时两颗卫星相对速度 最大，从而多普勒频移也是最大；C点处中继卫星与用户星相对速度最小，此时多普勒频移也最小， 而点A和点E处的多普勒频移居中。说明用户星位于上述不同位置，中继卫星捕获跟踪用户星时所采 取的多普勒频移补偿是不同的。 星间链路建立时，正是由于中继卫星与用户星存在相对速度，从而导致多普勒频移，如图2所示。 6f=fo·AV·cosa／c (1) 式中,Xf为星闯相对速度产生的多普勒频移；五为星间通信时的工作频率；AV为中继卫星与用户 星间的相对速度；口是相对速度与中继卫星和用户星连线间的夹角：c为光速(3x108m／s)。 地心赤道惯性坐标系XIYlzI：原点定义在地心O，zI轴沿地球极轴指向北极，xI轴指向平春分点， XI轴与Yl轴、zI轴构成右手系。本文计算均在该坐标系下完成。 A 围1 中继卫星捕获跟踪用户星示意图 图2多普勒频移计算示意 由卫星经典轨道根数，可以计算得出卫星在地心赤道惯性坐标系下的位置、速度矢量【1】： 昏㈣哪F霹筹黑]+ ㈤ 正 器 ㈥ 卧 {刮·【Icoscos删：_ocons=f)-：si嚣no)s—innCOsSfj『ill+ 压压 (P+ ) 一 + J ce+cos／，-『I：s5i‘nnmcocsi。nsf。2二cco霉s：_；ocs01nsnQcc。oss‘iL COSCOSill!]J 式(2)、(3)中l为倾角；口为半长轴；e为偏心率；Q为升交点赤经；埘为近地点幅角：f为真 近点角；M为平近点角；E为偏近点角 sin3M+… sin2肼+l暑e3 ，=Ⅳ+c2。一手，s缸M+丢e2 E由迭代法解出 Ej“=M+esinEj【2】 当lE川-Ej[6，I倪E=E川，￡为给定迭代精度，，为迭代次数。 已知某历元条件下中继卫星经典轨道根数和用户星经典根数，可由式(2)、(3)得到该时刻中继 卫星T的位置、速度矢量{胄。，Rp，R。，％，％，％)，用户星U的位置、速度矢量{R。，R，， R。，吆，％，吃)，因此 R口 R。