王永華+王萬玉

摘 要： 三軸天線系統(tǒng)主要用于對低軌衛(wèi)星的全空域無盲區(qū)跟蹤。對于斜轉(zhuǎn)臺三軸天線系統(tǒng)，已有的方位?俯仰座架的誤差模型及標校方法已不適用。依據(jù)三軸天線系統(tǒng)的特點，分析研究了三軸天線系統(tǒng)的各項誤差，提出了三軸天線系統(tǒng)誤差修正的數(shù)學模型和標校的具體方法，并結(jié)合三軸天線實測數(shù)據(jù)進行了試驗驗證。該標校方法已應(yīng)用于實際工程中，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞： 斜轉(zhuǎn)臺； 三軸天線； 誤差模型； 角度標校

中圖分類號： TN820?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）13?0081?04

Angle calibration method of tri?axis antenna

WANG Yong?hua1， WANG Wan?yu2

（1. No. 39 Research Institute， China Electronics Technology Group Corporation， Xian 710065， China；

2. Institute of Remote Sensing and Digital Earth， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100094， China）

Abstract：Tri?axis antenna system is mainly used to track the low earth orbit satellites in the whole airspace without blind zone. The existing error model and calibration method of azimuth?elevation pedestal are not suitable for tri?axis antenna system with tilt turntable. Based on the characteristics of the tri?axis antenna system， the errors of tri?axis antenna system are analyzed， and a mathematical model of error correction and some calibration methods for tri?axis antenna system are presented in this paper. The tri?axis antenna system was verified in combination with its detected data in experiment. The calibration method has been used in practical engineering， and good results have been achieved.

Keywords： tilt turntable； tri?axis antenna； error model； angle calibration

0 引 言

為滿足遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收天線系統(tǒng)對低軌快速目標的全空域無盲區(qū)過頂跟蹤要求，天線座架一般采用三軸天線。目前投入使用的大口徑S/X雙頻段三軸遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收天線系統(tǒng)波束寬度窄，天線系統(tǒng)各項誤差導致天線在不同仰角尤其高仰角時的指向精度無法滿足快速可靠捕獲衛(wèi)星的技術(shù)需求，造成衛(wèi)星數(shù)據(jù)的丟失。因此天線系統(tǒng)投入使用前必須經(jīng)過細致、精確的標定，以提高系統(tǒng)的指向精度，確保系統(tǒng)快速可靠的捕獲跟蹤目標。

對于斜轉(zhuǎn)臺三軸天線系統(tǒng)，由于斜轉(zhuǎn)臺第三軸的特殊性，原有的方位?俯仰型座架的誤差模型及標校方法已不適用。本文從實際工程出發(fā)，結(jié)合轉(zhuǎn)臺式三軸天線的特點，提出了斜轉(zhuǎn)臺三軸天線系統(tǒng)誤差修正的數(shù)學模型和標校的具體方法。

1 斜轉(zhuǎn)臺三軸天線系統(tǒng)誤差分析

1.1 三軸天線坐標變換

轉(zhuǎn)臺式三軸天線座主要用于對低軌過境衛(wèi)星的全空域無盲區(qū)跟蹤。根據(jù)過境衛(wèi)星的軌道高度，目標對地面接收天線系統(tǒng)的速度、加速度要求，以及伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性，合理地設(shè)計傾斜軸的傾角[θ，]一般傾斜軸的傾角為7°。目標在天線測量坐標系內(nèi)的角位置用[Ac，][Ec，][Tc]表示，在大地坐標系的角位置用[Az，][El]表示。角坐標的定義如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)臺式三軸天線坐標定義

測量系方位角[Ac：]定義為天線機械軸在斜轉(zhuǎn)臺平面的投影與斜轉(zhuǎn)臺中心和高點連線之間的夾角，順時針為正；

測量系俯仰角[Ec：]定義為天線電軸與斜轉(zhuǎn)臺平面之間的夾角，向上為正；

傾斜軸方位角[Tc：]定義為斜轉(zhuǎn)臺高低兩點連線在水平面投影與大地真北之間的夾角，高點對準正北為零度，順時針為正；

大地系方位角[Az：]天線電軸在大地水平面投影與真北方向之間的夾角，順時針為正；

大地系俯仰角[El：]定義為天線電軸與大地水平面之間的夾角，向上為正。

大地極坐標系與測量系極坐標之間的轉(zhuǎn)換公式為：

[cosEl?cosAzsinElcosEl?cosAz=cosTc0-sinTc010sinTc0cosTc×cosθ-sinθ0sinθ-sinθ0001×cosEc?cosAcsinEccosEc?sinAc]

1.2 三軸天線誤差項

從測量跟蹤天線的工作過程看，目標、電磁波傳播的空間、天線和饋線、跟蹤接收機、伺服系統(tǒng)、天線轉(zhuǎn)動設(shè)備、數(shù)據(jù)傳遞、顯示以及記錄設(shè)備都是天線測量系統(tǒng)的組成部分。這些部分都可能給角度測量帶來誤差。根據(jù)誤差產(chǎn)生的來源和性質(zhì)，可以分為隨機誤差、系統(tǒng)誤差。隨機誤差可以用統(tǒng)計學的方法進行計算和分析，通過平滑濾波得到抑制。系統(tǒng)誤差是重復測試均保持同一數(shù)值，或按某一定規(guī)律變化的誤差分量，是需要進行修正的。

轉(zhuǎn)臺式三軸天線其實質(zhì)為方位?俯仰型座架安裝在轉(zhuǎn)動的傾斜面上，其誤差項與方位?俯仰型座架基本一致，但斜轉(zhuǎn)臺三軸天線第三軸的引入，其誤差項又有特殊性。三軸天線誤差及標定項包括：

（1） 第三軸傾斜度標定；

（2） 第三軸傾斜最大值對應(yīng)最高點位置標定；

（3） 第三軸大盤不水平度；

（4） 方位俯仰軸不正交度誤差；

（5） 機械軸和電軸偏差；

（6） 軸角編碼器零位誤差；

（7） 角定向靈敏度；

（8） 重力下垂誤差；

（9） 動態(tài)滯后誤差。

因方位?俯仰+斜轉(zhuǎn)臺三軸天線實質(zhì)為方位?俯仰型座架，天線在轉(zhuǎn)動過程中各軸系誤差符合測量系方位?俯仰型天線座的變化規(guī)律，其誤差修正項均以測量系為基準，但重力下垂誤差始終是以大地系為參考的。

2 誤差模型

對于高精度天線系統(tǒng)，需要進行動態(tài)標校。通過建立系統(tǒng)誤差模型，給出系統(tǒng)誤差的定量描述，再通過系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整來完成系統(tǒng)誤差修正。

根據(jù)三軸天線的誤差項及誤差規(guī)律，參考文獻[1]各誤差產(chǎn)生機理，其誤差模型如式（2）和式（3）所示：[Az=Ac+A0+θMsin（Ac-AM）tgEc+δtgEc+Kz+ΔUAμA?secEc] （2）

[Ez=Ec+E0+θMcos（Ac-AM）+Kn+ΔUEμE+ΔEg?cosEc+ΔEd] （3）

式中各符號含義為：[Az]為目標方位角真值；[Ac]為設(shè)備方位角測量值；[A0]為設(shè)備方位角零位誤差；[θM]為天線座大盤不水平的最大值；[AM]為天線座大盤最大不水平角所處的方位角；[δ]為設(shè)備方位軸與俯仰軸不正交度；[Kz]為機電軸不匹配引起的方位誤差；[ΔUA]為設(shè)備對目標自跟蹤時，方位誤差電壓；[μA]為方位支路誤差定向靈敏度；[Ez]為目標俯仰角真值；[Ec]為俯仰角測量值；[E0]為俯仰角零值；[T0]為天線第三軸角度零值；[Kn]為機電軸不匹配引起的俯仰誤差；[ΔUE]為設(shè)備對目標自跟蹤時，俯仰誤差電壓；[μE]為俯仰支路誤差定向靈敏度；[ΔEg]為重力下垂引起的俯仰誤差；[ΔEd]為電波折射誤差。

3 標校及修正方法

常用的天線系統(tǒng)標校有星體標校和常規(guī)標校。這里從保證精度，操作使用方便考慮提出了較為實用的常規(guī)標校結(jié)合文獻[2]衛(wèi)星跟蹤標校的方法。

3.1 第三軸傾斜度標定

天線的第三軸理論設(shè)計為7°傾斜，但由于各項加工及裝配誤差的存在，傾斜面的最大傾角不一定是7°理論值，如標定不準確會引起測量系與大地系角度轉(zhuǎn)換誤差。

該項誤差采用測角儀進行精確標定，也可利用天線自動跟蹤S頻段同步衛(wèi)星，天線第三軸轉(zhuǎn)動180°以上，其傾斜軸的高點、低點分別指向同步衛(wèi)星，記錄天線俯仰測量系角度數(shù)據(jù)，其最大、最小值的一半即為傾斜面的角度值。

3.2 第三軸傾斜對應(yīng)最高點位置標定

天線系統(tǒng)裝配完成后，測量系方位[Az]為0°時，天線的機械軸應(yīng)與傾斜面對應(yīng)最大傾斜量值對應(yīng)的高點、低點連線一致。如最高點位置（刻線）標定有偏差也會引起大地系方位、俯仰角度轉(zhuǎn)換為測量系三軸角度的誤差，影響天線指向精度。天線座加工完成后，通過檢測在第三軸基座標定出最高點位置，同時對應(yīng)的方位轉(zhuǎn)盤上，也做好明顯標志，兩個標志（或刻線）對應(yīng)時，天線測量系方位角度為0°。

三軸天線在塔基安裝時天線傾斜面的最高點應(yīng)對準正北方向，此時測量系第三軸的角度應(yīng)為0°，但實際中還會存在系統(tǒng)誤差，在進行第三軸角度零值標定時進一步精確標定。

3.3 大盤不水平度調(diào)整及標定

天線系統(tǒng)裝配完成后，利用合像水平儀檢測第三軸轉(zhuǎn)盤的水平度，如偏差太大，進行天線座水平度調(diào)整，一般調(diào)整到10″以內(nèi)即可，對遙感接收天線，該項誤差引入誤差較小，可不進行修正。

3.4 機電偏差的標定

對方位?俯仰型座架，天線機械軸和電軸偏差隨著仰角變化引入的方位誤差，符合正割變化規(guī)律，但對斜轉(zhuǎn)臺三軸天線系統(tǒng)，其機電偏差在測量系角度符合正割變化規(guī)律，因此需在測量系進行修正。在編碼器精度保證的前提下，采用正倒鏡方法，測量出機電偏差誤差項系數(shù)。

3.5 軸角編碼器零位標定

編碼器零值標校實質(zhì)是對測量系方位、俯仰、第三軸角度零值進行標定。天線系統(tǒng)自跟蹤穩(wěn)定正常后，利用標校塔信標對天線各軸進行精確的角度標定，需要提供標校塔信標喇叭相對于天線三軸中心的大地系的方位、俯仰角度數(shù)據(jù)。標校方法如下：

（1） 方位角度零值

天線機械軸與傾斜面高、低點連線在水平面平行后，調(diào)整零值使測量系方位角度為0.000°，即完成了測量系方位零值的標定。

（2） 第三軸角度零值

在測量系方位角度為0.000°時，轉(zhuǎn)動天線第三軸和俯仰軸，使天線電軸對準標校塔信標喇叭，從頻譜儀上檢測此時信號電平最大，跟蹤接收機輸出誤差電壓為[UA=]0 V，[UE=]0 V。將第三軸角度值與大地系理論值比較，如有偏差，將第三軸角度值調(diào)整為大地系的理論值，即完成了第三軸零值的標定。

（3） 俯仰角度零值

俯仰角度零值是以水平面為參考，在不考慮重力下垂影響的情況下，天線電軸在水平狀態(tài)下，俯仰大地系角度為0°（測量系為7°），天線朝天時大地系角度為90°（測量系為97°）。

在測量系方位角度為0.000°時，轉(zhuǎn)動天線第三軸和俯仰軸，使天線電軸對準標校塔信標喇叭，從頻譜儀上檢測此時信號電平最大，跟蹤接收機輸出誤差電壓為0 V。將ACU界面上俯仰角度值與理論大地系值比較，如有偏差將俯仰角度值調(diào)整為大地系理論俯仰角度值，即完成了俯仰角度零值的標定。

角度零值也可以采用太陽跟蹤標定和同步衛(wèi)星標定的方法實現(xiàn)，采用幾種方法相結(jié)合綜合標定的方法相互驗證，再經(jīng)實際衛(wèi)星跟蹤檢驗。

3.6 角定向靈敏度標定

跟蹤接收機的定向靈敏度、交叉耦合、誤差帶寬等指標，直接影響天線對動態(tài)目標的跟蹤性能。定向靈敏度需經(jīng)過準確的標定，才能通過記錄的跟蹤接收機誤差電壓對動態(tài)滯后進行修正。

跟蹤接收機輸出誤差電壓按要求一般為：

X波段：800 mV/mil；S波段：500 mV/mil；交叉耦合滿足：≤[15]。

跟蹤接收機的定向靈敏度一般是在中等電平情況下對信標喇叭天線方位、俯仰分別偏開零點進行調(diào)整標定，使其符合要求。應(yīng)用時，伺服系統(tǒng)環(huán)路參數(shù)按實際的定向靈敏度進行歸一化處理。

3.7 重力下垂標定

天線在重力作用下會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，包括主反射體變形、饋源位移、天線副反射面位移等，這些結(jié)構(gòu)變形都會產(chǎn)生電軸偏移，在俯仰上引起測角誤差。對大口徑窄波束天線，如12 m X頻段，波束寬度只有0.2°，由于重力下垂誤差的影響，會帶來天線在高、低仰角指向造成偏差，輸出的測角數(shù)據(jù)也包含重力下垂誤差。

重力下垂誤差可采用常規(guī)的正倒鏡跟蹤方法解算，或跟蹤高精度星歷的低軌衛(wèi)星、跟蹤太陽對低仰角、高仰角測量數(shù)據(jù)與預報值進行比對解算。

重力下垂標定可以采用正倒鏡自跟蹤的方法進行。步驟如下：

（1） 標校塔信標喇叭對天線三軸中心大地測量值俯仰角為[ETD；]

（2） 天線測量系方位[Az測量=]0°，轉(zhuǎn)動天線第三軸和俯仰軸使天線電軸對準標校塔信標喇叭，第三軸待機，從頻譜儀上檢測此時信號電平最大，跟蹤接收機輸出誤差電壓為0。記錄此時天線大地系俯仰角度[Ez；]

（3） 天線第三軸不動，方位轉(zhuǎn)動180°，俯仰轉(zhuǎn)動到約180-[Ez]位置，調(diào)整天線方位及俯仰軸使天線電軸對準標校塔信標喇叭，從頻譜儀上檢測此時信號電平最大，跟蹤接收機輸出誤差電壓為0，此時方位極性與正鏡對塔時相反，記錄此時俯仰大地系角度數(shù)據(jù)[Ed；]

（4） 計算公式如下：

[ΔEg=-12Ez-Ed+180°+ETD] （4）

3.8 動態(tài)滯后修正

動態(tài)滯后誤差是在自跟蹤狀態(tài)下由于伺服系統(tǒng)動態(tài)特性不夠引起，通常遙感數(shù)據(jù)接收天線系統(tǒng)需要提供一定精度的測角數(shù)據(jù)，對高仰角衛(wèi)星，動態(tài)滯后誤差是較大的誤差項，通過對實際跟蹤測量系角度數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)滯后修正并平滑處理后再進行坐標變換上報。

4 工程應(yīng)用結(jié)果分析

在某12 m S/X雙頻段三軸天線系統(tǒng)上經(jīng)過常規(guī)標校、同步星標校、跟蹤太陽角度標校后，其全空域指向精度能夠滿足X頻段直接捕獲要求，修正后的測角精度也有了明顯的提高。

例：2012年12月21日實際跟蹤TERA衛(wèi)星，天線最大跟蹤仰角為73°，沒有進行修正的方位角度誤差曲線如圖2，圖3所示，最大值有0.35°，超出了天線的波束寬度。經(jīng)過修正后的角度誤差如圖4，圖5所示，其角度誤差達到了0.01°以內(nèi)。

圖2 沒有進行修正的方位測角誤差曲線

圖3 沒有進行修正的俯仰測角誤差曲線

對系統(tǒng)經(jīng)誤差修正后，進行了40多圈次多顆低軌衛(wèi)星跟蹤驗證，在沒有進行指向修正時，天線程序跟蹤誤差較大，無法全程有效接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過修正后，可實現(xiàn)程序跟蹤有效接收數(shù)據(jù)。

圖4 經(jīng)過修正后的方位測角誤差曲線

圖5 經(jīng)過修正后的俯仰測角誤差曲線

5 結(jié) 論

本文根據(jù)方位?俯仰+斜轉(zhuǎn)臺三軸天線的工作原理、誤差項特點，完善了以往三軸天線標校方法的不足，提出了三軸天線誤差修正模型及標校方法，并在實際工程中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果，對斜轉(zhuǎn)臺三軸天線角度標校及誤差修正具有借鑒及指導意義。

參考文獻

[1] 樓禹錫.雷達精度分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，1979.

[2] 陳允芳，賈乃華.衛(wèi)星測控手冊[M].北京：科學出版社，1992.

[3] 仇芝.脈沖雷達衛(wèi)星標定方法的一種工程實現(xiàn)研究[J].飛行器測控學報，2010（5）：31?33.

[4] 李連升.雷達伺服系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1983.

[5] 王萬玉，張寶全，陳剛.俯仰/方位座架軸系誤差分析及標校[C]//中國空間科學學會空間探測專業(yè)委員會第十九次學術(shù)會議論文集（下冊）.北京：中國空間科學學會空間探測專業(yè)委員會，2006：150?153.

[6] 李娜，魏帥.901H天線構(gòu)成與角度標校[J].黑龍江氣象，2011（3）：29?30.

角度零值也可以采用太陽跟蹤標定和同步衛(wèi)星標定的方法實現(xiàn)，采用幾種方法相結(jié)合綜合標定的方法相互驗證，再經(jīng)實際衛(wèi)星跟蹤檢驗。

3.6 角定向靈敏度標定

跟蹤接收機的定向靈敏度、交叉耦合、誤差帶寬等指標，直接影響天線對動態(tài)目標的跟蹤性能。定向靈敏度需經(jīng)過準確的標定，才能通過記錄的跟蹤接收機誤差電壓對動態(tài)滯后進行修正。

跟蹤接收機輸出誤差電壓按要求一般為：

X波段：800 mV/mil；S波段：500 mV/mil；交叉耦合滿足：≤[15]。

跟蹤接收機的定向靈敏度一般是在中等電平情況下對信標喇叭天線方位、俯仰分別偏開零點進行調(diào)整標定，使其符合要求。應(yīng)用時，伺服系統(tǒng)環(huán)路參數(shù)按實際的定向靈敏度進行歸一化處理。

3.7 重力下垂標定

天線在重力作用下會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，包括主反射體變形、饋源位移、天線副反射面位移等，這些結(jié)構(gòu)變形都會產(chǎn)生電軸偏移，在俯仰上引起測角誤差。對大口徑窄波束天線，如12 m X頻段，波束寬度只有0.2°，由于重力下垂誤差的影響，會帶來天線在高、低仰角指向造成偏差，輸出的測角數(shù)據(jù)也包含重力下垂誤差。

重力下垂誤差可采用常規(guī)的正倒鏡跟蹤方法解算，或跟蹤高精度星歷的低軌衛(wèi)星、跟蹤太陽對低仰角、高仰角測量數(shù)據(jù)與預報值進行比對解算。

重力下垂標定可以采用正倒鏡自跟蹤的方法進行。步驟如下：

（1） 標校塔信標喇叭對天線三軸中心大地測量值俯仰角為[ETD；]

（2） 天線測量系方位[Az測量=]0°，轉(zhuǎn)動天線第三軸和俯仰軸使天線電軸對準標校塔信標喇叭，第三軸待機，從頻譜儀上檢測此時信號電平最大，跟蹤接收機輸出誤差電壓為0。記錄此時天線大地系俯仰角度[Ez；]

（3） 天線第三軸不動，方位轉(zhuǎn)動180°，俯仰轉(zhuǎn)動到約180-[Ez]位置，調(diào)整天線方位及俯仰軸使天線電軸對準標校塔信標喇叭，從頻譜儀上檢測此時信號電平最大，跟蹤接收機輸出誤差電壓為0，此時方位極性與正鏡對塔時相反，記錄此時俯仰大地系角度數(shù)據(jù)[Ed；]

（4） 計算公式如下：

[ΔEg=-12Ez-Ed+180°+ETD] （4）

3.8 動態(tài)滯后修正

動態(tài)滯后誤差是在自跟蹤狀態(tài)下由于伺服系統(tǒng)動態(tài)特性不夠引起，通常遙感數(shù)據(jù)接收天線系統(tǒng)需要提供一定精度的測角數(shù)據(jù)，對高仰角衛(wèi)星，動態(tài)滯后誤差是較大的誤差項，通過對實際跟蹤測量系角度數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)滯后修正并平滑處理后再進行坐標變換上報。

4 工程應(yīng)用結(jié)果分析

在某12 m S/X雙頻段三軸天線系統(tǒng)上經(jīng)過常規(guī)標校、同步星標校、跟蹤太陽角度標校后，其全空域指向精度能夠滿足X頻段直接捕獲要求，修正后的測角精度也有了明顯的提高。

例：2012年12月21日實際跟蹤TERA衛(wèi)星，天線最大跟蹤仰角為73°，沒有進行修正的方位角度誤差曲線如圖2，圖3所示，最大值有0.35°，超出了天線的波束寬度。經(jīng)過修正后的角度誤差如圖4，圖5所示，其角度誤差達到了0.01°以內(nèi)。

圖2 沒有進行修正的方位測角誤差曲線

圖3 沒有進行修正的俯仰測角誤差曲線

對系統(tǒng)經(jīng)誤差修正后，進行了40多圈次多顆低軌衛(wèi)星跟蹤驗證，在沒有進行指向修正時，天線程序跟蹤誤差較大，無法全程有效接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過修正后，可實現(xiàn)程序跟蹤有效接收數(shù)據(jù)。

圖4 經(jīng)過修正后的方位測角誤差曲線

圖5 經(jīng)過修正后的俯仰測角誤差曲線

5 結(jié) 論

本文根據(jù)方位?俯仰+斜轉(zhuǎn)臺三軸天線的工作原理、誤差項特點，完善了以往三軸天線標校方法的不足，提出了三軸天線誤差修正模型及標校方法，并在實際工程中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果，對斜轉(zhuǎn)臺三軸天線角度標校及誤差修正具有借鑒及指導意義。

參考文獻

[1] 樓禹錫.雷達精度分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，1979.

[2] 陳允芳，賈乃華.衛(wèi)星測控手冊[M].北京：科學出版社，1992.

[3] 仇芝.脈沖雷達衛(wèi)星標定方法的一種工程實現(xiàn)研究[J].飛行器測控學報，2010（5）：31?33.

[4] 李連升.雷達伺服系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1983.

[5] 王萬玉，張寶全，陳剛.俯仰/方位座架軸系誤差分析及標校[C]//中國空間科學學會空間探測專業(yè)委員會第十九次學術(shù)會議論文集（下冊）.北京：中國空間科學學會空間探測專業(yè)委員會，2006：150?153.

[6] 李娜，魏帥.901H天線構(gòu)成與角度標校[J].黑龍江氣象，2011（3）：29?30.

角度零值也可以采用太陽跟蹤標定和同步衛(wèi)星標定的方法實現(xiàn)，采用幾種方法相結(jié)合綜合標定的方法相互驗證，再經(jīng)實際衛(wèi)星跟蹤檢驗。

3.6 角定向靈敏度標定

跟蹤接收機的定向靈敏度、交叉耦合、誤差帶寬等指標，直接影響天線對動態(tài)目標的跟蹤性能。定向靈敏度需經(jīng)過準確的標定，才能通過記錄的跟蹤接收機誤差電壓對動態(tài)滯后進行修正。

跟蹤接收機輸出誤差電壓按要求一般為：

X波段：800 mV/mil；S波段：500 mV/mil；交叉耦合滿足：≤[15]。

跟蹤接收機的定向靈敏度一般是在中等電平情況下對信標喇叭天線方位、俯仰分別偏開零點進行調(diào)整標定，使其符合要求。應(yīng)用時，伺服系統(tǒng)環(huán)路參數(shù)按實際的定向靈敏度進行歸一化處理。

3.7 重力下垂標定

天線在重力作用下會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，包括主反射體變形、饋源位移、天線副反射面位移等，這些結(jié)構(gòu)變形都會產(chǎn)生電軸偏移，在俯仰上引起測角誤差。對大口徑窄波束天線，如12 m X頻段，波束寬度只有0.2°，由于重力下垂誤差的影響，會帶來天線在高、低仰角指向造成偏差，輸出的測角數(shù)據(jù)也包含重力下垂誤差。

重力下垂誤差可采用常規(guī)的正倒鏡跟蹤方法解算，或跟蹤高精度星歷的低軌衛(wèi)星、跟蹤太陽對低仰角、高仰角測量數(shù)據(jù)與預報值進行比對解算。

重力下垂標定可以采用正倒鏡自跟蹤的方法進行。步驟如下：

（1） 標校塔信標喇叭對天線三軸中心大地測量值俯仰角為[ETD；]

（2） 天線測量系方位[Az測量=]0°，轉(zhuǎn)動天線第三軸和俯仰軸使天線電軸對準標校塔信標喇叭，第三軸待機，從頻譜儀上檢測此時信號電平最大，跟蹤接收機輸出誤差電壓為0。記錄此時天線大地系俯仰角度[Ez；]

（3） 天線第三軸不動，方位轉(zhuǎn)動180°，俯仰轉(zhuǎn)動到約180-[Ez]位置，調(diào)整天線方位及俯仰軸使天線電軸對準標校塔信標喇叭，從頻譜儀上檢測此時信號電平最大，跟蹤接收機輸出誤差電壓為0，此時方位極性與正鏡對塔時相反，記錄此時俯仰大地系角度數(shù)據(jù)[Ed；]

（4） 計算公式如下：

[ΔEg=-12Ez-Ed+180°+ETD] （4）

3.8 動態(tài)滯后修正

動態(tài)滯后誤差是在自跟蹤狀態(tài)下由于伺服系統(tǒng)動態(tài)特性不夠引起，通常遙感數(shù)據(jù)接收天線系統(tǒng)需要提供一定精度的測角數(shù)據(jù)，對高仰角衛(wèi)星，動態(tài)滯后誤差是較大的誤差項，通過對實際跟蹤測量系角度數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)滯后修正并平滑處理后再進行坐標變換上報。

4 工程應(yīng)用結(jié)果分析

在某12 m S/X雙頻段三軸天線系統(tǒng)上經(jīng)過常規(guī)標校、同步星標校、跟蹤太陽角度標校后，其全空域指向精度能夠滿足X頻段直接捕獲要求，修正后的測角精度也有了明顯的提高。

例：2012年12月21日實際跟蹤TERA衛(wèi)星，天線最大跟蹤仰角為73°，沒有進行修正的方位角度誤差曲線如圖2，圖3所示，最大值有0.35°，超出了天線的波束寬度。經(jīng)過修正后的角度誤差如圖4，圖5所示，其角度誤差達到了0.01°以內(nèi)。

圖2 沒有進行修正的方位測角誤差曲線

圖3 沒有進行修正的俯仰測角誤差曲線

對系統(tǒng)經(jīng)誤差修正后，進行了40多圈次多顆低軌衛(wèi)星跟蹤驗證，在沒有進行指向修正時，天線程序跟蹤誤差較大，無法全程有效接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過修正后，可實現(xiàn)程序跟蹤有效接收數(shù)據(jù)。

圖4 經(jīng)過修正后的方位測角誤差曲線

圖5 經(jīng)過修正后的俯仰測角誤差曲線

5 結(jié) 論

本文根據(jù)方位?俯仰+斜轉(zhuǎn)臺三軸天線的工作原理、誤差項特點，完善了以往三軸天線標校方法的不足，提出了三軸天線誤差修正模型及標校方法，并在實際工程中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果，對斜轉(zhuǎn)臺三軸天線角度標校及誤差修正具有借鑒及指導意義。

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