基于温度台阶测试数据的卫星测控上行接收功率估算方法

摘要

本发明提出了一种基于温度台阶测试数据的卫星测控上行接收功率估算方法，依据卫星测控应答机在轨AGC电压和内部温度估算卫星上行测控通道接收功率，计算过程采用了测控应答机单机温度台阶试验测试数据进行温度误差修正。相对于传统的采用测控链路各环节性能测试值的卫星上行测控通道接收功率的理论计算，本方法计算环节少、过程简单，不会引入实际空间衰减误差、天线增益误差和一系列设备性能测试误差积累，估算结果的精度大幅度提高。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星上行测控通道接收功率估算，用于卫星测控链路性能分析与评估。

背景技术

测控链路分析是进行测控射频信道的分析计算，是测控分系统设计与性能估算的重要手段。它为系统工程师提供对系统的整体了解。通过链路分析，设计师可以知道整个系统设计和性能。分析得到的链路余量说明系统是否能满足要求。链路分析可以反映系统是否存在硬件限制，以及是否能在链路其他部分弥补该限制。链路预算与分析是权衡系统配置变化以及设备性能变化对系统性能影响的参考依据。

卫星上行测控通道接收功率估算是卫星测控链路分析的重要环节。在测控分系统设计阶段，上行测控通道接收功率的理论计算是分系统详细设计的基础；在卫星应用阶段，上行测控通道接收功率实际值估算是验证分系统设计、评估系统实际性能、优化设计的重要环节

本发明所涉及领域的现状：1)传统的采用测控链路各环节性能测试值的卫星上行测控通道接收功率的理论计算值，包含了实际空间衰减误差、天线增益误差和一系列设备性能测试误差积累等因素，最终结果误差很大，在10dB量级；2)传统的基于单一AGC曲线的卫星上行测控通道接收功率估计值，未考虑测控应答机温度对单机性能包括AGC电压值的影响，最终结果误差较大，在5dB量级。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于温度台阶测试数据的卫星测控上行接收功率估算方法，依据卫星测控应答机在轨AGC电压和内部温度估算卫星上行测控通道接收功率，计算过程采用了测控应答机单机温度台阶试验测试数据进行温度误差修正，计算具有较高的精度。该计算方法简单、适用。

本发明的技术方案是：一种基于温度台阶测试数据的卫星测控上行接收功率估算方法，步骤如下：

(1)测试测控应答机单机在不同温度下AGC电压值对应的输入功率，然后将同一温度下AGC电压值对应的输入功率拟合成一条AGC电压值随对应的输入功率变化的曲线数据，形成一组不同温度下AGC电压值随对应的输入功率变化的曲线数据，作为在轨估算的基准数据源，即单机温度台阶试验测试数据；

(2)卫星在轨运行且使用测控上行通道期间，通过遥测参数记录测控应答机内部温度值t_实测和AGC电压值VAGC_实测；

(3)根据步骤(2)测控应答机内部温度为t_实测，从步骤(1)单机温度台阶试验测试数据中找出与温度t_实测最接近的两个温度t_低和t_高对应的AGC电压值随对应的输入功率变化的曲线数据；

(4)根据步骤(3)t_低和t_高对应的AGC电压值随对应的输入功率变化的曲线，计算测控应答机内部温度为t实测时应答机AGC电压曲线，公式如下：

VAGC[P_{应答机输入端},t_实测]＝VAGC[P_{应答机输入端},t_低]+(t_实测-t_低)(VAGC[P_{应答机输入端},t_高]-VAGC[P_{应答机输入端},t_低])/(t_高-t_低)公式(1)

式中

VAGC[P_{应答机输入端},t_实测]——测控应答机内部温度为t_实测时，AGC电压随输入功率变化的曲线值；

t_实测——步骤(2)中测控应答机内部温度遥测值；

t_高——单机温度台阶试验测试结果中高于t_实测的最低的测控应答机内

温值；

t_低——单机温度台阶试验中试结果中低于t_实测的最高的测控应答机内

温值；

VAGC[t_高]——单机温度台阶试验中，测控应答机内温为t_高时各输入功

率条件下对应的AGC电压值；

VAGC[t_低]——单机温度台阶试验中，测控应答机内温为t_低时各输入功

率条件下对应的AGC电压值。

(5)根据步骤(4)测控应答机内部温度为t_实测时对应的测控应答机AGC电压曲线，计算测控应答机内部温度值t_实测和AGC电压值VAGC_实测对应的测控应答机输入功率值P_估算。公式如下：

P_估算＝P_低+(VAGC_实测-VAGC[P_低,t_实测])(P_高-P_低)/(VAGC[P_高,t_实测]-VAGC[P_低,t_实测])

公式(2)

式中

VAGC[P_高,t_实测]——测控应答机内部温度为t_实测时，AGC电压随输入功率变化的曲线中大于VAGC_实测的最小取值；

VAGC[P_低,t_实测]——测控应答机内部温度为t_实测时，AGC电压随输入功率变化的曲线中小于VAGC_实测的最大取值；

P_高——VAGC[P_高,t_实测]对应的测控应答机输入功率；

P_低——VAGC[P_低,t_实测]对应的测控应答机输入功率。

测试测控应答机单机在-10～50摄氏温度下AGC电压值对应的输入功率。

测试测控应答机单机在不同温度下AGC电压值对应的输入功率的取值范围为-112dBm～-42dBm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明相对于传统的采用测控链路各环节性能测试值的卫星上行测控通道接收功率的理论计算，本方法计算环节少、过程简单，不会引入实际空间衰减误差、天线增益误差和一系列设备性能测试误差积累，估算结果的精度大幅度提高。

(2)本发明相对于传统的基于单一AGC曲线的卫星上行测控通道接收功率估计，考虑了测控应答机温度对单机性能包括AGC电压值的影响，计算过程采用了测控应答机单机温度台阶试验测试数据进行温度误差修正，计算结果具有很高的精度，其计算精度由于0.3dB。

附图说明

图1为卫星上行测控通道工作示意图；

图2为不同温度条件下测控应答机AGC电压随输入功率的变化曲线；

图3上行接收功率估算方法流程图。

具体实施方式

本发明的基本思路为：提出了一种基于温度台阶测试数据的卫星测控上行接收功率估算方法，依据卫星测控应答机在轨AGC电压和内部温度估算卫星上行测控通道接收功率，计算过程采用了测控应答机单机温度台阶试验测试数据进行温度误差修正。相对于传统的采用测控链路各环节性能测试值的卫星上行测控通道接收功率的理论计算，本方法计算环节少、过程简单，不会引入实际空间衰减误差、天线增益误差和一系列设备性能测试误差积累，估算结果的精度大幅度提高。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1和图3所示，依据卫星测控应答机在轨AGC电压和内部温度估算卫星上行测控通道接收功率，计算过程采用了测控应答机单机温度台阶试验测试数据进行温度误差修正，具体步骤如下：

(1)测试测控应答机单机在不同温度下AGC电压值随输入功率的曲线数据，作为在轨估算的基准数据源。测控高频电缆连接前，一般在单机测试阶段，使用标准信号源在测控应答机上行测控信号输入口加射频单载波信号，在温度台阶试验中测试各温度状态下“测控应答机AGC电压”随上行输入功率变化的曲线。其中，应答机射频信号输入端输入功率从门限功率到动态范围上限按5dB步进变化、测控应答机环境温度从-10℃～50℃(设备正常工作范围)按5℃或10℃步进变化。记录各温度状态下测控应答机测温电阻阻值，并用该温度参数处理方法计算出对应的应答机内部温度。测试时，需考虑试高频测试电缆插损，信号源输出功率设置为应答机输入端所需功率值与测试电缆插损值的和。即：

P_源＝P_{应答机输入端}+L_测试电缆公式(1)

式中P_源为信号源输出功率；P_{应答机输入端}为应答机输入端所需功率；L_测试电缆为测试电缆插损。最终形成温度台阶AGC电压测试结果矩阵VAGC[P_{应答机输入端},t]，如表1所示。

表1AGC电压测试结果矩阵表(示例)

如图2所示为不同温度条件下测控应答机AGC电压随输入功率的变化曲线

(2)卫星在轨运行且使用测控上行通道期间，通过遥测参数记录测控应答机内部温度值t_实测和AGC电压值VAGC_实测；

(3)根据步骤(1)单机温度台阶试验测试数据，计算测控应答机内部温度为t_实测时测控应答机AGC电压曲线值。计算公式为：

VAGC[P_{应答机输入端},t_实测]＝VAGC[P_{应答机输入端},t_低]+(t_实测-t_低)(VAGC[P_{应答机输入端},t_高]-

VAGC[P_{应答机输入端},t_低])/(t_高-t_低)公式(2)

式中VAGC[P_{应答机输入端},t_实测]为测控应答机内部温度为t_实测时，AGC电压随输入功率(步进为5dB)变化的曲线值；t_实测为步骤(2)中测控应答机内部温度遥测值；t_高为单机温度台阶试验测试结果中(表1)出现，高于t_实测的最低的测控应答机内温值；t_低为单机温度台阶试验中试结果中(表1)出现，低于t_实测的最高的测控应答机内温值；VAGC[P_{应答机输入端},t_高]为单机温度台阶试验中，测控应答机内温为t_高时各输入功率条件下对应的AGC电压值；VAGC[P_{应答机输入端},t_低]为单机温度台阶试验中，测控应答机内温为t_低时各输入功率条件下对应的AGC电压值。

(4)跟据测控应答机内部温度为t_实测应答机时测控应答机AGC电压曲线，计算测控应答机内部温度值t_实测和AGC电压值VAGC_实测对应的测控应答机输入功率值。计算公式为：

P_估算＝P_低+(VAGC_实测-VAGC[P_低,t_实测])(P_高-P_低)/(VAGC[P_高,t_实测]-VAGC[P_低,t_实测])

公式(3)

式中VAGC[P_高,t_实测]为测控应答机内部温度为t_实测时，AGC电压随输入功率(步进为5dB)变化的曲线(步骤(3)结果)中大于VAGC_实测的最小取值；VAGC[P_低,t_实测]为测控应答机内部温度为t_实测时，AGC电压随输入功率(步进为5dB)变化的曲线(步骤(3)结果)中小于VAGC_实测的最大取值；P_高为VAGC[P_高,t_实测]对应的测控应答机输入功率；P_低为VAGC[P_低,t_实测]对应的测控应答机输入功率。

测试测控应答机单机在优选的0～40摄氏温度下AGC电压值对应的输入功率，可有效覆盖测控应答机在轨工作温度，为精确估计测控应答机上行接收功率提供充份的数据，从而可有效提高功率估计精度。

测试测控应答机单机在不同温度下AGC电压值对应的输入功率的优选范围取值范围为-112dBm～-42dBm，可有效覆盖测控应答机正常在轨工作时的功率范围，为精确估计测控应答机上行接收功率提供充份的数据，从而可有效提高功率估计精度。

考虑卫星实际在空间工作环境情况，以及卫星在轨工作时温度遥测采集的精度原因，测试测控应答机单机在不同温度下AGC电压值对应的输入功率时，温度台阶选用5度，这样的好处是可以用最少的测试样本数据，达到估计出的功率值精度与卫星上行测控通道接收功率的可测精度在同一水平。

本发明的这种功率估算方法，经过我国多颗中、高轨卫星测试验证，通过本方法估算出的功率值与仿真计算数据吻合性好，大幅提高了卫星在轨测控上行通道功率估算精度，有效满足了卫星在轨工作过程中对测控应答机上行功率估计工作的需要。