静止气象卫星测距系统的距离计算及零值管理

摘 要 风云二号三点测距系统是风云二号静止气象卫星应用系统指令与数据接收站的重要组成部分，其主要完成对风云二号卫星的轨道位置精度定位任务。其测距精度与测距方法和标校零值等多种因素有关。静止气象卫星测距系统采用的是伪码测距方法，零值测定、装订以及是系统中测量精度误差的主要来源，本文主要分析了其标校零值的测定以及距离计算过程，且对任务中相关零值的装订方法进行了说明。

关键词 静止卫星；三点测距；距离计算；零值测定

中图分类号：V11 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）042-086-02

1 测距系统原理及意义

静止气象卫星相对地球而言，虽然相对静止、同步，但由于受太阳风压、地球重力、月球摄动力的影响，会产生东西及南北方向的来回漂移，其漂移的合成结果，使得卫星星下点轨迹呈8字形。为了使 FY-2 系列卫星星载扫描辐射计获取的地球表面云图具有准确的区域性，需要在云图上嵌入准确的经纬线，要获得正确的经纬数据，地面控制系统必须对卫星的轨道位置进行精确定位。

风云二号三点测距系统是风云二号静止气象卫星应用系统指令与数据接收站的重要组成部分，其主要完成对风云二号卫星的轨道位置精度定位任务。其利用三个不在同一条直线上的点，分别以各个点为圆心、各点到空间某定点的距离为半径画圆球面，圆球面的交点便是该定点位置。

2 静止气象卫星到各地面站距离计算

静止气象卫星测距系统由一个测距主站和两个测距副站组成，在系统运控的控制下，主站发射伪码信号，经卫星和两个副站转发回主站，完成三路测距伪码的时延距离测量，主站计算机将测量的时延扣除设备固有时延，换算成距离，如图1。

信号转发及距离计算具体过程如下：

1）由主站发送测距上行信号，经卫星变频后向主站和副站转发，主站测距机收到卫星转发的三路下行信号后即可测出三路测距信号的传输时延，分别为：主站-卫星-主站T0；主站-卫星-副站1-主站T1；主站-卫星-测距副站2-卫星-主站T2。

2）扣除主站设备通道1 时延T主-射和卫星零值T卫星-主后，计算得到主站到卫星的距离R主。

即R主=T0-T主-射-T卫星-主

3）扣除副1站设备T副1-射、卫星零值T卫星-副1、主站设备通道2时延T主1射以及主站到卫星的距离R主，即可得到副站到卫星的距离R副1。

即R副1=T1-T副1-射-T卫星-副1-T主1-射-R主

4）扣除副2站设备T副2-射、卫星零值T卫星-副2、主站设备通道3时延T主2射的时延以及主站到卫星的距离R主，即可得到副站到卫星的距离R副2。

即R副2=T2-T副2-射-T卫星-副2-T主2-射-R主

3 零值的测定

在测距定位系统归算时，扣除设备本身产生的时延，换算为距离，就叫零值。

3.1 卫星零值

卫星零值由卫星总体单位测试并提供给单位，每颗卫星分别有三个频率点的三个零值，不同测距终端对应不同的卫星零值，分别为T卫星-主、T卫星-副1、T卫星-副2。

3.2 测距副站零值测定

FY-2测距副站设备零值的测定采用无塔标校（偏馈振子）和测距终端标校模拟源方案，测得的校零数据通过监控单元的串口送监控计算机：

1）测距终端标校模拟源包括伪码调制器（包含在监控单元内部）和测距终端两部分，在自校时用来测距终端本身设备零值，终端自环校零。伪码调制器用来产生中频伪码调制信号，测距终端完成中频载波解调和伪码的捕获、跟踪和零值测定。测距中频接收机的输入加开关，将输入工作状态分为两种。一种为正常工作的中频接收信号，即设备处于工作状态。另一种为中频校零变频器的中频信号，即设备处于中频校零状态，测得的时延分别为副站的中频零值T中-副1、T中-副2。

2）在主天线的抛物面上安装一个偏馈振子接到标校变频器，与主天线的转发设备构成射频无线闭环，如图2。

①当开关K3和K4接通到3（3和1连通）时，测距标校模拟源自身校零时，根据信号流向，中频零值可表示为：

T中=D3+D6+D4；

②当开关K3和K4接通到2（2和1连通）且K1和K2接通到2（1和2连通）时，系统大环路校零，根据信号流向，零值可表示为：

T系=D1+D2+D3+D4+D7+D8+D9；

③当开关K1和K2接通到1（1和2连通）时为工作状态，相关电缆零值是：

T工=D1+D2+D5+D9；

④校零扣除过程中，系统零值除去终端自身零值为：

T系–T中=D1+D2+D7+D8+D9–D6；

⑤工作/标校时的零值差为：

T系–T中–T工=D7+D8–D6–D5；

为了消除该误差，设计时考虑电缆箱内部走线连接D7 ， D8 ， D5 ， D6等长并且同品格材料。故可近似认为T工= T系 – T中=T副射

即：T副1-射= T系-副1 – T中-副1

T副2-射= T系-副2– T中-副2

3.3 测距主站零值测定

3.3.1 中频零值的测定

主站不同副站，下行为三路返回信号。为了较为方便地测量中频以下设备的距离零值和检查三个测距通道的测距终端是否工作正常，主站设备还配备了三个中频校零变频器/标校塔变频模拟器。上行的70.5 MHz中频伪码调制信号加分路器分为两路，一路送给上行信道，为工作状态；另一路加开关再分三路送给中频校零变频器（三个变频器），开关接通后设备进入校零状态。中频校零变频器的中频输出电平，与正常工作时的信号电平一致，中频校零环路测得的中频零值分别为T主-系、T主1-系、T主2-系。其中，变频器1、2、3的零值必须预先标定且相对稳定，分别为T主-变、T主1-变、T主2-变，存储在主站零值装订内，以便中频零值T主-中、T主1-中、T主2-中计算时调取。

即T主-中=T主-系–T主-变

T主1-中=T主1-系–T主1-变

T主2-中=T主2-系–T主2-变

3.3.2 射频零值的测定

利用偏馈振子及标校变频器构成射频闭环检测，由于塔上变频器只输出一个射频，为了模拟实际工作状态，主站配备标校塔变频模拟器（与中频校零变频器共用），将开关三个开关都打到标校，此时变频器1和2的输入信号是从标校塔输出经下变频后的中频信号78.9 MHz，将塔上下来的一个中频变为三个通道所需的中频，这样，三个测距通道就可同时工作，模拟了实际工作情况，实现了主站设备的射频检测。当主站设备进行测距时，开关均打到工作态，同时校零变频器断电，此时测距终端的三路中频即为卫星转发的主站、副1站和副2站的信号，从而实现了对卫星的测距。其射频零值的测定和计算过程如下

1）测量标校塔转发设备（偏馈振子）的时延，作为已知值存储T偏。

2）由厂家提供主站坐标归算点到标校塔转发设备（偏馈振子）的距离T偏-主 。

3）将天线对准冷空，利用偏馈振子及标校变频器构成射频闭环检测，测量该信号经标校塔转发返回的总时延T主总、T主1总、T主2总。

4）将T主总、T主1总、T主2总扣除标校塔转发设备时延生成的距离T偏，主站坐标归算点到标校塔的距离T偏-主，以及设备本身测距单元分别对应的三个中频零值T主-中、T主1-中、T主2-中，分别得到三个通道的射频零值T主-射、T主1-射、T主2-射。

即：T主-射=T主总–T偏–T偏-主–T主-中

T主1-射=T主1总–T偏–T偏-主–T主1-中

T主2-射=T主2总–T偏–T偏-主–T主2-中

4 零值的管理

每个副站在测出设备零值后统一交给主站，主站统一装订，其中各台站设备各有A/B双套备份，所有零值装订可以针对副站的每一种组合号装订。如图3。

主站在每次测出设备射频零值后存放于文件内，每次测距作业前测出中频零值，程序自动到该文件及其装订文件读取相关数据，扣除零值完成最终的距离计算。主站的监控计算机计算后得到的三个距离值R主、R副1、R副2，按照规定的协议和格式通过网络传送给总控中心，由数据处理中心对测距数据进行修正后，确定卫星的轨道参数。

参考文献

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