SXKa频段卫星地面站无人机测试标校设计



文章编号：（）：／／

１６７１４５９８２０２１０１００１４０６

ＤＯＩ１０．１６５２６ｔ．２０２１．０１．００４

中图分类号：

Ｖ１９．ｃｎｋｉ．１１－４７６２

ｐｊ

文献标识码：

Ａ

·

１４

·

计算机测量与控制

．２０２０．２９

（

１

）

犆狅犿狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾

狆

测试与故障诊断

／／

犛犡犓犪

频段卫星地面站无人机测试标校设计

解玲娜，王

怀

（航天恒星科技有限公司，北京

１

）

０００８６

摘要：利用测试标校设备对卫星地面站系统进行校准维护，是卫星地面站建设和运行过程中的重要环节；标校设备能够消除

地面站在使用过程中产生的系统误差，但是传统固定标校塔不能满足

Ｋａ

频段的远场使用条件，因此采用无人机平台取代固定标

／／校塔能够同时满足

ＳＸＫａ

三频段地面站使用需求，提高了标校设备使用的机动性和灵活性，降低了建设成本；通过对无人机使

用的法律法规研究，对系统重要性能指标论证，设计了三频段测控数传一体地面站无人机测试标校系统，采用

Ⅱ

类无人机平台，

搭载有效载荷标校源、天线、远控模块，通过地面与机载通信链路进行信号通断、极化切换等控制，经实际应用满足了

Ｓ

／／

ＸＫａ

频段卫星地面站建设工程上的应用。

关键词：无人机；标校；载荷

／／

犛犡犓犪犅犪狀犱犛犪狋犲犾犾犻狋犲犌狉狅狌狀犱犛狋犪狋犻狅狀犝犃犞犜犲狊狋犆犪犾犻犫狉犪狋犻狅狀犇犲狊犻狀

犵

，

ＷＸｉｅＬｉｎｎａａｎｕａｉ

ｇｇ

Ｈ

（）

ＳａｃｅＳｔａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｏ．

，

Ｌｔｄ．

，

Ｂｅｉｉｎ０００８６

，

Ｃｈｉｎａ

１

ｐｇｙ

Ｃ

ｊｇ

：

Ｔ犃犫狊狋狉犪犮狋ｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｅｕｉｍｅｎｔｓａｄｕｓｔａｎｄｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｓａｔｅｌｌｉｔｅ

ｇ

ｒｏｕｎｄｓｔａｔｉｏｎ．Ｉｔｓａｎｉｍｏｒｔａｎｔｌｉｎｋｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

ｑｐｊｐ

，

ａｎｄｏｅｒａｔｉｏｎ．Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｅｕｉｍｅｎｔｃａｎｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｓｓｔｅｍｅｒｒｏｒｓｃａｕｓｅｄｂｒｏｕｎｄｓｔａｔｉｏｎｉｎｕｓｅ

ｐ

ｒｏｃｅｓｓｂｕｔｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆｉｘｅｄ

ｐｑｐｙｙｇ

，

ｔｈａｔｕｓｉｎｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ

（

ＵＡＶ

）

ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｔｏｗｅｒｃａｎｔｍｅｅｔｔｈｅｆａｒｆｉｅｌｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆＫａｂａｎｄ．Ｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ

ｇ

ｕ

，／／

ｌａｔｆｏｒｍｔｏｒｅｌａｃｅｆｉｘｅｄｔｏｗｅｒｃａｎｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｅｅｔｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＳＸＫａｂａｎｄ

ｇ

ｒｏｕｎｄｓｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｍａｋｅｔｈｅ

ｐｐｙ

ｍ

ｑ

，，

ａｎｄｌｅｓｓｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔ．ＴｈｒｏｕｈｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｅＵＡＶｌａｗｓａｎｄｒｅｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｅｕｉｍｅｎｔｍｏｒｅａｉｌｅａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅ

ｇｇｇｑｐｇ

／／

ｉｔｉｓｄｅｓｉｎｅｄＵＡＶＴｅｓｔＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆＳＸＫａｂａｎｄＳａｔｅｌｌｉｔｅＧｒｏｕｎｄＳｔａｔｈｅｉｍｏｒｔａｎｔ

ｐ

ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｓｓｔｅｍ

，

ｇｐｙ

，

ｌａｔｆｏｒｍ

，

ｔｉｏｎ．Ｂｄｏｔｉｎｉｎｄｏｆｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ

（

ＵＡＶ

）

ｉｔｓｒｕｎｎｉｎｉｔｈｃａｒｒｉｎａｌｏａｄｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｓｏｕｒｃｅａｎｔｅｎ

ｐｙ

ａ

ｐｇ

Ⅱ

ｋ

ｇ

ｗ

ｙｇ

ａ

ｐｙ

，，

ｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｕｌｅ．Ｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｔｈｒｏｕｈｔｈｅ

ｇ

ｒｏｕｎｄａｎｄａｉｒｂｏｒｎｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｌｉｎｋｓｉｎａｌｓｕｃｈａｓｏｎａｎｄｏｆｆｓｗｉｔｃｈｉｎｎａ

ｇｇｇ

／／

ｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅ

ｐ

ｒａｃｔｉｃａｌａｌｉｃａｔｉｏｎｓｍｅｅｔｔｈｅＳＸＫａｂａｎｄｓａｔｅｌｌｉｔｅ

ｇ

ｒｏｕｎｄｓｔａｔｉｏｎｅｎｉｎｅｅｒｉｎｌｉｃａｔｉｏｎｓ．

ｐｐｐｇｇ

ａ

ｐｐ

：

ｕ

；；

犓犲狑狅狉犱狊ｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ

（

ＵＡＶ

）

ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｌｏａｄ

狔

０

引言

近年，随着卫星地面系统技术的发展，

Ｓ

／／

ＸＫａ

三频段

测控数传一体地面站已经成为主流，卫星地面站在建设过

程及建成使用维护过程中，为减少或消除地面站系统本身

的系统误差，必须对卫星地面站进行定期或不定期标校。

传统地面站标校系统多采用移动支架或固定标校塔两种方

式，以适应

Ｓ

／

Ｘ

两个不同频段的标校需求

［

１２

］

表

１

无人机分类

分类

Ⅰ

类

Ⅱ

类

Ⅲ

类

Ⅳ

类

Ⅴ

类

Ⅵ

类

Ⅶ

类

空机重量（）

ｋ

ｇ

１．５

＜

犠

≤

４

４

＜

犠

≤

１５

起飞重量（）

ｋ

ｇ

１．５

＜

犠

≤

７

４

＜

犠

≤

２５

０

＜

犠

≤

１．５

１５

＜

犠

≤

１１６１５

＜

犠

≤

１５０

植保无人机

无人飞艇

可

１００

米之外超视距运行的

Ⅰ

、

Ⅱ

类无人机

，但不能满足

Ｋａ

频段的标校远场距离和高度。无人机测试标校作为无塔

标校的一种技术手段，不仅满足

Ｋａ

频段标校的远场条件需

３４

］

求

［

，同时解决了标校塔建造昂贵等一系列问题，更具机

动性和灵活性。

国内现行的对于无人机管理方面的法律法规，主要有

中国民用航空局飞行标准司颁布的《轻小无人机运行规定

（试行）》及《民用无人机驾驶员管理规定》，以上两部规定

中对所有的无人驾驶航空器都进行了规定。

关于无人机驾驶员管理的规定，下列情况下，无人机

系统驾驶员自行负责，无须证照管理：

）在室内运行的无人机；

１

）

Ⅰ

、

Ⅱ

类无人机（如运行需要，驾驶员可在无人机

２

云系统进行备案，备案内容包括驾驶员真实身份信息、所

使用的无人机型号，并通过在线法规测试）；

）在人烟稀少、空旷的非人口稠密区进行试验的无

３

人机。

由于无人机机载设备体积与重量限制，标校等机载设

备将有别于传统安装于地面标校塔的地面设备。无人机测

收稿日期：

２０２００５１５

；

２０２００６０９

。

修回日期：

作者简介：解玲娜（，女，河北衡水人，硕士，工程师，主要从事卫星地面接收系统设计方向的研究。

１９８６

）

引用格式：解玲娜，王

怀

．

／／］计算机测量与控制，（）：

ＳＸＫａ

频段卫星地面站无人机测试标校设计［

Ｊ．２０２１

，

２９１１４１９．

投稿网址：

ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍ

ｊｊｙ



试标校系统采用多旋翼无人机，具备可悬停、操作灵活、

５

］

结构简便、机动性强等优点

［

。此外有效载荷小、续航时

第

１

期解玲娜，等：

Ｓ

／／

ＸＫａ

频段卫星地面站无人机测试标校设计

·

１５

·

间短是此类无人机的不足，所以选用

Ⅱ

类多旋翼无人机作

为标校平台，最大限度满足载重需求，并通过备用电池满

足续航要求。

１

系统组成

无人机测试标校系统由无人机平台、无人机测试标校

载荷、地面控制终端组成，主要组成部分如图

１

所示，无

人机遥控器、远控终端均属于地面控制设备，标校源和标

校天线可统称为信标机，属于无人机测试标校载荷部分。

图

２

无人机测试标校系统应用框图

距离具备各频段所需远场条件，以

Ｓ

／／

ＸＫａ

三频段系统为

例，根据天线标校的远区场条件，信标天线应位于被测天

６

］

线的弗朗荷费区域

［

，对标校塔要求如下：

）被测距离

犚

＞

＝２

／式中，

犇

为被测天线直

１

犇

２

λ

；（

；径，

λ

为测试信号波长）

）被测天线的仰角为半功率波束宽度的

３２

～

５

倍。

按照工程经验，塔距大于远场条件

１

／

４

时，可以形成

图

１

无人机测试标校设备组成

正常的天线方向图，否则和、差波束畸变，无法采用标校

塔法进行标校、测试。因此各频段对标校塔的要求如表

２

所示。

表

２

各频段对无人机的远场要求

天线

直径

／

ｍ

１２

１２

１２

工作

频点

／

ＧＨｚ

２．３

９

２７．５

远场

距离

犚

／

ｋｍ

２．２

８．６

２６．４

工作

仰角

／度

５

≥

２．

６３

≥

０．

２

≥

０．

最小

塔距

犔

／

ｋｍ

０．５３

２．１６

６．６

信标最低

高度

／

ｍ

２３

２３

２３

标校的目的是减小或消除系统误差并使系统设备状态

最佳，标校系统使用

Ｓ

／／

ＸＫａ

三种工作频段，均具备左旋和

右旋的极化方式，满足

Ｓ

／／

ＸＫａ

频段相位标校、方向图测

试

、天线跟踪性能测试需求。

天线相位标校方法是利用搭载在无人机上标校源模块

进行校相。其相位标校方法与对塔校相方法类似。主要包

括无人机升空悬停，工作参数设置，方位、俯仰粗校及精

定向灵敏度标定），相位检查（交叉耦合检校，增益调整（

查）等工作。

天线方向图测试方法在通常情况下，其相位标校方法

与对塔校相方法类似，经过方位、俯仰粗校，并完成增益

调整后，主要包括无人机升空悬停，工作参数设置，方位、

俯仰粗校及精校，增益调整（定向灵敏度标定），旋转被测

天线，形成被测天线方向图。

天线跟踪性能测试方法也与对塔测试类似，通过无人

机测试标校设备发射信号，地面天线多次反复拉偏后自跟

踪可测试跟踪精度，同时可搭载多频段标校设备进行

Ｓ

／

Ｋａ

以及

Ｘ

／

Ｋａ

等跟踪引导试验。

无人机测试标校系统可三个频段同时使用，也可独立

使用，通过地面终端远程控制。地面终端通过对标校源电

源控制和旋切开关来实现不同频段组合和天线极化控制，

以满足不同的需求。通过远控标校源的电源和极化选择器

来实现频率和极化选择，输出不同的频率的极化信号，标

校源可实现不同频率的不同极化的组合，进一步实现不同

方式标校引导。图

２

为无人机测试标校系统的典型应用。

通过以上分析可知，

Ｋａ

频段方向图测试所需最小距离

为

６．６ｋｍ

，存在较大的空间链路传输损耗，故需要对无人

机测试标校设备天线发射功率进行分析。

自由空间传输损耗公式为：

）

犘

犔

（

ｄＢ

）

＝

３２．４５

＋

２０ｌｏ

犚

（

ｋｍ

）

０ｌｏＭＨｚ

＋

２

ｇｇ

犳

（

ＩＲＰ＝

标校源输出

－

线缆损耗

＋

天线增益，

Ｓ

频段标

Ｅ

校源到天线线缆损耗为

０．２ｄＢ

，

Ｘ

频段为

０．３ｄＢ

，

Ｋａ

频段

为

０．５ｄＢ

，

ＥＩＲＰ

计算如下：

Ｓ

频段：

（

犈犐犚犘

犛

＝－

５

－

０．２

＋

５

＝－

０．２ｄＢｍ

）

Ｘ

频段：

（

犈犐犚犘

犡

＝

５

－

０．３

＋

５

＝

９．７ｄＢｍ

）

ａ

频段：

Ｋ

（

犈犐犚犘

犓犪

＝

１０

－

０．５

＋

１２

＝

２１．５ｄＢｍ

）

ＮＡ

入口电平的结果如表

３

所示，满

根据上式计算到

Ｌ

足使用需求。

当

Ｓ

／／

ＸＫａ

频段标校天线输出最大如表

３

所示，

ＬＮＡ

入口电平小于

－５０ｄＢｍ

，可保障后端设备使用安全，即各

频段发射

ＥＩＲＰ

设计最大值。

２

系统重要指标分析设计

２１

无人机测试标校发射功率设计

针对天线方向图测试需要保证信标源与测试天线之间

投稿网址：

ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍ

ｊｊｙ



表

３

ＬＮＡ

入口电平核算表

Ｓ

频段

频率／

ＭＨｚ

标校天线输出最大电平／

ｄＢｍ

最小塔距／

ｋｍ

空间传输损耗／

ｄＢ

地面天线增益／

ｄＢ

指向、极化等损耗／

ｄＢ

入口电平／

ｄＢｍ

２３００

－０．２

０．５

９３．６６

４４．００

２．００

Ｘ

频段

９０００

９．７

２．２

１１８．３８

５６．５０

２．００

Ｋａ

频段

２７５００

２１．５

６．６

１３７．６３

６６．５０

２．００ＬＮＡ

－５１．６３

·

１６

·

计算机测量与控制

第

２９

卷

电以发射无线信号和向机载测控通信模块供电以完成与地

面通信，机上核准电池容量需满足单次至少

２０ｍｉｎ

飞行耗

电和信号发射耗电，通过更换电池，实现总续航时间

１２０

ｍｉｎ

以上。单次续航时间内标校任务规划包含相位标校和方

向图测试。

２．３．１

相位标校

）无人机（含终端确认）、跟踪变频器频点切换时间：

１

；

３ｓ

）无人机旋向切换时间：；

２３ｓ

）天线自动标校流程时间（工程经验）：

２

；

３０ｓ

）无人机上升时间（：／／；

４１００ｍ

）

１００ｍ５ｍｓ＝２０ｓ

）无人机下降时间（：／／；

５１００ｍ

）

１００ｍ３ｍｓ４ｓ

≈

３

按照无人机电池单次续航时间

２０ｍｉｎ

即

１２００ｓ

计算，

扣除上升、下降约

６０ｓ

的时间，因此在不考虑切换旋向的

前提下，单次可完成

１１

／

４０ｓ２３ｓ９

个频点校相任务。

≈

４

２．３．２

方向图测试

）无人机（含终端确认）、跟踪变频器频点切换时间：

１

；

３ｓ

）无人机旋向切换时间：；

２３ｓ

）天线方向图单次测试扫描时间（工程经验）：

３

）俯仰扫描范围以对准角度为基准

－３

；

４°°

～

３

）方位扫描范围以对准角度为基准

－５

；

５°°

～

５

）俯仰、方位扫描速度为恒速：

０

／；

６．５°ｓ

）频谱仪设置时间：；

７２６ｓ

）频谱仪存图时间：；

８３０ｓ

因此单频点方向图（方位和俯仰）扫描时间约为（需

考虑偏置再回零共

２

个偏置范围）：

２４ｓ＋４０ｓ＋５６ｓ＝

；

１２０ｓ

无人机上升时间（：

１

／／；

１００ｍ

）

００ｍ５ｍｓ＝２０ｓ

无人机下降时间（：

１

／／；

１００ｍ

）

００ｍ３ｍｓ４ｓ

≈

３

按照无人机电池单次续航时间

２０ｍｉｎ

即

１２００ｓ

计算，

扣除上升、下降约

６０ｓ

的时间，因此在不考虑切换旋向的

偏移角度

０．０２６°

０．００６°

０．００２°

－５１．８６－５４．１８

因标校距离相对实际收星较近，同时考虑实际标校环

境，此处不对发射

ＥＩＲＰ

最小值进行论述，即标校设备

ＥＩＲＰ

设计符合系统要求。

２２

悬停精度对标校的影响

无人机测试标校系统在使用时，无人机的悬停精度影

无风）：响最大的是方向图的测试，本节以悬停精度（

．５ｍ

为条件进行计算。

≤

±０

如图

３

，当无人机偏移最大悬停精度要求时（即相对地

面天线平移

１ｍ

距离时），对应方向角度的偏移

β

＝

２

α

＝

／

２ｒｃ

狊犻狀

（

０．５

犚

），据此得出表

４

结果。



ａ

图

３

悬停精度分析图

表

４

悬停精度对指向影响分析表

工作频点／

ＧＨｚ

２．２

９

２７．５

远场距离

犚

／

ｋｍ

２．２

８．６

２６．４

前提下，单次可完成

１１

／

４０ｓ１２０ｓ

≈

９

个频点方向图扫描

任务。

３

系统总体设计

３１

无人机平台

无人机选用大疆

Ｍａｔｒｉｃｅ２００Ｖ２

无人机，采用

ＤＪＩ

领先

的飞控系统，具备双冗余

ＩＭＵ

和气压计提升安全性。配合

智能电机驱动器，提供了敏捷、稳定、安全的飞行性能。

返航功能可使飞行器自动飞回返航点并自动降落。除了可

实现稳定飞行和悬停以外，多方位的视觉及红外感知系统

使飞行器可及时探测并自主躲避障碍物，进一步提升安

全性。

Ｍａｔｒｉｃｅ２００Ｖ２

无人机起飞重量包括机身重量、动力电

池重量、载荷重量，详细重量如表

５

所示，载重符合

Ⅱ

类

无人机。

定

Ｍ２００Ｖ２

的飞控系统支持飞行模式包括

Ｐ

模式（

、

Ｓ

模式（运动）、

Ａ

模式（姿态）。位）

由表

４

可知偏移角度由于天线的指向精度要求，对天

线方向测试不会造成畸变。标校源安装在稳定平台上，稳

定平台按照相机正常摄像工作为标准，参照国内类似标校

系统的调试过程，本系统装配之后将在不同高度、风速环

境下进行预调试和数据采集，最终形成系统工作操作规程，

以满足天线标校工程需要。

２３

无人机测试标校续航时间

无人机测试标校设备续航时间受到无人机载重影响，

单次续航时间包含了无人机测试标校设备的起飞时间、降

落时间、标校天线对准时间以及校相、测试时间。无人机

采用电池供电，电池在供无人机飞行的同时，向标校源供

投稿网址：

ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍ

ｊｊｙ



）可调、

－５－５０

～

－５ｄＢｍ

（

Ｓ０

～

５ｄＢｍ

（

Ｘ

）可调、

－５０

）可调和

１ｄ０ｄＢｍ

（

ＫａＢ

衰减精度的技术需求。

～

１

标校源采用的是无人机电池供电，因此尽量选取小电

流低功耗的器件。频率源采用

１００ＭＨｚ

温补晶振作为参考

／时钟，该晶振电流小于

６ｍＡ

，相位噪声优于

－１４８ｄＢｃＨｚ

。鉴相器的鉴相频率为

１

，采用小数

Ｎ

分

０ｋＨｚ００ＭＨｚ

＠

１

频模式，锁相输出本振频率。锁相环电路采用集成锁相芯

片

ＨＭＣ８３０ＬＰ６Ｇ

，该芯片具有高集成度、低相位噪声、宽

图

４

Ｍａｔｒｉｃｅ２００Ｖ２

多旋翼无人机整机图

表

５

无人机起飞重量表

重量

机身重量

最大载荷重量

约

４．６９ｋ

ｇ

备注

含机架、飞控、电机、螺旋桨、电池等

第

１

期解玲娜，等：

Ｓ

／／

ＸＫａ

频段卫星地面站无人机测试标校设计

·

１７

·

频带、低功耗等特点，输出频率覆盖

２

，在

５

～

３０００ＭＨｚ

／。

１００ｋＨｚ

处相位噪声可达到

－１１５ｄＢｃＨｚ

一般情况下，输出频率越高，分频比越大，相位噪声

恶化越大，因此只计算最大频点处相位噪声。

Ｓ

频段标校源

输出最大频率为

２３

，根据锁相环理论可知，环路带

００ＭＨｚ

宽内的相位噪声是由晶振和分频比决定，因此可计算出最

／大频点处相位噪声恶化

２０ｌｏ２３００１００

）

＝２７ｄＢ

，可计

ｇ

（

算出晶振经过恶化后的相位噪声指标为：

／；

－１２６ｄＢｃＨｚＨｚ

＠

１ｋ

／；

－１３３ｄＢｃＨｚ０ｋＨｚ

＠

１

／；

－１２８ｄＢｃＨｚ００ｋＨｚ

＠

１

／。

－１２８ｄＢｃＨｚｚ

＠

１ＭＨ

环路带宽以外的相位噪声由

ＶＣＯ

的相位噪声决定，

ＶＣＯ

的相位噪声指标为：

／；

－１１５ｄＢｃＨｚ００ｋＨｚ

＠

１

／。

－１３５ｄＢｃＨｚｚ

＠

１ＭＨ

晶振相位噪声曲线与

ＶＣＯ

相位噪声曲线的交点在

４００

。环路带宽内相位

ｋＨｚ

处，即最佳环路带宽选择为

４００ｋＨｚ

噪声公式：

１．４５ｋ

ｇ

建议起飞重量：

１４ｋ

≤

６．

ｇ

Ｍ２００Ｖ２

无人机具备自动返航的能力。

Ｍ２００Ｖ２

无人机

为操控者提供三种返航方式，分别为智能返航，智能低电

量返航以及失控返航。在无人机起飞前已记录返航点，并

且具备良好的

ＧＰＳ

信号，当遥控器与无人机失联时，无人

机也能够自动返回返航点并平稳降落，以防发生危险。

３２

标校源模块

标校源设计为

Ｓ

／／

ＸＫａ

频段标校源为同一个模块，集成

了标校源远控模块。

机载产品对于重量和功耗，都有严格的要求，体积小、

重量轻、功耗低等特点，考虑到要实现三个不同频段，因

此标校源采用分频段方案进行设计，将标校源做成标准化

模块。

标校源是给标校设备提供激励信号，用来对天线进行

标校，其组成原理框图如图

５

所示。晶振模块给标校源模

块提供参考信号，标校源模块通过锁相环电路输出一个频

率信号给天线模块，天线模块用来满足激励信号的定向辐

７

］

射

［

。电源单元用来给整个标校分系统提供需要的电压。

犘犖

＝

犘犖

狋

０ｌｏ０ｌｏ

犖

ｇｇ

犳

狅狋

＋

１

犱

＋

２

狆

６

（）（／）

＝

２７

＋

１０

×

ｌｏ１００

×

１００

×

ｌｏ２３００１００

犘犖

＝－

２

＋

２

ｇｇ

／

２０ｄＢｃＨｚ０ｋＨｚ

－

１

＠

１

Ｂ

，那么

实际工程应用中电路对相位噪声的恶化约

５ｄ

最终输出本振信号的相噪可以达到

－１

／，

１５ｄＢｃＨｚ０ｋＨｚ

＠

１

／。

１ＭＨ－１１７ｄＢｃＨｚ００ｋＨｚｚ

处于环路带宽之外，由

＠

１

／

ＶＣＯ

在

１ＭＨｚ

处的相位噪声减去恶化值，约为

－１３０ｄＢｃ

。

Ｈｚｚ

＠

１ＭＨ

图

５

Ｓ

／／

ＸＫａ

频段标校源原理框图

图

６

宽带频率发生原理框图

标校源输出的信号步进为

１

／／，

００ｋＨｚ

（

ＳＸＫａ

频段）

考虑的小型化、轻量化和低功耗，标校源模块采用集成的

锁相芯片。标校源单元分别输出

２

，

７．０

～

２．３ＧＨｚ．０

～

９．０

，

２

，

ＧＨｚ５．０７．５ＧＨｚ

的频率信号，鉴相杂散为

１００ｋＨｚ

～

２

输出信号的鉴相杂散抑制

５

。

０ｄＢｃ

宽带频率发生器原理框图如图

６

所示。标校源通过加

入两级数控衰减器实现

－５０

～

１０ｄＢ

的增益调整，步进为

１

ｄＢ

，输出信号功率最大为

０ｄＢｍ

，满足输出功率调整范围

３３

双圆极化天线模块

天线模块用来实现激励信号的定向辐射，来对被测天

线进行标校，天线采用

ＬＨ

左旋圆极化）、

ＲＨ

右

ＣＰ

（

ＣＰ

（

旋圆极化）两种极化方式。

Ｓ

频段和

Ｘ

频段天线均采用微带贴片天线，通过后端

微带电桥实现其双圆极化功能，采用隔片圆极化器形成左

右旋圆极化。

投稿网址：

ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍ

ｊｊｙ



时；

ＩＰ６５

防护设计，防尘防水，满足苛刻环境使用需求。

·

１８

·

计算机测量与控制

第

２９

卷

１０

］

）机载标校源远控通信模块

［

：

２

机载标校源远控通信模块采用透明传输的半双工的无

线扩频通信体制，采用单片机设计，功耗小，性能高。通

，每个频信模块采用两种工作频段：

４３３ＭＨｚ

和

４９０ＭＨｚ

段各有

８

个信道，配备有专业的设置软件，模块通信距离

图

７

Ｓ

／

Ｘ

微带天线图

可达

５ｋｍ

。

表

６

机载标校源远控通信模块指标

调制方式

工作频率

线性调频扩频

／

４３３ＭＨｚ４９０ＭＨｚ

Ｋａ

频段双圆极化天线采用喇叭形式采用隔片圆极化形

８

］

。成左右旋圆极化

［

图

８

Ｋａ

喇叭天线图

４

结构设计实现

本次无人机采用取消设备云台相机，利用其安装结构进

行增加结构件适配器来安装标校源模块、双圆极化天线。利

用无人机原有三轴稳定安装孔位，进行增加适配器。采取利

用无人机摄像云台结构接口，根据此结构使标校分系统与之

匹配，从而将标校分系统安装在无人机上。根据无人机负载

需求尽量减轻无人机负载，使用重量轻、硬质的材料。

模块搭载方式采用利用原无人机负载搭载结构，增加

部分结构件，来达到包括标校源模块、双圆极化天线的搭

载，主要采用上下对接方式。

图

９

标校源、天线安装结构示意图

５

系统远控设计

１

）标校源远控终端（地面）

［

９

］

：

无人机远控终端可对无人机发送频率、极化、功率参

数，并可以查询当前参数。纤薄机身，灵巧便携，采用高

清电容触摸屏，点击一触即达，使用方便。持久续航，

００ｍＡｈ

大电池设计，待机

３００

个小时，正常使用

８

小

发射功率

１７ｄＢｍ

接收灵敏度

－１３９ｄＢｍ

信道速率

１２００

／

２４００

／

４８００

／

９６００

／

１９２００ｂｉｔ

／

ｓ

串口速率

１２００

／

２４００

／

４８００

／

９６００

／

１９２００ｂｉｔ

／

ｓ

工作电源

２．８

～

３．６Ｖ

传输距离

５ｋｍ

＠

１２００ｂｉｔ

／

ｓ

为减轻无人机负载重量，机载标校源远控通信模块集

成在信标源模块内。远控通信模块与信标模块连接，实现

遥控命令的接收下发和数据传输。如图

１０

所示。

３

３

４５



无人机机身重量为

４

，载荷重量为

１

，起飞重

．６９ｋ．０３ｋ

ｇｇ

量则约为

５

，符合无人机“建议起飞重量：

≤

”

．７２ｋ６．１４ｋ

ｇｇ

的要求，同时也符合

ＩＩ

类无人机起飞重量要求。

由于载荷采用无人机电池供电，在无人机第三方接口

供电，在模块内进行变压处理，影响无人机续航的主要因

素为载荷重量

．

标校源功耗约为

１９Ｗ

，在单个

ＴＢ５５

电池

能量为

１７４．６Ｗｈ

，

２

个电池情况下

１７４．６



２＝３４９．２Ｗｈ

，

根据标校源一小时消耗的能量为

１９Ｗｈ

，

３４９．２

：

１９

≈

：，在飞行时间内标校源消耗电池能量不足

６１８．３８１％

所以

可忽略不计。从图

１１

无人机负载

＆

时间曲线来看，载荷

。在满足标校源和机载标校源测

１０３０

ｇ

续航时间约

２４ｍｉｎ

控通信模块供电情况下，结合载荷实际重量小于设计重量，

满足实际续航时间可实现单次飞行时间（包含起飞、降落）

大于

２

。

０ｍｉｎ

段的标校远场距离和高度。本文以

Ⅱ

类无人机为平台，搭

载各频段标校源、标校天线、远控通讯模块，在满足无人

机无证照管理的各项规定的前提下，最大利用其载重来进

／／行

ＳＸＫａ

三频地面站天线的标校。经过试验验证，证明该

设计是可行的，本方法已经成功应用于实际工程中，目前

运行良好。

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１１

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第

１

期解玲娜，等：

Ｓ

／／

ＸＫａ

频段卫星地面站无人机测试标校设计

·

１９

·

５

结束语

文中与现有标校塔设备相比的优点在于提高系统的机

动性和灵活性，降低成本，较以往标校系统能够满足

Ｋａ

频

（上接第

１３

页）

檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳

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