1和差極化方式不同導(dǎo)致跟蹤相位突變的理論分析周陽輝講義教材

和差極化方式不同導(dǎo)致

跟蹤相位突變的理論分析1問題的引出

921-07任務(wù)中，衛(wèi)通首次使用60oE星圓極化B轉(zhuǎn)發(fā)器。出現(xiàn)如下問題：和差通道均切換為B極化模式，方位和俯仰中始終有一路信號極性反相。和差通道極化方式不一致的模式，隨著地理位置的變化，相位值發(fā)生了改變。三個問題亟待原理上的推導(dǎo)：我船模擬接收機對B極化模式校相，兩軸誤差信號反相原因。采用數(shù)字接收機跟蹤B極化模式正常，它和模擬接收機有何區(qū)別？和差通道極化方式不一致時，相位值發(fā)生突變的原因。

當(dāng)θ足夠小時，天線偏離的大小可以近似表示為θ，我們可以得到方位和俯仰的誤差電壓可以分別表示為：方位誤差信號UAZ=Kjθcosφ，（2.1）俯仰誤差信號UEL=Kjθsinφ，（2.2）其中Kj為相應(yīng)的增益調(diào)節(jié)系數(shù)。2.2差模跟蹤原理單脈沖單信道跟蹤原理，主要利用了饋源波導(dǎo)中主模和差模電磁場的天線方向圖。更確切地說，差模跟蹤利用了天線偏離角度θ極小時，和信號激起的主模幅度基本不變化，差模信號幅度線性正比于偏離角度θ，且以角度φ作為極性特性。和差信號可以表示為：

EΣ=bcosωt（2.3）EΔ=bμθcos(ωt+φ+γ)（2.4）2.3單通道接收機單通道跟蹤接收機將差信號經(jīng)過調(diào)制或混頻等變換，抑制掉原有頻率分量。然后將和、差信號加在一起，通過一個通道傳輸、變換、解調(diào)，形成單通道接收機。優(yōu)點：是合成后的信號在一個通道內(nèi)傳輸，和信號和差信號傳輸時同樣放大、同樣變頻、產(chǎn)生同樣時延。(和、差信號的相對相移不變)3問題分析3.1坐標(biāo)系和公式的重新建立

大部分參考書使用的和差信號表達(dá)式。不具有一般性。崗位人員初步推導(dǎo)時，利用上述表達(dá)式，無法突破理論局限，找不出相位變化的原因。圖4是我們重建的復(fù)平面大地坐標(biāo)系，它將信標(biāo)的極化變化狀態(tài)完整的表達(dá)出來。圖4饋源喇叭接收信標(biāo)矢量分解圖

由此我們可以得到線極化信標(biāo)和分解的兩圓極化信標(biāo)的表達(dá)式分別為：E線

=bcosωtejΦ

（3.1）E左圓

=be-jωtejβ1

（3.2）E右圓

=bejωtejβ2

（3.3）3.2理論分析3.2.1兩軸極性相反的原因在合路網(wǎng)絡(luò)前的和差信號分別為：

EΣ=kbcos（-ωt+β1+γ1）（3.4）

EΔ=kbμθcos(-ωt+φ+β1+γ2)（3.5）差信號經(jīng)過方波調(diào)制后與和信號相加，合成后的信號放大、變頻、鎖相后，變?yōu)轭l率ω1t的中頻信號。

鎖相環(huán)將頻率、相位鎖定于和信號，得到用于解調(diào)的參考源輸出信號。

經(jīng)過移相和反相后的參考源標(biāo)準(zhǔn)信號信號分別為：

U1(t)=cos(ω1t–β1–γ1+γ）

U2(t)=–sin(ω1t–β1–γ1+γ)

其中，前項相乘，一項為直流項，一項為高頻分量，均不含有誤差信號，因此可以方便的濾除；后兩項相乘，并濾除高頻分量為

kbμθcos(φ+γ+γ2-γ1），將γ=γ1-γ2代入，由此可得：

U1(t)×(EΣ+EΔ)=kbμθcosφ×C(t)同理：濾除高頻分量和直流項后，U2(t)×(EΣ+EΔ)=–kbμθsinφ×C(t)

解出的信號再進(jìn)入同步檢波器，濾除方波可得：方位誤差信號UAZ=kbμθcosφ俯仰誤差信號UEL=-kbμθsinφ

大多數(shù)數(shù)字接收機，它的每一路都有移相器，或者反相器，可以智能的實現(xiàn)信號極性的反轉(zhuǎn)，大衛(wèi)通模擬接收機只有一個可調(diào)移相器，這導(dǎo)致它不能分別調(diào)整兩軸相位。

針對此缺陷，921-07任務(wù)中我們設(shè)計了如下方案：原輸出為：俯仰誤差信號UEL=-kbμθsinφ（3.13）方位誤差信號UAZ=kbμθcosφ（3.14）首先將接收機送至ＡＣＵ的模擬誤差信號Ua，Ue的接線互換，兩軸的誤差信號轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

UEL=kbμθcosφ（3.15）

UAZ=-kbμθsinφ（3.16）然后通過接收機相位值的調(diào)整，即減小90°來完成到正確狀態(tài)的轉(zhuǎn)換得到：UEL=kbμθcos（φ-90°）=kbμθsinφ（3.17）UAZ=-kbμθsin（φ-90°）=kbμθcosφ（3.18）3.2.2相位突變的原因使用和差通道極化方式不一樣的模式校相時，和信號選B極化，差信號選A極化，在合路網(wǎng)絡(luò)前的和差信號分別為：EΣ=kbcos（-ωt+β1+γ1）（3.19）EΔ=kbμθcos(ωt+φ+β2+γ2)（3.20）推理過程如上，最后得到：γ是移相器移相值，移相時必須滿足：γ=β1+β2+γ1+γ2=2Φ+γ1+γ2

由上可知，接收機的移相值不但與和差通道的相位差有關(guān)，還與線極化信標(biāo)的極化有關(guān)。由于極化角隨著地理位置的變化而變化，造成模擬接收機相位突變。3.2.3理論和實測數(shù)據(jù)誤差的原因極化角計算公式為，在江陰碼頭Φ=55o，在突變點Φ’=83o，由式3.23可以得到相位突變理論值γ?γ’=2（Φ–Φ’）=2（83-55）=56o，與實測相位變化值有24o左右的誤差。

對于這一誤差，有人認(rèn)為屬于系統(tǒng)誤差。我們認(rèn)為遺漏了一項變量是理論與實測不符的重要原因。當(dāng)旋向不同的和差信號進(jìn)入后，它們的相位差是反向變化，這比同向變化的雙通道接收機的性能惡化更嚴(yán)重。圖6是和差通道相位差的簡易示意圖，圖6和差通道相位差示意圖

將Δγ因數(shù)代入公式3.19、3.20可得到：EΣ=kbcos（-ωt+β1+γ1+Δγ）EΔ=kbμθcos(ωt+φ+β2+γ2+Δγ)

所以：γ=2Φ+γ1+γ2+2Δγγ1、γ2因為路程較短，電纜較少，可認(rèn)為近似不變。合路后端的相位由于電纜較長（天線到機房）、設(shè)備較多、運算環(huán)節(jié)較多