极轨卫星天线跟踪伺服系统故障排除

   我国自行研制的卫星地面接收系统 ,由天线、 天线跟踪伺服、 接收信道、 数据存储与传输等部分组成 ,主要任务是实时跟踪过境的风云一号极轨气象卫星 ,接收其下发的 HRPT、 DPT信号;实时跟踪过境的美国 NOAA卫星 ,接 收其下发的 HRPT信号。天线跟踪伺服是 FY1 - 02批数据接收处理系统中最重要的前端组成部分 ,它担负着对卫星准确跟踪的任务 ,一旦故障则整个数据接收系统将处于瘫痪状态。由于卫星每天过镜 20多次 ,天线要运转20多次 ,加上设备已经日夜运行了 10多年 ,老化、 性能下降引发了很多问题。如天线伺服系统曾先后出现天线撞限位后被卡住、 码盘损坏使得天线乱转、 测速电机未固定好引起天线抖动、 GPS时间源并行时间码驱动电路性能变差 ,引起天线中途退出等故障。天线跟踪伺服系统技术复杂 ,涉及电子、 计算机、 机械传动等领域 ,因此其故障也相应涉及环节多。排除天线伺服系统故障除需要多方面的技术理论支持外 ,更需要实践经验 ,特别是对隐蔽性较强的如特窄脉冲干扰引发的故障 ,更需要长时间的观察及细致的试验和分析。

  故障现象及排查：2006年 9月下旬开始 ,出现 FY1 - 02批设备 Y轴的天线跟踪伺服系统在跟踪过程中 ,卫星轨道报的值突然随机地由非 0位置一下跳变到 000 . 00位置 , Y轴也相应的马上运动到 000 . 00的位置 ,也就是收藏位置 ,致使天线退出跟踪 ,收图中断。这种现象开始时偶尔出现 ,后来频次慢慢增加。经仔细观察 ,这种现象与卫星及时段都没有直接关系 ,找不到规律。此时 , X轴伺服系统正常跟踪。整个天线跟踪系统包括机械传动及控制系统 2大部分 ,从故障现象看 ,问题应出在控制系统部分。造成控制系统故障的各种可能因素包括:卫星轨道根数错误、 光电码盘故障、 测速电机损坏、 读取标准时间出错。首先根据故障现象对以上各种可能的因素进行逐一的分析 ,通过排除不相关因素 ,找出故障原因。分析思路如下: 1) 确定故障现象不是因卫星轨道根数错误引起。如果轨道根数错误 ,轨道预报会有问题。但每次出现退出跟踪时 ,马上查轨道预报 ,看 Y轴值是连续变化的 ,没有中途归 0的指令。另外 ,如果根数未及时更新 ,天线运动总是滞后于卫星 ,但不会随机地由非 0位置一下跳变到000 . 00的位置。因此可以判定 Y轴伺服退出跟踪不是轨道根数引起。 2) 确定故障现象不是因光电码盘引起。如果光电码盘坏了 ,单片机控制单元读取的天线位置的数据一定出错 ,其显示的角度值也将出错 ,天线可能会出现随机的运动。但本故障现象中 ,单片机控制单元显示的角度值正确 ,并且天线的运动始终朝向收藏位置。因此可以断定故障现象不是因光电码盘引起。 3) 确定故障现象不是因测速电机引起。如果测速电机数据出错 ,会使天线在小范围内不停地来回抖动 ,但不会朝向收藏位置运动。 4) 确定故障现象是因读取标准时间出错引起。天线在跟踪卫星过程中 ,单片机控制单元通过扩充的并行接口采集由标准时间源送来的并行时间码 ,其格式是 20位的 BCD码。单片机控制单元根据读取的时间码查找卫星预报位置 ,并根据卫星预报位置控制天线运动。如果单片机读取的时间出错 ,那么其查找到的卫星预报位置也是错误的 ,由此也将造成天线控制出错。特别当单片机从读取的出错时间中判断卫星已经过境时 ,将会控制天线到收藏位置 ,也就是发生本故障现象。将其他几种不相关因素排除后 ,可初步判断故障现象是因读取标准时间出错引起。可能造成读取标准时间出错的环节包括:标准时间源、 并行时间码驱动电路、 连接电缆。通过分析及测试 ,确定问题出在哪一环节。由于 X轴及 Y轴控制系统共用同一套标准时间源,而故障仅在 Y轴控制系统中出现,因此可确定故障现象不是因标准时间源引起。我们又对 Y轴伺服系统各电路中的输入和输出接口的线缆头进行了检查,并更换了所有单元的供电电源,但故障仍未排除。将检查重点放在并行时间码驱动电路环节,认为时间源 BCD码中,“ 十分 ” 位输出引起的可能性最大。通过更换 GPS时间的 20位时间并码的“ 十分” 位驱动输出芯片,问题得到彻底解决。