用CST软件仿真替代部分卫星RM测试的可行性研究.docx
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用CST软件仿真替代部分卫星RM测试的可行性研究
用CST软件仿真替代部分卫星RM测试的可行性研究
V01.19No.1
82
航天器工程
SPACECRAFTENGINEERING
第19卷第1期
2010年1月
用CST软件仿真替代部分卫星RM
测试的可行性研究
杨小勇牛小龙
（北京空间飞行器总体设计部,北京100094）
摘要环境减灾1A,1B卫星采用CST—MWS软件完成了RM星仿真分析,快,好,省地完
成了天线分系统设计验证任务.文章通过某卫星全向天线CST—MWS软件分析结果与RM测试
结果的比较,表明软件分析结果的准确性满足RM验证的要求,验证了环境减灾一1A,1B卫星RM
星仿真结果的正确性.进而也论证了软件仿真替代部分RM测试的可行性.
关键词环境减灾一1A,1B卫星CST—MWS仿真软件RM测试
中图分类号:
V44文献标志码:
A文章编号:
1673—8748（2010）01—0082—07
FeasibilityDemonstrationonSubstitutedCST
SimulationforRMTestofAircraft
YANGXiaoyongNIUXiaolong
（BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering,Beijing100094,China）
Abstract:
HJ一1A/1BsatellitescompletedthesimulationofRMbyusingCST—MWS.Bycompa—
ringtheresultfromtheCSTMWSsimulationwiththatofRMtest,itdemonstratedthatthefor—
metonemeetstheneedofRMandtheresultofRMsimulationiScorrect.Therefore.itiSfeasible
toreplacetheRMtestofsomesatelliteswithCSTsimulation.
Keywords:
HJ1A/1Bsatellites;CST—MWS;RM—test
l引言
在卫星天线分系统研制过程中,多采用全尺寸
辐射模型星（RM星）E]J测试的方式对初样电性设计
结果进行试验验证.该项测试在天线分系统的研制
过程中起到了非常重要的作用.但是,由于RM测
试具有试验周期长,试验成本高,获取数据量有限等
缺点,随着型号研制任务的增多,已不允许对每颗卫
星天线分系统设计进行RM测试.在这样的条件
下,各种电磁场仿真软件应运而生.环境减灾一1A,
1BE采用了CST-MWS软件.CSTMWS软件是
目前唯一一种采用全波分析方法进行电大尺寸问题
分析的仿真软件,它采用时域有限积分法l4],能对100
个波长以内的电磁场问题进行全波分析求解.通过
CST-MWS软件分析是否能够取代部分RM测试的
工作,起到设计验证的作用,同时节约研制成本,缩短
研制周期,足亟待回答的问题.本文通过将分析结果
与测试结果进行对比的方式回答以上问题.
2论证过程设计
2.1流程设计
论证过程分两大部分:
收稿日期:
20090725;修回Et期:
20090925
基金项目:
国家重大科技专项工程
作者简介:
杨小勇（1975）,男,高级工程师,目前从事卫星天线设计Z-作.
第1期杨小勇等:
用CST软件仿真替代部分卫星RM测试的可行性研究83
1）软件仿真分析,包括单元天线仿真和星体仿真;
2）对仿真模型进行验证测试,包括单元天线方
向图测试和星体方向图测试.其中星体方向图的仿
真与测试包括增益方向图和轴比方向图.
2.2模型的选择
验证模型选择了某卫星全向天线,该天线为S
频段背射双线螺旋天线].单元天线及星体仿真模
型如图1～3所示.
图1天线仿真模型
Fig.1Antennasimulationmodel
图2卫星仿真模型
Fig.2Simulationmodelofsatellite
该卫星采用的是我国东方红三号卫星平台,卫
星突出于星体的设备很多,全向天线的电磁边界复
杂.
为确保验证的有效性,以上模型均完全按照真
实设计结果进行建模.由于天线为半球覆盖波束,
星体安装面的另一面对天线辐射特性的影响可以忽
略,所以在最终计算模型中将另一半星体截掉,不影
响分析结果.卫星仿真模型图中一y方向为===
0.,+Z方向为一90..
星体测试模型直接选用了该卫星的完整结构进
行,星体表面设备完整.
2.3测试验证设计
单元天线的测试在半开口暗室进行,测试采用
圆极化天线照明],直接得到天线单元的圆极化方
向图.
星体方向图的测试选择在紧缩场进行l7],该测
试场经过各方验收,专门用于卫星条件下天线系统
性能的测试工作.测试通过对两个正交线极化分量
测试结果进行线一圆变换,得到需要的覆盖增益特性
及轴比特性.
3单元天线增益仿真与测试对比
确保单元天线的仿真分析精度是星体仿真分析
的前提和基础.单元天线增益测试结果与仿真结果
比较如图4所示,由图可知其一致性很好,满足星体
仿真条件.
'
1O
.
2.j
{'
3o}
∞1270
.
30
{
-
20i
10j
0
10
图4单元仿真与测试（圆极化）（_厂一2220MHz）
Fig.4Testresultandanalysisresult
forunit（J一2220MHz）
4星体条件下增益仿真与测试对比
图3星体简化模型
Fig.3Simplifiedm.de1.fpredigestedsatellite图5～12分别为每间隔22?
5.不同子午面的增
84航天器工程19卷
益方向图测试与分析结果,其中左侧为测试结果,右侧为仿真分析结果.
10
1
o
-
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J
.
20J
J
'
301
J
.
20
10
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|
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180
-
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.
0
1,
60,\
～
二/"/60
图5十一O.面测试结果与仿真结果对比
Fig.5Testresultandanalysisresultofgainfor一O.plane
90
一l
//E.
图6一22.5.面测试结果与仿真结果对比
Fig.6Testresultandanalysisresultofgainfor一22.5.plane
90
270
300
,～
\6o
\
一
—
图7一45.面测试结果与仿真结果对比
Fig.7Testresultandanalysisresultofgainfor一45.plane
∞,,
∞,.....如
....
竹0∞∞∞∞∞o∞
∞0∞∞∞
第1期杨小勇等:
用CST软件仿真替代部分卫星RM测试的可行性研究85
90
120,一—一～--60
.
:
枣～1l.
'
?
一/彩
一≤≥/5.
图8ee=67.5.面测试结果与仿真结果对比
Fig.8Testresultandanalysisresultofgainfor一67.5.plane
0
●-7,硒一一～
:
.
.'
一
一:
/
≤≮/.
图9夺一90.面测试结果与仿真结果对比
Fig.9Testresultandanalysisresultofgainfor一9O.plane
l1
g0
一一一一～..～60
}.
240,\
..～
一一3∞
270
—H
.
.
/∥≮{
/:
{
二一≮一.7
/''/Ph2g3
/s.
图10一112.5.面测试结果与仿真结果对比
Fig.10Testresultandanalysisresultofgainfor一112.5.plane
竹0竹∞∞加佃0仲佃O竹∞∞∞竹O∞
..,
佃0仲∞∞∞佃0∞
第1期杨小勇等:
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15
要
丑lO
暴
5
O
一
80—60_4o-20o20406080
0/（.）
图14一112.5.面轴比特性仿真与测试比较
Fig.14Testresultandanalysisresult
ofARfor一112.5.plane
l5
兽
二1o
暴
5
0
固
-
8o-60-40-20020406080
0/（.）
图15十一135.面轴比特性仿真与测试比较
Fig.15Testresultandanalysisresult
ofARfor—135.plane
l5
萼
10
辑
5
O
回
-
8（）-6/）—）-20o204o608（
0/（.）
图16夺一157.5.面轴比特性仿真与测试比较
Fig.16Testresultandanalysisresult
ofARfor（b一157.5.plane
工具广泛应用于宽波束天线的星体覆盖特性的仿真
分析,对于提高航天器天线研制水平,节约研制成
本,进一步缩短研制周期,具有重要意义.
15
∞
丑10
暴
5
l5
∞
丑lO
暴
5
O
0
—
8（）一60-40-20020406080
0/（.）
图17一180.面轴比特性仿真与测试比较
Fig.17Testresultandanalysisresult
ofARfor一180.plane
困
一
80—60—4o一20o20406080
0/（.）
图18一202.5.面轴比特性仿真与测试比较
Fig.18Testresultandanalysisresult
ofARfor一202.5.plane
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鲁
二1o
暴
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一
80—60-40—20（120406080
0/（.）
图19一225.面轴比特性仿真与测试比较
Fig.19Testresultandanalysisresult
ofARfor—225.plane
88航天器工程19卷
围
-80-6U-200204U6080
0/（.）
图20一247.5.面轴比特性仿真与测试比较
Fig.20Testresultandanalysisresult
ofARfor一247.5.plane
参考文献（References）
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中国科
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（编辑:
朱丽）
医匦
美国空军成功发射军用通信卫星WGS-3
据中国航天科技信息网2009年12月7日报道,美国空军l2月5日使用联合发射联盟的德尔它一4火箭
成功发射了一颗新一代军用通信卫星——宽带全球卫星通信一3（WGS一3）.此次发射的WGS一3价值3亿美
元,重6t,由波音公司建造.
WGS卫星为美国军队提供高容量通信.它们将增强并最终替代"国防卫星通信系统"（DSCS）卫星,后
者在过去20年是美国国防部卫星通信的主力.一颗WGS卫星所能提供的容量与整个DSCS星座相当,它
提供话音,数据与指挥服务的速率将是DSCS的10倍.
美国空军的ORS-1卫星准备2010年发射
据航空周刊2009年12月8日报道,古德里奇公司和ATK公司正开始制造一种独一无二的侦察卫星,
该卫星将在2010年底之前发射,满足军队领导层监视伊拉克和阿富汗战争的迫切需求.
这颗被称为作战及时响应型太空一1（ORS一1）的卫星,需要为空中收集器提供新层次的电一光和红外侦察,
收集器包括:
无人机系统,高海拔飞机和情报卫星.ORS一1卫星的重要优势在于它的快速发射,从授权建造
到发射不超过24个月的时间,而且它还可以监视伊朗等用飞机无法监视的地方.ORS一1还将用于支持阿
富汗和伊拉克的军事行动,同时支持巴基斯坦的反恐行动.
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