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飛行試驗是一項系統工程，代價大且風險性高。在對航空產品進行試飛期間，由于試飛場地、氣象條件、飛行臨界包線、試飛周期等各種限制因素影響，實際的飛行試驗并不能充分驗證各種限制條件下的戰技指標。機載衛星通信試飛科目中，區域適應性試飛是研制總要求要求的試飛科目。該科目考核目的是給出衛星覆蓋邊緣保證通信的最大機動坡度，為后續部隊使用提供參考。目前該科目實際實施過程中，存在當前區域保證通信的最大坡度狀態點無法事先量化問題，只能通過試飛期間載機坡度小到大遞增摸底進行試驗，該摸底結論僅對當前試飛區域有效。針對該問題，本文對機載衛星通信區域適應性試飛開展數字化試飛試飛技術研究，首先介紹機載衛星通信系統的基本原理，在此基礎上分析研究數字化試飛的可行性，最后基于STK平臺進行數字化試飛驗證，給出不同區域的機動飛行試飛最大機動角度。

機載衛星通信原理

機載衛星通信工作頻率分別為K－above（簡稱：Ka）頻段、K－under（簡稱：Ku）頻段和UltraHighFrequency（簡稱：UHF）頻段，其中UHF頻段工作波長為米波，方向性圖為倒圓錐形全向天線。Ka、Ku頻段工作波長為毫米波，天線屬于伺服天線，天線指向隨載機運動狀態實施更新。本文對Ku、Ka頻段的衛星通信系統進行數字化試飛技術研究。Ku、Ka頻段的衛星通信設備包括慣性導航設備、信道端機和伺服定向天線構成。其中機載慣性導航設備為信道端機提供載機的姿態信息（航向角、俯仰角、橫滾角）和位置信息（經度、緯度），無線電高度表為信道提供高度信息。信道端機通過內部天線算法對當前的姿態和位置、高度信息進行實時解算得到衛星相對于載機航向的方位角和仰角，進而控制伺服天線的指向。其系統框圖見圖1。

系統建模

由機載衛星通信系統原理分析可知，系統數字化建模的可行性取決于載機的姿態、高度數據和天線算法等三個要素。其中姿態、高度數據可通過實際飛行的事后數據處理獲得或者模擬數據獲得。被試品伺服天線實時指向算法可通過坐標變換（地理坐標系到站心坐標系的轉換，站心坐標系到機體坐標系的轉換，機體坐標系到球面坐標系的轉換）等效實現。為三維可視化載機的飛行狀態和機載衛星天線與衛星的可達性，引入系統工具包（SystemToolKit，STK）。STK是由美國AnalyticalGraphics公司開發的航天領域的商業軟件。近年來，隨著功能模塊的增加，該軟件具備通信、電子戰、航線規劃、覆蓋分析、雷達等演示驗證功能。為準確復現實際任務，該軟件為外部數據提供加載接口，譬如姿態數據、星歷數據、天線方向性圖數據、經緯高數據、環境噪聲數據等。根據STK相關功能和衛星通信特點，對機載衛星通信進行數字化建模，建模框圖見圖2所示。

數字化試飛方法驗證

針對該問題，利用3節介紹的數字化建模方法進行仿真驗證，給出載機在衛星覆蓋邊界保證正常通信的最大可機動坡度。假定載機試飛場地分別在漠河、廈門、日喀則、三亞等地進行盤旋飛行。飛行高度為無線電高度為500m，坡度為40°。同步衛星經度為89°。試飛場景見圖3所示。對STK軟件進行二次開發獲得載機在四地的飛行姿態數據和經緯高數據，通過開發的天線算法計算得到對應的天線方位和仰角指向信息。最后通過STK軟件提供的外部數據接口將姿態、經緯高和天線指向數據載入試飛場景中，計算不同地域的機載衛星通信最大通信角度和天線動態指向信息。仿真結果見圖4～圖7。由圖可知，載機40°盤旋飛行狀態下，能夠全程通信地區僅三亞，其他三地均存在中斷現象。

結語

通過對機載衛星通信區域適應性數字化試飛研究并通過仿真驗證，解決了衛星通信不同區域適應性試飛結論無法給出的難題。該方法是鑒定試飛的補充，不僅為飛行任務狀態點的制定提供參考依據，而且為后續部隊在不同地區保證衛星通信功能正常前提下載機最大機動角度提供參考。

作者：張鵬強 單位：中國飛行試驗研究院