[發明專利]一種航天器用數傳天線跟蹤地面站測試驗證系統和方法

有效

• 申請號: 201710607688.3
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107515410B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 孫小松;黎康;彭洲;史曉霞;陶景橋;王浩;石鄭偉
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01S19/23
• 分類號: G01S19/23;G05B23/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發明一種航天器用數傳天線跟蹤地面站測試驗證系統和方法，根據接收到的動力學軟件計算出來的衛星的軌道位置、衛星的姿態角和姿態角速度，星上軟件計算出來的數傳天線的指向角，發明了一種數傳天線反向跟蹤地面站算法并計算此時數傳天線所指向的地面站，并把地面站的經緯度實時在監視軟件上進行動態顯示，然后把計算的結果和事先在星上軟件中裝訂的地面站經緯度數據進行比對，可實時連續動態驗證數傳天線反向跟蹤地面站的正確性。

技術領域

本發明涉及一種航天器用數傳天線精確跟蹤地面站測試驗證方法，適用于航天器控制系統地面測試中對數傳天線精確跟蹤地面站的測試驗證，屬于航天器控制系統測試技術領域。

背景技術

數傳天線是大型遙感衛星載荷系統中的重要組成部分之一，其主要功能是實現圖像數據的高速率下傳至地面站。為有效保證數據的高速率傳輸，天線的波束較窄，波束外的能量衰減較快，需要天線精確的指向地面站。特別是衛星在軌業務運行時需要頻繁快速小角度機動，衛星姿態機動角度、軌道位置、姿態控制誤差及其穩定度特性等都對天線精確跟蹤地面站帶來了較大的挑戰。控制分系統根據衛星的軌道、衛星姿態和地面站信息，實時計算數傳天線指向角度，并發送給數傳天線，數傳天線根據計算出的指向角，驅動數傳天線指向地面站。由于數傳天線和控制分系統并不是一個研制單位，控制分系統對天線指向角的計算是否正確、數傳天線的指向精度如何驗證，特別是在衛星整星各個階段測試過程中其各種工況下的實時連續驗證是迫切需要解決的問題。

在以往的控制系統測試中，未有公開發表的數傳天線跟蹤地面站的驗證方法，在實際的測試系統中也僅僅是進行簡略的驗證，且存在以下不足：1)數傳天線跟蹤地面站僅僅是單一時刻的簡單計算，不能實施在整個測試過程中的實時動態連續驗證，計算過程較為繁瑣；2)無法做到融合衛星動力學仿真中所獲得的姿態信息、軌道信息、衛星機動信息，且計算過程繁瑣，效率較低；3)無法精確的考慮地球橢球等因素影響，計算出的指向的地面站精度不高，無法做到有效驗證。

發明內容

本發明解決的技術問題：克服了現有技術的不足，提供一種航天器用數傳天線精確跟蹤地面站測試驗證方法，能夠在衛星測試的全過程中實時、動態顯示數傳天線指向地面站的誤差。

本發明的技術方案：一種航天器用數傳天線精確跟蹤地面站測試驗證系統，包括遙控系統、控制分系統、數傳天線控制模塊、衛星動力學模塊和數據處理模塊；遙控系統發送衛星機動控制指令，控制分系統接收到機動控制指令后，控制衛星平臺進行相應的姿態機動，并將執行機構信息發送給動力學模塊；同時控制分系統根據衛星的軌道、衛星姿態和地面站信息，實時計算數傳天線指向角度，并發送給數傳天線控制模塊；數傳天線控制模塊根據天線指向角度信息，驅動數傳天線指向地面站；衛星動力學模塊接收星上的執行機構信息，對衛星動力學進行仿真，輸出真實的衛星姿態、軌道信息，并發送給數傳天線跟蹤地面站計算模塊；數據處理模塊對接收的數據進行處理，判斷數傳天線指向是否能夠精確跟蹤地面站。

所述數據處理模塊包括數傳天線跟蹤地面站計算模塊和數據比對模塊；數傳天線跟蹤地面站計算模塊根據衛星的姿態、軌道信息，計算數傳天線在慣性空間中的指向，然后根據衛星的軌道位置、地球橢球信息及地面站高程信息計算得到地心至地面站矢量在慣性空間中的指向，最終根據地球自轉信息、地球橢球信息、歲差和章動矩陣計算得到地面站的經緯度信息并發送給數據比對模塊；數據比對模塊將地面站經緯度信息與理論裝訂的地面站信息進行比對，計算得到數傳天線跟蹤地面站的跟蹤誤差，如果該跟蹤誤差小于設定的閾值，則認為數傳天線指向能夠精確跟蹤地面站；否則，則認為數傳天線不能精確跟蹤地面站。

一種航天器用數傳天線精確跟蹤地面站測試驗證方法，包括步驟如下：

(1)遙控系統向發送衛星機動控制指令；

(2)控制分系統根據衛星的軌道、衛星姿態和地面站信息，實時計算數傳天線指向角度，并發送給數傳天線控制模塊，數傳天線控制模塊根據計算出的天線指向角，驅動數傳天線指向地面站；