[發明專利]基于捷聯航姿穩定跟蹤的機載天線高精度指向跟蹤方法

有效

• 申請號: 201310558298.3
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103633417A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 文光;王雙平;雒俊鵬;張靜
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十九研究所
• 主分類號: H01Q1/28
• 分類號: H01Q1/28;H01Q3/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明涉及機載天線伺服控制技術領域，具體為一種基于捷聯航姿穩定跟蹤的機載天線高精度指向跟蹤方法。

背景技術

機載衛星通信系統迅速發展，在飛機上安裝越來越多，機載天線需要準確快速跟蹤同步地球衛星。

通常采用方法是一種程序算法（我們這里稱之為程序跟蹤）。它利用飛機慣性導航系統（以下簡稱慣導）/GPS測出飛機所在的地理經度、緯度、高度，慣性導航系統給出飛機姿態參數（飛機相對正北方向的航向角、飛機相對水平面的橫滾角、飛機相對水平面的俯仰角），再根據衛星的經度，通過天線控制單元計算出衛星對天線的地理方位角A、俯仰角E和極化角Z。再通過坐標變換，獲得天線的機體角度Aj、Ej、Zj。然后引導天線實時指向衛星。

程序跟蹤方法跟蹤衛星，嚴重依賴飛機慣導，獨立性差；同時，存在慣導自身精度不高和指向跟蹤誤差隨著時間漂移大的問題。由于跟蹤精度問題，程序跟蹤方法僅適合在口徑較的天線系統中應用。

為提高跟蹤精度，同時解決程序跟蹤嚴重依賴飛機慣導問題，研究人員又提出了一種單脈沖自跟蹤的跟蹤方式。單脈沖自跟蹤首先根據飛機慣導/GPS數據，計算出衛星初始指向，完成對衛星的初步對準（這個過程叫捕獲），再使用單脈沖自跟蹤精確對準衛星，流程見圖2。單脈沖自跟蹤是對衛星信標信號的跟蹤，經過特殊設計的天線，天線偏離目標后，通過跟蹤接收機可以解算出偏離目標的多少，然后通過天線伺服系統，帶動天線轉動，消除目標的偏差。單脈沖自跟蹤跟上衛星后，完全可以脫離慣導自主工作。

單脈沖跟蹤需要天線特殊的設計，包括設計TE₂₁模跟蹤器、微波合成網絡和跟蹤接收機，工作流程簡述如下：天線接收來自衛星上的信標信號，經TE₂₁模跟蹤器和微波合成網絡把和、差信號合成為一路跟蹤信號。當目標與電軸重合時，在饋源中僅激勵起基模TE₁₁模，當目標偏離電軸時，在饋源中不僅激勵起基模TE₁₁模，還會激勵起高次模TE₂₁模，經組合網絡形成反映目標偏角和相位的誤差信號。當偏角較小時，誤差信號的幅度與偏角成正比。跟蹤接收機首先將接收的角誤差信號進行0/π調相，使載波得到抑制，取其含有角度信息的邊帶信號在相加器中與經過10dB定向耦合器的和信號相加，輸出一路合成信號。從而把兩信道變成了單信道，然后進行放大、變頻、鎖相、角誤差解調、同步檢波，輸出角誤差電壓送天線控制單元，驅動天線朝誤差減小的方向轉動，實現對目標的單脈沖自跟蹤。

根據飛機試飛情況，采用單脈沖自跟蹤的方式跟蹤精度能夠達到較高的精度要求，但是單脈沖自跟蹤體系復雜，跟蹤使用的跟蹤接收機，受到環境影響造成的相位漂移難以解決，實際可用性低。

發明內容

要解決的技術問題

為了克服程序跟蹤的精度差、依賴性強的問題，解決單脈沖自跟蹤可用性低的問題，本發明提出了一種基于捷聯航姿穩定跟蹤的機載天線高精度指向跟蹤方法。

技術方案

本發明的技術方案為：

所述一種基于捷聯航姿穩定跟蹤的機載天線高精度指向跟蹤方法，其特征在于：采用以下步驟：

步驟1:在飛機起飛前，由飛機主慣性導航系統將飛機起始點的經度、緯度和衛星方位角傳給捷聯航姿系統，捷聯航姿系統完成初始對準；所述捷聯航姿系統包括三軸光纖陀螺、三軸加速度計和解算平臺；

步驟2：當飛機起飛后，捷聯航姿系統通過三軸光纖陀螺、三軸加速度計跟隨檢測飛機運動帶來的姿態變化和位置變化，并實時解算出飛機的方位角；

當能夠接受衛星跟蹤信號時，飛機的機載天線控制系統根據天線對衛星的角度數據、衛星本身的經緯度進行反算得到的飛機的方位角，并與捷聯航姿系統實時解算的飛機方位角進行比較，根據比較差值估算捷聯航姿系統的漂移并對捷聯航姿系統輸出的方位角進行修正，得到修正后的飛機方位角并進入步驟3；

當衛星跟蹤信號中斷時，捷聯航姿系統以衛星跟蹤信號中斷前一刻的飛機機體狀態作為初始態，通過三軸光纖陀螺、三軸加速度計跟隨檢測飛機運動帶來的姿態變化和位置變化，實時解算出飛機的方位角并進入步驟3；

步驟3：根據飛機的方位角、由機載天線控制系統得到的衛星定位經度、以及跟蹤時方位碼盤值和跟蹤時高低碼盤值，得到飛機機載天線正確跟蹤衛星需要的方位、高低、極化角度碼盤值；

步驟4：飛機的機載天線控制系統根據步驟3得到的飛機機載天線正確跟蹤衛星需要的方位、高低、極化角度碼盤值，驅動電機帶動天線旋轉到對應碼盤值，實現隔離機體運動并使機載天線對準衛星。