[發明專利]星載點波束天線對地指向精度評估方法

有效

• 申請號: 201910017080.4
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109781060B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 關欣;易靈;向明江;呂旺;李云端;劉輝
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

1.一種星載點波束天線對地指向精度評估方法，其特征在于，包含以下步驟：

輸入預處理步驟：對衛星遙測數據進行處理，獲得時間碼一致數據；

坐標轉換矩陣計算步驟；對時間碼一致數據進行處理，獲得坐標轉換矩陣；

理論指向計算步驟：根據時間碼一致數據與坐標轉換矩陣，得到天線對地的理論指向；

實際指向計算步驟：根據時間碼一致數據與坐標轉換矩陣，得到天線對地的實際指向；

指向精度評估步驟：根據天線對地的理論指向與天線對地的實際指向，計算得到指向誤差；

所述衛星遙測數據包含以下任一個或任多個內容：

--軌道信息：實時遙測的軌道平根數，包含：半長軸平根數a、偏心率平根數e、軌道傾角平根數i、升交點赤經平根數Ω、近地點幅角平根數ω、平近點角平根數M；

--姿態信息：衛星本體在軌道系中的姿態，包含：滾動角俯仰角θ、偏航角ψ；

--天線轉角信息，包含：天線X軸轉角α與天線Y軸轉角β；所述輸入預處理步驟包含以下步驟：

無效數據剔除步驟：剔除衛星遙測數據中的無效數據，獲得有效數據；所述無效數據包含遙測不可用信息、指向非到位信息以及重復冗余信息；

時間一致步驟：將有效信息中的軌道信息、姿態信息、天線轉角信息所分別對應遙測時間匹配統一，獲得時間碼一致數據；

所述時間一致步驟中，以天線轉角信息對應時間為基準，對軌道信息做遙測周期內軌道遞推處理，對姿態信息做遙測周期內插值處理，將軌道信息對應時間和姿態信息時間匹配到天線轉角信息對應時間基準上；

坐標轉換矩陣包含以下任一個或任多個內容：

--地心慣性系到地心地固系轉換矩陣R_ΕΙ；

--地心慣性系到軌道系轉換矩陣R_OI；

--軌道系到本體系轉換矩陣R_BO；

--地心慣性系到本體系轉換矩陣R_BI；

其中：下標E對應地心地固系S_E(O_EX_EY_EZ_E)，下標I對應地心慣性系S_I(O_IX_IY_IZ_I)，下標O對應軌道系S_O(O_OX_OY_OZ_O)，下標B對應本體系S_B(O_BX_BY_BZ_B)；

R_ΕΙ根據歲差與章動計算獲得；

R_BO根據以下公式計算獲得：

R_OI根據以下公式計算獲得：R_OI＝L_Z(π/2)·L_Y(-π/2)·L_Z(u)·L_X(i)·L_Z(Ω)；

R_BI根據以下公式計算獲得：R_BI＝R_BO·R_OI；

式中：L_m(n)代表繞m軸轉動n角度的轉換矩陣，其中：m軸為轉動前坐標系對應的X軸、Y軸或Z軸；n為θ、ψ、π/2、-π/2、u、i或Ω；

u為緯度幅角，u＝ω+f，f為真近點角；

所述理論指向計算步驟包含以下步驟：

衛星對地地心地固系分量計算步驟：根據以下公式計算衛星指向地面站的矢量在地心地固系下的分量p_E：

s_O＝[0 0 -r]^T

p_E＝g_E-s_E

式中：s_O為地心指向衛星的矢量在軌道系下的分量；

r為中間變量；

s_E為地心指向衛星的矢量在地心地固系下的分量；

g_E為地面站在地心地固系下的坐標；

衛星對地本體系分量計算步驟：根據以下公式計算衛星指向地面站的矢量在本體系下的分量p_B：

p_B＝R_BI·R_IE·p_E

R_IE表示地心地固系到地心慣性系的轉換矩陣；

將p_B作為天線對地的理論指向；

實際指向計算步驟中，根據如下公式計算天線指向在本體系下的分量

式中：L_X(-α)為繞天線X軸轉動-α角度的轉換矩陣；L_Y(-β)為繞天線Y軸轉動-β角度的轉換矩陣；D為電軸偏差矩陣；D31、D32、D33均為天線電軸偏差矩陣；

將作為天線對地的實際指向；

星載點波束天線對地指向精度評估方法包括如下步驟：

1)由地面測試設備采集衛星遙測軌道信息、姿態信息、天線轉動角度信息，作為天線指向精度評估的輸入，對數據進行預處理并使多方數據時間匹配；

2)根據輸入數據計算地心地固系，地心慣性系，軌道系，本體系之間的轉換矩陣；

3)計算衛星指向地面站矢量在本體系下分量，作為理論指向；

4)計算天線電軸在空間中的實際指向方向矢量在本體系下分量，作為實際指向；

5)計算衛星指向地面站的理論指向矢量與天線電軸實際指向矢量之間的夾角，作為天線的指向精度評估標準。

2.根據權利要求1所述的星載點波束天線對地指向精度評估方法，其特征在于，指向精度評估步驟中，根據如下公式計算指向誤差e_P：

式中：|| ||為求取矢量模運算。