[發(fā)明專利]適用于指向在軌航天器的地面天線導(dǎo)引方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010198192.7
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111679242A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞航;楊珺;蘇小明;呂旺;陸啟省;鄭淵;黃欣;李楠
• 申請（專利權(quán)）人: 上海衛(wèi)星工程研究所
• 主分類號: G01S1/08
• 分類號: G01S1/08
• 代理公司: 上海段和段律師事務(wù)所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發(fā)明提供適用于指向在軌航天器的地面天線導(dǎo)引方法，包括：慣性系衛(wèi)星位置計(jì)算步驟：根據(jù)給定的目標(biāo)時(shí)刻t₁的星歷信息，計(jì)算t₁時(shí)刻衛(wèi)星在慣性系下的位置R_wECI；地固系衛(wèi)星位置計(jì)算步驟：根據(jù)給定的目標(biāo)時(shí)刻t₁和所述衛(wèi)星在慣性系下的位置R_wECI，計(jì)算t₁時(shí)刻衛(wèi)星在地固系下的位置R_wECF。本發(fā)明不依賴于仿真軟件或過多假設(shè)內(nèi)容，考慮衛(wèi)星實(shí)際運(yùn)行情況計(jì)算地面測站天線對衛(wèi)星的指向，有效解決了地面站接收天線對衛(wèi)星的指向控制問題，而且達(dá)到了比較高的指向精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)與軌道控制領(lǐng)域，具體地，涉及適用于指向在軌航天器的地面天線導(dǎo)引方法。

背景技術(shù)

雷達(dá)在我國科技建設(shè)中起著非常重要的作用，隨著外空間目標(biāo)探測、控制的需求，實(shí)用雷達(dá)快速發(fā)展，目前已應(yīng)用到制導(dǎo)和超視距探測等多個(gè)重要領(lǐng)域。隨著空間偵查技 術(shù)的發(fā)展，對雷達(dá)天線的跟蹤和搜索能力提出了越來越高的要求，由于衛(wèi)星信號微弱而 且方向性強(qiáng)，為了捕獲運(yùn)動衛(wèi)星上的通訊信號，必須實(shí)時(shí)調(diào)整天線姿態(tài)與衛(wèi)星的位置偏 差以滿足通訊的需求，因?yàn)樾堑刂赶虻钠顣?dǎo)致鏈路傳輸信息的信噪比下降，若是超 過了最大站位容限，甚至?xí)霈F(xiàn)信號丟失的現(xiàn)象。這就要求雷達(dá)天線必須要根據(jù)指令調(diào) 整指向，實(shí)時(shí)跟蹤運(yùn)動目標(biāo)。因此，雷達(dá)天線指向過程的動態(tài)精度已經(jīng)成為天線系統(tǒng)功 能的重要指標(biāo)之一，設(shè)計(jì)指向精度高的指向計(jì)算方法具有普遍的實(shí)用意義。

地面測站天線對衛(wèi)星的指向?qū)б饕且罁?jù)衛(wèi)星的軌道信息、時(shí)間信息以及地面 測站天線的位置信息，計(jì)算出目標(biāo)時(shí)刻的天線指向?qū)б牵⑼ㄟ^天線指向控制，實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)時(shí)刻對衛(wèi)星的精確指向。

國內(nèi)現(xiàn)有的星地指向算法研究，大多集中于地面測站位置固定的情況下，在衛(wèi)星本 體坐標(biāo)系下，進(jìn)行衛(wèi)星對地面測站指向的優(yōu)化設(shè)計(jì)，而對于地面測站天線對衛(wèi)星的指向?qū)б难芯枯^少。在地面測站可移動的情況下，需要在已知自身地理經(jīng)緯度及高程，被 追蹤在軌飛行器軌道信息的情況下，自主完成對飛行器的指向?qū)б瑢?shí)時(shí)計(jì)算天線指向 導(dǎo)引角度。本發(fā)明針對這一實(shí)際情況，提出一種用于地面測站天線的精度較高的地面測 站實(shí)時(shí)定位方法，實(shí)現(xiàn)地面測站天線對衛(wèi)星的自主指向?qū)б?/p>

專利“一種深空探測器天線指向的設(shè)計(jì)方法”(專利號：CN104369877A)介紹了 一種深空探測器天線對地心指向的方法，此方法是用于實(shí)現(xiàn)深空探測器天線對地心的定 向。該專利針對天線對地心的定向而并非是地表的給定位置，而且直接給出了探測器天 線對地心的指向矢量，沒有通過軌道參數(shù)計(jì)算衛(wèi)星位置的算法。本發(fā)明與其不同之處在 于，設(shè)計(jì)了針對地表給定位置的地面站對衛(wèi)星指向的計(jì)算方法，完成了地面站的定位計(jì) 算，而且設(shè)計(jì)了通過給定時(shí)刻的衛(wèi)星軌道參數(shù)計(jì)算地面站-衛(wèi)星指向矢量的計(jì)算過程。

專利“一種數(shù)傳天線指向角度的仿真分析方法”(專利號：CN105184002A)介紹 了一種計(jì)算星載數(shù)傳天線對地面站指向的方法，此方法通過已有的衛(wèi)星軌道仿真軟件 STK對衛(wèi)星的實(shí)際位置進(jìn)行仿真求解，并計(jì)算數(shù)傳天線的二維指向角。該專利的不足在 于衛(wèi)星位置計(jì)算依賴于衛(wèi)星軌道仿真軟件STK，沒有具體的計(jì)算過程，而且對坐標(biāo)系轉(zhuǎn) 換的描述比較簡略，沒有給出轉(zhuǎn)換矩陣的算法。本發(fā)明的優(yōu)勢在于提出了一種無需依靠 STK軟件，根據(jù)指定時(shí)刻的衛(wèi)星的軌道參數(shù)計(jì)算衛(wèi)星實(shí)際位置的方法，以及設(shè)計(jì)了一套 相關(guān)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣的詳細(xì)計(jì)算流程。

專利“一種繞月衛(wèi)星雙軸天線對地指向控制方法”(專利號：CN101204994A)介 紹了一種計(jì)算繞月衛(wèi)星對地心指向的方法，根據(jù)地面上注星歷數(shù)據(jù)推算衛(wèi)星位置，計(jì)算 衛(wèi)星對地球的可見區(qū)域，并計(jì)算出雙軸天線的指向角度。該專利為對地心指向，沒有對 地表位置進(jìn)行定向，且主要結(jié)合月球相關(guān)坐標(biāo)系進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明與其不同之處在于主 要結(jié)合地球及地表位置相關(guān)坐標(biāo)系進(jìn)行計(jì)算，完成了地面測站天線的位置計(jì)算及地面測 站天線對衛(wèi)星的定向計(jì)算，且天線指向角度的定義和計(jì)算方法不同。