[發明專利]一種北斗Ka復雜相控陣天線跟蹤可見報生成算法

有效

• 申請號: 202010202169.0
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111366953B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 朱俊;呼延宗泊;熊菁
• 申請（專利權）人: 中國西安衛星測控中心
• 主分類號: G01S19/24
• 分類號: G01S19/24;G01S19/25
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 曾慶喜

本發明公開了一種北斗Ka復雜相控陣天線跟蹤可見報生成算法，具體按照以下步驟實施：步驟1、建立關于星載Ka相控陣天線和地基Ka相控陣天線的位置姿態模型；步驟2、提出星間可見性判斷算法；步驟3、提出跟蹤可見報生成算法。本發明通過衛星空間幾何關系計算星?星之間的相互可見性，進而生成星?星可見報；通過Ka相控陣天線復雜波束賦型，得到星?地可見報，通過本發明的可見報生成算法，能夠實現地面Ka站對北斗衛星的全方位跟蹤，還具有簡潔實用、工程可實現性強的優點。

技術領域

本發明屬于衛星導航跟蹤測控技術領域，具體涉及一種北斗Ka復雜相 控陣天線跟蹤可見報生成算法。

背景技術

傳統對衛星的跟蹤測控，是基于“站-星”跟蹤模式，“站”指地面跟蹤站， “星”指衛星。在測控任務中，需要根據測站跟蹤可見報制定測控計劃。跟蹤 可見報是指，對地基測控站，在精確站址的條件下利用預報的衛星軌道(空 間位置)判斷地面站和衛星是否相互可見，并且計算衛星進站和出站時刻、 跟蹤時間段等。傳統的地基S波段測控設備一般具備全方位掃描跟蹤能力， 因此在計算跟蹤可見報時僅需考慮地面障礙物遮擋，即衛星高度角E大于截 止高度角E_min時，衛星對測站可見。

為了提高自主生存能力，節約地面測控資源，北斗導航星座建立了星間 鏈路進行星間通信和測量。北斗星間鏈路采用Ka相控陣天線建立雙向鏈路， Ka相控陣天線固定安裝在衛星平臺上，由數字程序驅動完成指向切換。為 使星間建鏈成功，必須首先計算“星-星”跟蹤可見報。相控陣天線技術的成熟 和廣泛應用改變了傳統機械式天線的跟蹤可見性判斷方法。相控陣天線波束 指向靈活、目標容量大，但掃描范圍有限，為保證雙向建鏈，兩顆衛星必須 同時在對方天線波束范圍內。

此外，北斗系統還建立了少量地面Ka站，與衛星建立星地雙向Ka鏈 路。為了實現地面Ka站對北斗衛星的全方位跟蹤，往往需要多個Ka天線 陣面組成復雜陣列，此時每個陣面的可見范圍與陣面本身姿態相關。現有資 料中并無直接計算星間及復雜天線陣的跟蹤可見報的技術方案。

發明內容

本發明的目的是提供一種北斗Ka復雜相控陣天線跟蹤可見報生成算法， 能夠有效計算出星間及復雜天線陣的跟蹤可見報。

本發明所采用的技術方案是，一種北斗Ka復雜相控陣天線跟蹤可見報 生成算法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、建立關于星載Ka相控陣天線和地基Ka相控陣天線的位置姿態 模型；

步驟2、提出星間可見性判斷算法；

步驟3、提出跟蹤可見報生成算法。

本發明的特點還在于：

位置姿態模型中參數包括錐形波束角、方波束角、天線安裝位置偏差、 天線瞄準線矢量、天線方位矢量。

步驟2具體過程為：

步驟2.1、建立坐標系，獲得衛星1、衛星2之間的衛星1-衛星2天線 相位中心矢量；

步驟2.2、衛星1-衛星2天線相位中心矢量，判斷衛星2對衛星1可見 條件：

計算地心至天線相位中心矢量的距離，若該距離大于地球半徑，則衛星 1至衛星2未受地球遮擋，否則受地球遮擋；

計算衛星1-衛星2天線相位中心矢量與衛星1天線法向的夾角，判斷是 否小于衛星1天線錐形波束角；

將衛星1-衛星2天線相位中心矢量轉換到衛星1的本體坐標系下，得到 其在衛星1本體坐標系下的方位角和俯仰角，判斷是否在衛星1天線的方波 束角范圍內；

若衛星1-衛星2天線相位中心矢量同時滿足未受地球遮擋、小于衛星1 天線錐形波束角、小于衛星1天線方波束角，則判定衛星2對衛星1可見， 否則不可見；