[发明专利]一种移动卫星通信天线的初始化方法

权利要求书

1.一种移动卫星通讯天线的初始化方法，其特征在于：所述的方法实现步骤为：

第一步：选定待跟踪的卫星，计算待跟踪卫星在所述天线地理坐标系的坐标值；

第二步：计算地理坐标系指向卫星需要转动的俯仰角、方位角和极化跟踪指令角；

第三步：计算天线波束指向卫星需要转动的俯仰指令角、方位指令角和极化指令角；

第四步：根据第三步得到的俯仰指令角、方位指令角和极化指令角，并结合天线0-360°扫描技术及迭代递推算法计算得到安装在天线上的惯导系统的初始航向角；

第五步：根据第四步得到的惯导系统的初始航向角重新计算天线寻星指令角；

第六步：根据第五步得到的寻星指令角控制天线对准卫星。

2.一种移动卫星通信天线的初始化方法，其特征在于，所述的方法的实现步骤为：

第一步：选定待跟踪的卫星，根据式1计算待跟踪卫星在天线所在地的地理坐标系O-X_tY_tZ_t中的坐标值(X_ta，Y_ta，Z_ta)^T：

XtaYtaZta=-(R+H)sinΔλ-(R+H)cosΔλsinLa(R+H)cosΔλcosLa-R]]>式1

式1中，R为地球半径，H为待跟踪卫星的高度；Δλ＝λ_a-λ_s为天线所在地的经度与卫星所在地经度之差，其中λ_a为天线所在地的经度，λ_s为卫星所在地的经度；L_a表示天线所在地的纬度值。

第二步：天线上电复位后，假设天线波束中心指向与天线地理坐标系OY_t轴一致，则天线波束指向卫星所需转动的俯仰角、方位角、极化角可表示为：

式2

式2中，θ_t，γ_t分别表示地理坐标系下天线的俯仰、方位及极化跟踪指令角。第三步：计算天线坐标系O-X_aY_aZ_a下天线指向卫星的俯仰指令角θ_p，方位指令角极化指令角γ_p的值，其计算步骤为：

(1)计算地理坐标系(t系)至对准卫星时的天线坐标系(a系)的旋转矩阵

式3

(2)计算天线载体坐标系(b系，与天线基座坐标系一致)到地理坐标系的旋转矩阵

式4

式4中，θ_b，γ_b，分别是惯导系统测量得到的所述天线载体的俯仰角、横滚角、方位角。由于惯导系统精度较低无法自主寻北，因此与真实的方位角存在较大的误差，θ_b，γ_b的初始精度主要取决于加速度计，一般情况下，其输出精度较高，与真实的姿态角相比误差较小，可满足天线的寻星及跟踪指标要求。

(3)求解天线载体坐标系(b系，与天线基座坐标系一致)至天线对准卫星时的天线坐标系之间的旋转矩阵

Cba=Cbt×Cta=c11c12c13c21c22c23c31c32c33]]>式5

(4)天线上电复位后，天线坐标系与载体坐标系重合，此时，天线对准待跟踪卫星的计算指令角为：

式6

式6中，θ_p，γ_p，为根据低精度惯导输出计算得到的天线俯仰、极化、方位寻星指令角。惯导系统初始上电后，θ_b，γ_b通过初始对准求得，精度较高；通过自寻北求得，由于惯性器件精度较低，含有较大的误差。因此，天线的寻星指令角θ_p，γ_p，均存在较大的误差，天线在执行完以上指令后仍然无法对准卫星。

第四步：控制天线俯仰及极化电机按照指令角θ_p及γ_p旋转，天线方位控制系统控制天线绕方位轴以一定的角速度缓慢地转动一周，并在转动过程中始终监测天线接收到的卫星信标信号的幅值，并记录卫星信号最大时刻天线相对于天线坐标系零位的方位角

第五步：根据值计算惯导系统的初始航向角，其计算公式如下：

式7

其中，

Cbt=Cba×Cat=Cbt11Cbt12cbt13Cbt21Cbt22Cbt23Cbt31Cbt32Cbt33]]>式8

式9

式9中，θ_p，γ_p为式6计算得到的寻星指令角，为步骤四记录得到的卫星信号最大时刻的天线的方位角；为式3计算得到的矩阵的转置矩阵，即：

第六步：把步骤五计算得到的惯导的航向角代入步骤三，用替代步骤三式4中的重复步骤三至步骤五，计算得到惯导航向角再把航向角代入步骤三，替代步骤三式4中的重复步骤三至步骤五，计算得到惯导航向角如此迭代和递推，可以计算得到惯导的初始航向角为其中n≥5。

第七步：把代入步骤三，计算得到最终的寻星指令角根据此指令角控制天线旋转，可以使得天线准确对准卫星。