[发明专利]伺服天线自动跟踪中轨导航卫星的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种卫星导航信号质量监测技术领域的天线跟踪系统和伺服跟踪方法，具体是一种利用全球卫星导航系统(GNSS)的广播星历结合轨道预报原理引导大口径抛物面天线自动跟踪观测可视弧段内某颗特定中轨道导航卫星的系统和方法。

背景技术

以GNSS为核心的无线电导航业务(RNSS)已经深入到国民经济和社会发展的各个领域，使得我们对卫星导航信号精度和可靠性的要求日益提高。而目前GNSS的实际设计方式不可能对所有脆弱性影响因素完全免疫，某些卫星在某些时刻可能会出现故障或失效而导致定位、导航和授时(PNT)等服务性能的降低，所以有必要通过固定地面站对这些卫星进行连续不间断的跟踪观测，以利于进一步实现信号质量分析与问题排查的工作。

传统的L波段固定地面站伺服跟踪天线系统主要有三种跟踪模式：手动跟踪、记忆跟踪和步进跟踪，其中：手动跟踪又叫指向跟踪，是按照给定的方位角和俯仰角人工调节方位电机和俯仰电机，控制天线锁定目标卫星；记忆跟踪模式是基于曾经跟踪过的历史数据，打开过去某一天同一时刻的角度记录信息用于控制天线的转动；步进跟踪又叫点动跟踪或极值跟踪，它是一步一步地控制天线在方位平面内和俯仰平面内分别以一个微小的角度进行阶跃式转动，使天线逐步对准卫星，直到接收到的信号达到最大值后，系统才进入休息状态，经过一段时间后，再开始进入跟踪状态，如此周而复始地进行工作。

不过以上三种模式存在着明显的缺陷：手动跟踪需要人工参与，操作繁琐，不够灵活；记忆跟踪可行的前提是系统保存有要跟踪的目标卫星以往的历史信息，并且就各大全球卫星导航系统而言，仅GPS卫星的运行周期是半个恒星日，适用于记忆跟踪策略，北斗系统(BDS)的静止轨道卫星(GEO)因抖动漂移较大无法采用这种方式，非静止轨道卫星每天同一时刻的观测角度都不太一样，也无法直接采用记忆跟踪；步进跟踪的动态响应速度严重滞后，若要求进行目标卫星的切换则相当被动。

经对现有技术文献检索发现，专利申请号200580011176.6，名称为：卫星跟踪天线系统及所用的方法，正是采用步进跟踪方式，实际使用中存在一定的延迟；专利申请号201010152646.3，名称为：海上平台卫星通信自跟踪控制系统，虽然支持移动测控平台，但需要增加信标接收机，对系统设备提出较高要求，也不适用于对不发射信标的导航卫星进行跟踪。因此寻找简便高效的导航卫星伺服跟踪方法对于信号质量连续监测具有重要的现实意义。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种伺服天线自动跟踪中轨导航卫星的方法及系统，能够以自动控制的方式引导地面前馈天线对可视天顶范围内的导航卫星进行准确的指向跟踪，一天内的跟踪精度优于0.01°，避免了手动跟踪的操作复杂性、记忆跟踪的条件约束性以及步进跟踪的响应滞后性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种伺服天线自动跟踪中轨导航卫星的方法，包括以下步骤：

第一步、根据最新的广播星历，利用轨道预报算法估计出跟踪时间段内目标卫星在ECEF坐标系下的位置，具体步骤包括：

1.1)获取服务器端的最新广播星历，选择要跟踪的卫星编号并设置跟踪的起始时刻t₁、终止时刻t₂和预报处理的时间间隔Δt，其中：Δt＝t₂-t₁；

1.2)卫星星历给出的轨道参数以星历参考时间t_oe作为基准，计算预报时刻t与参考时刻t_oe之间的差异：t_k＝t-t_oe，其中：t_k称为相对于t_oe的规划时间；

1.3)计算平均角速度经校正的平均角速度为n＝n₀+Δn，其中：μ为地心引力常数，a_s为轨道半长轴，Δn为平均角速度校正值；