[发明专利]一种数传天线指向角度的仿真分析方法

说明书

一种数传天线指向角度的仿真分析方法，(1)使用仿真工具建立卫星，设置卫星的初始轨道根数；(2)获取限定时间周期内卫星的轨道根数和卫星在J2000惯性坐标系下的轨道位置；(3)根据步骤(2)所得的卫星轨道根数，计算限定时间周期内卫星的偏流角；(4)根据步骤(3)计算的限定时间周期内卫星的偏流角、步骤(2)所得的限定时间周期内卫星在J2000惯性坐标系下的轨道位置、需指向的地面站位置信息，计算限定时间周期内数传天线的指向角度。本发明不依赖于过多假设、考虑卫星多种在轨任务姿态模式，使用数值计算的方法对数传天线指向角度进行仿真分析的方法，有效解决了卫星数传天线指向控制功能和性能的高精度分析验证问题。

技术领域

本发明涉及一种采用仿真分析获取卫星数传天线指向角度的方法，属于卫星姿态与轨道控制领域。

背景技术

高码速率点波速双极化天线(下文均简称数传天线)是一种新型的对地数传天线，具有传输速率高、增益高、左右旋极化复用的特点，但同时也要求卫星具备控制天线对地面站的快速跟踪、精确指向能力，以保证卫星图像数据传输的正确性。

数传天线的对地指向跟踪，主要依靠卫星根据当前姿态信息、轨道信息、时间信息以及需指向的地面站位置信息，自行计算出天线X轴/Y轴转角，并根据转角信息实时控制天线电机，实现天线对地面站的实时跟踪。

在卫星设计阶段，需结合卫星在轨运行的轨道、姿态等参数，对有代表性的、不同位置的地面站点进行仿真分析，计算得到天线转动最大指向角度及角速度情况，在卫星研制过程中优化相关设计，比如用以指导天线在轨视场的遮挡分析、天线转动范围的确定、天线跟踪转动产生的扰动力矩对卫星姿态稳定度的影响分析等。在卫星工厂测试阶段，需要对卫星数传天线的指向控制功能和性能进行测试验证，获取跟踪角度遥测数据，并与理论跟踪角度数据进行分析对比，以评估测试结果的正确性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种计算精度较高、不依赖于过多假设、考虑卫星多种飞行姿态，使用数值计算的方法对卫星正常对地姿态、滚动姿态机动模式、俯仰姿态机动模式的数传天线指向角度进行仿真分析的方法。

本发明的技术解决方案是：一种数传天线指向角度的仿真分析方法，步骤如下：

(1)使用仿真工具建立卫星，设置卫星的初始轨道根数；

(2)根据步骤(1)所建立的卫星及设置的初始轨道根数，获取限定时间周期内卫星的轨道根数和卫星在J2000惯性坐标系下的轨道位置R_sat(t)；所述的限定时间周期指数传天线的可跟踪弧段；

(3)根据步骤(2)所得的卫星轨道根数，计算限定时间周期内卫星的偏流角；

(4)根据步骤(3)计算的限定时间周期内卫星的偏流角、步骤(2)所得的限定时间周期内卫星在J2000惯性坐标系下的轨道位置、需指向的地面站位置信息，计算限定时间周期内数传天线的指向角度。

所述步骤(4)具体实现步骤如下：

(4.1)根据地面站的大地经纬度、高度，计算限定时间周期内地面站在J2000惯性坐标系下的位置R_if(t)；

(4.2)根据R_if(t)与卫星在J2000惯性坐标系下的轨道位置R_sat(t)，得到卫星在J2000惯性坐标系下指向地面站的矢量R_f(t)；

(4.3)将矢量R_f(t)由J2000惯性坐标系转换到卫星轨道坐标系，再由卫星轨道坐标系转换到卫星本体坐标系，最后由卫星本体坐标系转换到数传天线坐标系，得到数传天线坐标系下的矢量R_an(t)；

(4.4)根据矢量R_an(t)得到数传天线的指向角度。