[发明专利]一种复杂月面地形下基准变化的中继指向规划方法

说明书

本发明提供一种复杂月面地形下基准变化的中继指向规划方法，依据中继星预报位置计算中继星相对月面某个位置的高度角和方位角，然后求解桅杆的偏航角和展开角，定向天线按照桅杆的偏航角和展开角转动后，其波束中心指向中继星；由此可见，本发明无需考虑地形的变化，能够有效解决巡视器在轨阶段对中继星通信问题。

技术领域

本发明属于空间探测技术领域，尤其涉及一种复杂月面地形下基准变化的中继指向规划方法。

背景技术

中国月球探测器实现了人类的首次月背着陆巡视探测，巡视器在月背表面工作中，将数据通过中继星传输给地面。巡视器上配置高增益的定向天线，由于高增益定向天线的波束角较小，需要定向天线在规定的指向精度范围内对准中继星，建立稳定的中继空间数据通信链路，因此定向天线对中继星的指向规划尤为重要。和地面站天线或卫星天线不同，巡视器由于其移动性，器载天线的指向基准跟随地形发生变化，同时由于中继星在不停运动，指向目标也在发生变化，为了克服指向基准和目标方位变化带来的影响，本文提出了一种指向规划方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种复杂月面地形下基准变化的中继指向规划方法，解决了巡视器在轨阶段对中继星的通信问题。

一种复杂月面地形下基准变化的中继指向规划方法，应用于巡视器，其中定向天线通过桅杆安装于巡视器，所述方法包括以下步骤：

S1：获取中继星在月球表面北东地坐标系下的高度角h_e和方位角

S2：根据高度角h_e和方位角获取巡视器本体坐标系下的中继星方向矢量r_eb；

S3：根据中继星方向矢量r_eb获取桅杆的偏航角θ_{mast_yaw}和展开角θ_{mast_pitch}，使得桅杆按照偏航角θ_{mast_yaw}和展开角θ_{mast_pitch}进行偏转后，定向天线的波束中心指向中继星，实现中继指向规划，具体的：

θ_{mast_yaw}＝-θ_z

θ_{mast_pitch}＝θ_y

其中，r_eb(1)为中继星方向矢量r_eb中的第一个元素，r_eb(2)为中继星方向矢量r_eb中的第二个元素，r_eb(3)为中继星方向矢量r_eb中的第三个元素。

进一步地，中继星在月球表面北东地坐标系下的高度角h_e和方位角的获取方法具体为：

S11：获取中继星t时刻在地心J2000坐标系下的位置p_relay：

p_relay＝p₀+v·(t-t0)

其中，p₀和v分别为中继星轨道数据给出的中继星t₀时刻在地心J2000坐标系下的初始位置和速度，x_relay、y_relay、z_relay分别为中继星t时刻在地心J2000坐标系下x、y、z轴的位置；

S12：由DE405星历获取月球在地心J2000坐标系下的位置p_m；

S13：获取巡视器在月球固连坐标系下的位置p_r；