[发明专利]地面测站天线对卫星的指向导引系统

说明书

本发明提供一种地面测站天线对卫星的指向导引系统，包括：惯性系卫星位置模块：输入目标时刻t₁的星历信息，输出t₁时刻卫星在惯性系下的位置R_wECI；地固系卫星位置模块：输入目标时刻t₁和所述卫星在惯性系下的位置R_wECI，输出t₁时刻卫星在地固系下的位置R_wECF。本发明不依赖于仿真软件或过多假设内容，考虑卫星实际运行情况计算地面测站天线对卫星的指向，有效解决了地面站接收天线对卫星的指向控制问题，而且达到了比较高的指向精度。

技术领域

本发明涉及卫星姿态与轨道控制领域，具体地，涉及地面测站天线对卫星的指向导引系统。

背景技术

雷达在我国科技建设中起着非常重要的作用，随着外空间目标探测、控制的需求，实用雷达快速发展，目前已应用到制导和超视距探测等多个重要领域。随着空间侦查技术的发展，对雷达天线的跟踪和搜索能力提出了越来越高的要求，由于卫星信号微弱而且方向性强，为了捕获运动卫星上的通讯信号，必须实时调整天线姿态与卫星的位置偏差以满足通讯的需求，因为星地指向的偏差会导致链路传输信息的信噪比下降，若是超过了最大站位容限，甚至会出现信号丢失的现象。这就要求雷达天线必须要根据指令调整指向，实时跟踪运动目标。因此，雷达天线指向过程的动态精度已经成为天线系统功能的重要指标之一，设计指向精度高的指向计算方法具有普遍的实用意义。

地面测站天线对卫星的指向导引，主要是依据卫星的轨道信息、时间信息以及地面测站天线的位置信息，计算出目标时刻的天线指向导引角，并通过天线指向控制，实现在目标时刻对卫星的精确指向。

国内现有的星地指向算法研究，大多集中于地面测站位置固定的情况下，在卫星本体坐标系下，进行卫星对地面测站指向的优化设计，而对于地面测站天线对卫星的指向导引的研究较少。在地面测站可移动的情况下，需要在已知自身地理经纬度及高程，被追踪在轨飞行器轨道信息的情况下，自主完成对飞行器的指向导引，实时计算天线指向导引角度。本发明针对这一实际情况，提出一种用于地面测站天线的精度较高的地面测站实时定位方法，实现地面测站天线对卫星的自主指向导引。

专利“一种深空探测器天线指向的设计方法”(专利号：CN104369877A)介绍了一种深空探测器天线对地心指向的方法，此方法是用于实现深空探测器天线对地心的定向。该专利针对天线对地心的定向而并非是地表的给定位置，而且直接给出了探测器天线对地心的指向矢量，没有通过轨道参数计算卫星位置的算法。本发明与其不同之处在于，设计了针对地表给定位置的地面站对卫星指向的计算方法，完成了地面站的定位计算，而且设计了通过给定时刻的卫星轨道参数计算地面站-卫星指向矢量的计算过程。

专利“一种数传天线指向角度的仿真分析方法”(专利号：CN105184002A)介绍了一种计算星载数传天线对地面站指向的方法，此方法通过已有的卫星轨道仿真软件STK对卫星的实际位置进行仿真求解，并计算数传天线的二维指向角。该专利的不足在于卫星位置计算依赖于卫星轨道仿真软件STK，没有具体的计算过程，而且对坐标系转换的描述比较简略，没有给出转换矩阵的算法。本发明的优势在于提出了一种无需依靠STK软件，根据指定时刻的卫星的轨道参数计算卫星实际位置的方法，以及设计了一套相关坐标系转换矩阵的详细计算流程。

专利“一种绕月卫星双轴天线对地指向控制方法”(专利号：CN101204994A)介绍了一种计算绕月卫星对地心指向的方法，根据地面上注星历数据推算卫星位置，计算卫星对地球的可见区域，并计算出双轴天线的指向角度。该专利为对地心指向，没有对地表位置进行定向，且主要结合月球相关坐标系进行计算。本发明与其不同之处在于主要结合地球及地表位置相关坐标系进行计算，完成了地面测站天线的位置计算及地面测站天线对卫星的定向计算，且天线指向角度的定义和计算方法不同。