[发明专利]一种北斗Ka复杂相控阵天线跟踪可见报生成算法

说明书

本发明公开了一种北斗Ka复杂相控阵天线跟踪可见报生成算法，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立关于星载Ka相控阵天线和地基Ka相控阵天线的位置姿态模型；步骤2、提出星间可见性判断算法；步骤3、提出跟踪可见报生成算法。本发明通过卫星空间几何关系计算星‑星之间的相互可见性，进而生成星‑星可见报；通过Ka相控阵天线复杂波束赋型，得到星‑地可见报，通过本发明的可见报生成算法，能够实现地面Ka站对北斗卫星的全方位跟踪，还具有简洁实用、工程可实现性强的优点。

技术领域

本发明属于卫星导航跟踪测控技术领域，具体涉及一种北斗Ka复杂相 控阵天线跟踪可见报生成算法。

背景技术

传统对卫星的跟踪测控，是基于“站-星”跟踪模式，“站”指地面跟踪站， “星”指卫星。在测控任务中，需要根据测站跟踪可见报制定测控计划。跟踪 可见报是指，对地基测控站，在精确站址的条件下利用预报的卫星轨道(空 间位置)判断地面站和卫星是否相互可见，并且计算卫星进站和出站时刻、 跟踪时间段等。传统的地基S波段测控设备一般具备全方位扫描跟踪能力， 因此在计算跟踪可见报时仅需考虑地面障碍物遮挡，即卫星高度角E大于截 止高度角E_min时，卫星对测站可见。

为了提高自主生存能力，节约地面测控资源，北斗导航星座建立了星间 链路进行星间通信和测量。北斗星间链路采用Ka相控阵天线建立双向链路， Ka相控阵天线固定安装在卫星平台上，由数字程序驱动完成指向切换。为 使星间建链成功，必须首先计算“星-星”跟踪可见报。相控阵天线技术的成熟 和广泛应用改变了传统机械式天线的跟踪可见性判断方法。相控阵天线波束 指向灵活、目标容量大，但扫描范围有限，为保证双向建链，两颗卫星必须 同时在对方天线波束范围内。

此外，北斗系统还建立了少量地面Ka站，与卫星建立星地双向Ka链 路。为了实现地面Ka站对北斗卫星的全方位跟踪，往往需要多个Ka天线 阵面组成复杂阵列，此时每个阵面的可见范围与阵面本身姿态相关。现有资 料中并无直接计算星间及复杂天线阵的跟踪可见报的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种北斗Ka复杂相控阵天线跟踪可见报生成算法， 能够有效计算出星间及复杂天线阵的跟踪可见报。

本发明所采用的技术方案是，一种北斗Ka复杂相控阵天线跟踪可见报 生成算法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立关于星载Ka相控阵天线和地基Ka相控阵天线的位置姿态 模型；

步骤2、提出星间可见性判断算法；

步骤3、提出跟踪可见报生成算法。

本发明的特点还在于：

位置姿态模型中参数包括锥形波束角、方波束角、天线安装位置偏差、 天线瞄准线矢量、天线方位矢量。

步骤2具体过程为：

步骤2.1、建立坐标系，获得卫星1、卫星2之间的卫星1-卫星2天线 相位中心矢量；

步骤2.2、卫星1-卫星2天线相位中心矢量，判断卫星2对卫星1可见 条件：

计算地心至天线相位中心矢量的距离，若该距离大于地球半径，则卫星 1至卫星2未受地球遮挡，否则受地球遮挡；

计算卫星1-卫星2天线相位中心矢量与卫星1天线法向的夹角，判断是 否小于卫星1天线锥形波束角；

将卫星1-卫星2天线相位中心矢量转换到卫星1的本体坐标系下，得到 其在卫星1本体坐标系下的方位角和俯仰角，判断是否在卫星1天线的方波 束角范围内；

若卫星1-卫星2天线相位中心矢量同时满足未受地球遮挡、小于卫星1 天线锥形波束角、小于卫星1天线方波束角，则判定卫星2对卫星1可见， 否则不可见；