一種GEO軌道數(shù)傳天線跟蹤精度確定方法與流程

本發(fā)明涉及一種GEO軌道數(shù)傳天線跟蹤精度確定方法，可用于GEO軌道衛(wèi)星天線跟蹤控制精度的分析、建模及驗(yàn)證工作。

背景技術(shù)：

對具備“在軌頻繁小角度機(jī)動成像模式”的GEO軌道衛(wèi)星，在整星機(jī)動過程中，為保證星地射頻傳輸鏈路不中斷并且確保無線鏈路余量滿足使用要求，數(shù)傳天線需要精確、實(shí)時(shí)地反向小角度頻繁機(jī)動以跟蹤地面站位置。天線指向誤差會引起服務(wù)區(qū)范圍內(nèi)EIRP(等效全向輻射功率)等指標(biāo)的變化，嚴(yán)重時(shí)會引起傳輸誤碼率的急劇增高。因此對于高軌遠(yuǎn)距離星地?cái)?shù)傳來講，天線跟蹤精度有很高的要求。

GEO軌道衛(wèi)星參與天線指向控制的部分包括姿軌控系統(tǒng)、星務(wù)系統(tǒng)和數(shù)傳系統(tǒng)的多臺設(shè)備。數(shù)傳天線跟蹤控制時(shí)，需要引入外界的軌道、姿態(tài)、時(shí)間等信息完成天線轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)對地面站的反向跟蹤，涉及環(huán)節(jié)多。同時(shí)，除分析外，還需結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，對力、熱等應(yīng)力條件引起的誤差進(jìn)行合理預(yù)估。

低軌遙感衛(wèi)星成像一般為推掃模式，衛(wèi)星在滾轉(zhuǎn)和俯仰方向不存在頻繁小角度機(jī)動；高軌通信衛(wèi)星一般為固定點(diǎn)波束或區(qū)域波束，天線指向始終不變，沒有專門針對衛(wèi)星在頻繁小角度機(jī)動模式下數(shù)傳天線指向控制的確定方法。由于GEO軌道通信距離遠(yuǎn)，且所使用的波束寬度窄，傳統(tǒng)的指向控制方法很難實(shí)現(xiàn)星地天線精確對準(zhǔn)，鏈路余量不易保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種GEO軌道數(shù)傳天線跟蹤精度確定方法，依據(jù)GEO軌道衛(wèi)星數(shù)傳天線跟蹤控制原理，對目標(biāo)角確定精度、伺服控制精度、天線本身指向精度等各環(huán)節(jié)對天線跟蹤精度的影響進(jìn)行研究，建立一套天線跟蹤精度的確定方法，可用于GEO軌道衛(wèi)星天線跟蹤控制精度的分析、建模及驗(yàn)證工作。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種GEO軌道數(shù)傳天線跟蹤精度確定方法，包括如下步驟：

(1)將GEO軌道數(shù)傳天線跟蹤精度E_Total劃分為目標(biāo)角確定誤差E_A、伺服控制誤差E_B、天線本身指向誤差E_C

其中：

(2)將目標(biāo)角確定誤差E_A劃分為軌道誤差E₁、姿態(tài)誤差E₂、時(shí)間誤差E₃、地面站誤差E₄、控制計(jì)算機(jī)算法及硬件誤差E₅

其中：

(3)將伺服控制誤差E_B劃分為伺服控制器內(nèi)部旋轉(zhuǎn)變壓器的測量誤差E₆、伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行誤差E₇

其中：

(4)將天線本身指向誤差E_C劃分為天線電軸與機(jī)械軸常值偏差E₈、天線電軸與機(jī)械軸力熱變形偏差E₉、天線機(jī)械零位誤差E₁₀、天線雙軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動誤差E₁₁、天線裝星誤差E₁₂

式中：

(5)獲取軌道誤差E₁、姿態(tài)誤差E₂、時(shí)間誤差E₃、地面站誤差E₄、控制計(jì)算機(jī)算法及硬件誤差E₅、伺服控制器內(nèi)部旋轉(zhuǎn)變壓器的測量誤差E₆、伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行誤差E₇、天線電軸與機(jī)械軸常值偏差E₈、天線電軸與機(jī)械軸力熱變形偏差E₉、天線機(jī)械零位誤差E₁₀、天線雙軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動誤差E₁₁、天線裝星誤差E₁₂，進(jìn)而計(jì)算得到GEO軌道數(shù)傳天線跟蹤精度E_Total。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明天線跟蹤精度確定方法解決了GEO軌道星地通信距離遠(yuǎn)導(dǎo)致自由傳播損耗大，所使用的Ka頻段電磁波易受雨衰影響，且天線波束寬度窄，星地天線是否精確對準(zhǔn)將極大地影響無線鏈路余量，傳統(tǒng)的確定方法無法針對該類衛(wèi)星天線的指向精度進(jìn)行預(yù)算的問題，具有較好的使用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明數(shù)傳天線轉(zhuǎn)動控制原理；

圖2為本發(fā)明數(shù)傳天線跟蹤誤差分解示意圖。

具體實(shí)施方式

克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種GEO軌道數(shù)傳天線跟蹤精度確定方法，依據(jù)GEO軌道衛(wèi)星數(shù)傳天線跟蹤控制原理，對目標(biāo)角確定精度、伺服控制精度、天線本身指向精度等各環(huán)節(jié)對天線跟蹤精度的影響進(jìn)行研究，建立一套天線跟蹤精度的確定方法，可用于GEO軌道衛(wèi)星天線跟蹤控制精度的分析、建模及驗(yàn)證工作。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明方法包括如下步驟：

(1)GEO軌道衛(wèi)星數(shù)傳天線轉(zhuǎn)動控制流程為：星務(wù)計(jì)算機(jī)向控制計(jì)算機(jī)發(fā)送指令使能自主計(jì)算天線轉(zhuǎn)角；控制計(jì)算機(jī)根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)測量設(shè)備獲取的衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)，計(jì)算天線轉(zhuǎn)動角度，通過星務(wù)計(jì)算機(jī)經(jīng)1553B總線廣播至數(shù)傳控制單元；數(shù)傳控制單元根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)動角度信息控制伺服控制器，通過雙軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，完成對數(shù)傳天線指向地面站的控制。具體流程如附圖1所示。根據(jù)天線轉(zhuǎn)動控制原理，按照信息源誤差、信息傳遞誤差及執(zhí)行誤差分析跟蹤精度的影響因素。

(2)信息源誤差和信息傳遞誤差共同決定了目標(biāo)角確定誤差，執(zhí)行誤差包括伺服控制誤差和天線本身指向誤差。對數(shù)傳天線跟蹤誤差影響因素進(jìn)行建模分析，分解為目標(biāo)角確定誤差、伺服控制誤差和天線本身指向誤差，建模情況詳見附圖2。分析各項(xiàng)誤差來源，估算對天線最終跟蹤精度的貢獻(xiàn)值，依據(jù)天線轉(zhuǎn)動控制信息流及各影響因素間的相關(guān)性，算衛(wèi)星數(shù)傳天線在軌跟蹤精度。詳見公式(1)(2)(3)(4)。

式中：E_Total為數(shù)傳天線總跟蹤誤差，E_A為目標(biāo)角確定誤差，E_B為伺服控制誤差，E_C為天線本身指向誤差；

式中：E₁為軌道誤差，E₂為姿態(tài)誤差，E₃為時(shí)間誤差，E₄為地面站誤差(位置及高程)，E₅為控制計(jì)算機(jī)算法及硬件誤差；

式中：E₆為伺服控制器內(nèi)部旋轉(zhuǎn)變壓器的測量誤差，E₇為伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行誤差；

式中：E₈為天線電軸與機(jī)械軸偏差(常值部分，地面可測得)，E₉為天線電軸與機(jī)械軸偏差(力熱變形)，E₁₀為天線機(jī)械零位誤差，E₁₁為天線雙軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動誤差，E₁₂為天線裝星誤差。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。