[发明专利]一种天线固联式对地通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线固联式对地通信方法，特别涉及一种地球同步静止轨道中继卫星对地通信方法，属于卫星通信领域。

背景技术

跟踪与数据中继卫星系统(Tracking and Data Relay Satellite System)，简称TDRSS，是为中、低轨道的航天器与航天器之间、航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨适测控服务的系统，简称中继系统。跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)是20世纪航天测控通信技术的重大突破，其“天基”设计思想，从根本上解决了测控、通信的高覆盖率问题，同时还解决了高速数传和多目标测控通信等技术难题，并且有很高的经济效益。TDRSS系统使航天测控通信技术发生了革命性的变化，目前还在继续向前发展，不断地拓宽自己的应用领域。现在，美国与俄罗斯两国的跟踪与数据中继卫星系统均已进入应用阶段，正在发展后续系统；欧空局和日本在这类卫星的发展中采用了新的思路和技术途径；我国正在积极推进研究跟踪与数据中继卫星系统。

位于地球同步静止轨道上的中继卫星，距离地球的高度约为36000km，卫星的运行方向与地球自转方向相同、运行周期与地球自转一周的时间相等，即23时56分4秒。其作用相当于把地面的测控站升高到了地球静止卫星轨道高度，可居高临下地观测到在近地空间内运行的大部分航天器，将其测控信号发回地面通信站，实现地面站对近地空间内运行的航天器的长期跟踪。地球同步静止中继卫星的最大特点是保持与地球的相对静止，这样使得卫星上所安装的对地通信天线能够更加稳定持续地指向地球表面上特定的接收点，避免了地球自转带来的干扰。

现在的中继卫星的天线有越来越大型化的趋势，且带有一定的柔性。天线在工作时要做一些较为快速的机动动作，天线运动过程的柔性不是总可以忽略的，在系统的动力学分析中，有时需要考虑部件柔性的影响，这种影响有时会很大，甚至达到破坏性的程度。北京理工大学学报2007年2月第27卷第2期第171页——第173页，文章题目“大型柔性天线运动对中继卫星姿态影响的分析”中以跟踪与数据中继卫星为分析对象，建立了整星多柔体系统动力学模型，分析了天线运动作用下，柔性天线和其他附件的综合作用对星本体姿态的扰动，并分析了各种现象产生的原因。同时，天线在做快速机动动作时，必然需要消耗一定量的能量，这样增加了航天器本体的负担。由此可以看出，为改变现有天线需随着任务的执行进行快速机动，不断调整天线指向的局面，采用天线与航天器相固联的方式安装，必然可以有效地避免其机动带来的扰动和相应的能量的消耗，具有很重要的工程实际意义。

发明内容

本发明要解决中继卫星对地通信天线随任务要求做快速机动动作带来的对航天器本体姿态扰动和相应的能量消耗问题，提出了一种天线固联式对地通信方法，该方法既能保证中继卫星在满足实际跟踪任务要求的姿态机动过程中，最长时间保持与地面站的通信，且能避免天线机动动作对航天器本体姿态扰动和相应的能量消耗问题。

本发明是通过下述技术解决方案实现的：

本发明的一种天线固联式对地通信方法，中继卫星根据具体跟踪任务要求对目标进行实时跟踪，取消中继卫星对地通信天线的转动机构，通过与中继卫星本体以最优安装角固联的天线实现对地实时通信，所述最优安装角需保证中继卫星在满足实际跟踪任务要求的姿态机动过程中，最长时间保持与地面站的通信而不受中继卫星本体姿态机动的影响。

所述的最优安装角确定方法如下：

步骤1：根据具体跟踪任务的要求，中继卫星上的跟踪部件实时跟踪任务中的用户星，已知被跟踪用户星的轨道参数和中继卫星自身的轨道参数，由这两颗星的轨道参数得到中继卫星到被跟踪用户星的方向矢量。

步骤2：为实现中继卫星对用户星的实时跟踪，使中继卫星到被跟踪用户星的方向矢量实时的与中继卫星上安装的跟踪部件视线轴重合。由于中继卫星上安装的跟踪部件的视线轴相对于中继卫星本体是固定不变的，而且矢量方向是已知的。因此，可以得到由具体任务所决定的中继卫星的期望姿态欧拉角。