[发明专利]一种S波段相控阵中继发射天线的波束控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种S波段相控阵中继发射天线的波束控制方法，属于卫星测控领域。

背景技术

相控阵天线是一类新型阵列天线，其通过将多个单元天线按照一定的规律排列组合以提高天线增益，并通过控制每个单元天线的幅相参数来改变天线波束的指向，实现波束扫描覆盖空间。

相控阵天线应用于中继测控领域，能够有效提高中继测控天线的增益，降低发射机的输出功率，从而为卫星平台节约宝贵的能源。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供了一种S波段相控阵中继发射天线的波束控制方法，解决了由于用户星位置及姿态变化导致中继发射天线波束指向变化而引起中继测控弧段过短的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种S波段相控阵中继发射天线的波束控制方法，步骤如下：

(1)将CAN总线发送过来的GPS定位信息转换为J2000.0惯性坐标系下的定位信息，J2000.0惯性坐标系下的定位信息包括用户星位置信息矢量和用户星速度信息矢量为

(2)根据用户星位置信息矢量和中继星位置信息矢量根据公式求出J2000.0惯性系下用户星到中继星的矢量

(3)根据公式计算用户星轨道坐标系下的指向矢量其中，为转换矩阵，且有

为用户星在J2000.0惯性系下速度矢量，x_s,y_s,z_s为用户星在J2000.0惯性系下位置矢量；分别为用户星在J2000.0惯性系下三个方向上的速度单位向量，分别由x_s,y_s,z_s对时间求导得到；

(4)根据用户星姿态信息和公式计算在用户星本体坐标系下用户星到中继卫星的指向矢量

其中，R_Zs(ψ)表示绕Z_s轴旋转ψ、R_Xs(φ)表示绕X_s轴旋转φ、R_Ys(θ)表示绕Y_s轴旋转θ；ψ、φ、θ分别表示用户星偏航角、滚动角、俯仰角；

(5)根据公式计算在天线阵列本体坐标系下用户星到中继卫星的指向矢量即绕X轴旋转180°，绕Z轴旋转180°度；

(6)根据公式计算在天线阵列本体坐标系下用户星到中继卫星指向矢量的指向角度，即俯仰角和方位角λ，其中x_a、y_a、z_a分别为在天线阵列本体坐标系下用户星到中继卫星的指向矢量在三个方向上的单位向量。

所述在天线阵列本体坐标系下用户星到中继卫星指向矢量的指向角度，即俯仰角和方位角λ，其具体计算方法如下：

其中，为俯仰角，λ为方位角，为天线阵列本体坐标系下用户星到中继卫星的指向矢量；

引入用户星姿态信息，计算在用户星本体坐标系下用户星到中继卫星的指向矢量其具体计算方法如下：

其中，R_Zs(ψ)表示绕Z_s轴旋转ψ、R_Xs(φ)表示绕X_s轴旋转φ、R_Ys(θ)表示绕Y_s轴旋转θ；ψ、φ、θ分别表示用户星偏航角、滚动角、俯仰角。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)方法简单易于实现，不依赖于高速硬件平台，单片机即可实现；

(2)可以快速完成天线指向角度的计算，满足中继发射相控阵天线的实时性波束控制要求；

(3)引入用户星姿态信息，解决了用户星在有大机动姿态变化时导致的波束偏转问题。

附图说明

图1为本发明波束控制模块工作流程图。

图2为用户星轨道坐标系下中继卫星指向矢量计算模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

本发明提供了一种S波段相控阵中继发射天线的波束控制方法，如图1所示，步骤如下：

(1)将CAN总线发送过来的GPS定位信息转换为J2000.0惯性坐标系下的定位信息，J2000.0惯性坐标系下的定位信息包括用户星位置信息矢量和用户星速度信息矢量为

(2)根据用户星位置信息矢量和中继星位置信息矢量由公式求出J2000.0惯性系下用户星到中继星的矢量