[发明专利]确定卫星数字波束天线来波方向的方法及装置

权利要求书

1.一种确定卫星数字波束天线来波方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、使用北斗/GPS终端获取地心大地坐标系中信号源和数字波束天线的位置坐标(α₁,δ₁,h₁),…,(α_n,δ_n,h_n)和(α₀,δ₀,h₀)，其中α表示地理经度，δ表示地理纬度，h表示大地高程，下标1,…,n表示信号源所处的n个点P₁,…,P_n，下标0表示数字波束天线的位置点P₀；

步骤二、将信号源和数字波束天线在地心大地坐标系的位置坐标(α₁,δ₁,h₁),…,(α_n,δ_n,h_n)和(α₀,δ₀,h₀)转换为地心空间直角坐标系中的位置坐标(x₁,y₁,z₁),…,(x_n,y_n,z_n)和(x₀,y₀,z₀)；

步骤三、将地心空间直角坐标系中的位置坐标(x₁,y₁,z₁),…,(x_n,y_n,z_n)和(x₀,y₀,z₀)转换为地心空间直角坐标系中的位置矢量a₁,…,a_n，位置矢量a₁,…,a_n的指向分别为由P₀指向P₁,…,P_n；

步骤四、将地心空间直角坐标系中的位置矢量a₁,…,a_n转换为站心地平坐标系中的位置矢量b₁,…,b_n；

步骤五、将位置矢量b₁,…,b_n转换为站心地平坐标系中的来波方向角其中θ′表示俯仰角，表示方位角，下标1,…,n表示对应的位置矢量b₁,…,b_n；

步骤六、使用经纬仪获取数字波束天线相对于站心地平坐标系的俯仰角A和方位角B；

步骤七、根据来波方向角和俯仰角A、方位角B得到相对于数字波束天线的实际来波方向角

步骤八、获取数字波束天线DOA模块的估计来波方向角度遥测值

步骤九、将实际来波方向角与数字波束天线DOA模块得到估计来波方向角进行比较，得出数字波束天线DOA模块的角估计误差Δ₁,…,Δ_n，来判断数字波束天线DOA模块的估计来波方向角是否准确。

2.根据权利要求1所述的确定卫星数字波束天线来波方向的方法，其特征在于，所述步骤二包括以下步骤：

步骤二十一、将各(α,δ,h)转换为球坐标的表达式(r′,α′,δ′)；其中α′＝α，cotδ′＝(1-f)²tanδ，

步骤二十二、利用球坐标和直角坐标系的转换关系x＝r′sinδ′cosα′；y＝r′sinδ′sinα′；z＝r′cosδ′，分别计算出(x₁,y₁,z₁),…,(x_n,y_n,z_n)和(x₀,y₀,z₀)，扁率f＝1/298.257。

3.根据权利要求2所述的确定卫星数字波束天线来波方向的方法，其特征在于，所述步骤四通过欧拉角转动的形式转换至站心地平坐标系，其转换顺序为Z-Y-Z，角度分别为Z轴α′，Y轴-(90°-δ′)，Z轴0，其转换关系为：

4.一种确定卫星数字波束天线来波方向的装置，其特征在于，包括包含测试塔、数字波束天线、数字波束天线DOA模块、信号源、北斗/GPS终端、经纬仪；

所述测试塔：用于架高数字波束天线，以避免地表反射信号的影响；

所述数字波束天线：用于接收信号源发射的信号；

所述数字波束天线DOA模块：用于对数字波束天线接收的信号进行处理，输出估计来波方向角度遥测值；

所述信号源：用于发射测试信号；

所述北斗/GPS终端：用于获取所在位置的北斗/GPS定位数据；

所述经纬仪：用于测量数字波束天线的方位角和俯仰角；

利用所述北斗/GPS终端获取到所在位置的北斗/GPS定位数据经过坐标转换和计算得到来波方向角；利用所述经纬仪测量数字波束天线的方位角和俯仰角；根据来波方向角和数字波束天线的俯仰角、方位角通过欧拉角转动的形式转换到得到相对于数字波束天线的实际来波方向角；利用所述信号源发射测试信号，架设在所述测试塔上的所述数字波束天线接收信号源发射的信号，后送给所述数字波束天线DOA模块对数字波束天线接收的信号进行处理，输出估计来波方向角度遥测值；将实际来波方向角与数字波束天线DOA模块得到估计来波方向角进行比较，来判断数字波束天线DOA模块的估计来波方向角是否准确。