[发明专利]一种在轨复杂环境下卫星通信链路分析方法

说明书

一种在轨复杂环境下卫星通信链路分析方法，综合考虑卫星姿态与轨道、结构布局构形及部件转动机构、载荷天线遮挡、数传天线遮挡、EMC设计、星地通信链路参数，测控天线设计及选型等，构建出精确地卫星模型，设计出一种在轨复杂环境下卫星通信链路分析的方法，并利用实测星体环境下测控天线方向图信息，通过此方法仿真得出定量化、精细化的测控弧段覆盖特性，可以优化卫星构形布局、测控数传系统性能改进、用户在轨工作模式和使用策略设计，最大程度的利用测控弧段，进行上行应急控制或者下行遥测监视，对整星的安全性尤为重要。

技术领域

本发明涉及一种在轨复杂环境下卫星通信链路分析方法，本发明涉及对地传输型遥感卫星在轨复杂条件下测控数传通信链路分析方法，尤其适用于以大摆角侧飞为正常工作状态，且对地面物理和射频环境复杂的遥感卫星，属于在轨卫星通信领域。

背景技术

对地传输型遥感卫星由平台系统、遥感器和数据传输发送设备组成，其中遥感信息的获取能力主要由遥感器性能和轨道参数决定，同时受卫星平台的供电、热设计、数据传输能力等限制，其中在飞行姿态变化以及天线视场遮挡等复杂条件下，测控数传天线的覆盖能力更是直接影响卫星最终的应用效能。

传统的通信链路分析方法较为简单，通常只考虑卫星表面结构布局，天线遮挡情况等因素，反映到STK分析模型中，确定天线可视范围，便大致确定测控数传弧段信息。

随着传输遥感卫星在轨应用任务需求增加，卫星逐渐向高机动性、大角度侧摆、大天线、大挠性展开臂、高增益小型点波束数传天线等方向发展，使得卫星通信链路设计难度越来越大，主要表现在：(1)卫星构形布局尤为复杂，星体对地面需布局多幅天线和遥感器等，导致测控天线视场范围往往受限；(2)大角度侧摆工作模式下，常需要测控天线利用腰部区域对地通信，导致天线增益方向图恶化严重；(3)新型遥感卫星数传天线波束不同于传统遥感卫星采用的地球匹配赋形波束，而是采用小型化高机动高增益点波束天线，为了准确无误的跟踪地面站，传输有效载荷数据，对测控弧段信息精度有了更高的要求；(4)需要根据RM星实测天线方向图增益信息以及极化信息、雨衰信息和整星EMC要求等综合模拟分析整个大系统通信链路。对这类复杂条件下的通信链路特性进行定量化和精细化的分析涉及到卫星姿态与轨道、结构布局及部件机构、卫星通信与天线设计、卫星综合测试、数学建模分析等多学科，仅靠传统分析方法不能解决，需要研究新的在轨复杂条件下通信链路分析方法进行解决。

我国在轨某卫星长期处于大角度侧摆工作模式，以获取大宽幅、多谱段、多极化、高分辨率的影像信息。大角度侧摆工作模式下，需要测控天线常利用腰部区域对地通信，使得天线增益方向图恶化，存在不完全备份情况。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，基于卫星总体设计理论，提出了一种复杂条件下卫星测控和数据传输链路覆盖能力分析方法，依据卫星任务需求及相应的设计输入，研发新的综合性仿真分析软件，(1)通过仿真软件建立精确地仿真系统模型综合考虑了卫星的结构布局和EMC设计的影响因素，卫星仿真系统模型上包含SAR天线、2副数传天线、GPS天线；(2)通过仿真软件建立精确地仿真系统模型，综合考虑轨道设计，卫星大角度侧摆工作，精确的分析出在大角度侧摆工作模式下，测控天线利用腰部区域对地通信的覆盖弧段，可以评估出导致天线增益方向图恶化严重的程度，(3)通过仿真软件建立精确地仿真系统模型，可以精度的仿真出测控弧段在任意系统余量的前提下测控弧段覆盖信息，时间精度可以覆盖到1秒内，可以最大程度的利用测控弧段，并保障小型化高机动高增益点波束数传天线，准确无误的跟踪地面站，传输有效载荷数据，(4)通过仿真软件建立精确地仿真系统模型，利用RM星实测的测控天线方向图增益信息以及极化信息、雨衰信息，更加准确的模拟仿真出真实的在轨链路情况，以便于获取卫星在轨星地测控数传弧段定量化、精细化的覆盖特性。为卫星在轨工作模式和使用策略的确定、星表各天线构型布局和整星EMC设计、地面测控系统以及用户使用需求满足程度的评估等，提供定量化的论证依据，保证卫星在轨正常稳定运行。该发明填补现有技术的空白。