[发明专利]一种基于多波束相控阵天线的卫星自动跟踪系统

权利要求书

1.一种基于多波束相控阵天线的卫星自动跟踪系统，其特征在于，所述系统包括天线端和控制端；所述天线端为半球形多波束相控阵天线，其中所述半球形多波束相控阵天线在球形表面安装有天线阵元，以合成多波束天线接收卫星信号，并由内部的波束控制器根据控制端发送的控制指令控制天线的各个波束指向，从而对准卫星；

其中所述控制端采用轨道外推模型对卫星位置进行预测，结合地面天线位置计算出天线俯仰角和方位角，包括下列步骤：

轨道外推模型利用HPOP模型对指定时间内的卫星轨道进行外推，输出卫星在指定时间处于地心坐标系的位置(x1,y1,z1)；

GPS获取地面天线的经纬度以及海拔高度后，计算模块将该天线位置换算到地心坐标系(x2,y2,z2)；

按照如下公式通过坐标系中卫星和地面天线的位置关系，获得以正北方向为标准的方位角α以及俯仰角β：

以及

其中根据卫星姿态对上述角度进行修正，并将修正后的角度送入天线端以控制多波束相控阵天线的波束指向，包括下列步骤：

对天线方向计算模块计算出的俯仰角和方位角按照天线当前的航向角ψ、俯仰角θ和横滚角φ进行修正，其中：

航向角对天线方向角的校正公式为：

α_ψ＝α-ψ

β_ψ＝β；

航向角和横滚角对天线方向角的校正公式为：

β_ψφ＝arccos(-sinφcosβ_ψsinα_ψ+cosφcosβ_ψ)；

航向角、横滚角、俯仰角对天线方向角校正公式为：

β'＝β_ψφθ＝arccos(sinθsinβ_ψφcosα_ψφ+cosθcosβ_ψφ)，

最终获取的α’、β’即为最终天线的方位角和俯仰角；

由轨道外推模块对所有接收范围内的卫星的位置在一定时间内进行外推，并由卫星筛选模块持续计算这些位置相对天线的俯仰角，当俯仰角低于天线最低仰角时，记录此时的绝对时间，并且将卫星编号按照所述绝对时间从晚到早排序，根据多波束天线的最多波束个数，选择排名靠前的卫星进行跟踪。

2.如权利要求1所述的基于多波束相控阵天线的卫星自动跟踪系统，其特征在于，所述天线端配备有多通道信号处理模块。

3.如权利要求1所述的基于多波束相控阵天线的卫星自动跟踪系统，其特征在于，所述天线端还配备有三轴陀螺仪和GPS模块。

4.如权利要求1所述的基于多波束相控阵天线的卫星自动跟踪系统，其特征在于，所述控制端包括通讯模块、轨道外推模块、天线方向计算模块、天线方向校正模块、卫星筛选模块、和数据处理模块。