[发明专利]舰船载卫星通信天线受遮挡航向的预测方法

权利要求书

1.一种舰船载卫星通信天线受遮挡航向的预测方法，其特征在于，

步骤一、根据舰船实际结构，建立舰船平台几何模型：

作一条平面垂直于卫星通信天线与障碍物轴线的连线，将障碍物在该平面上投影，得到障碍物的等效高度h与二分之一等效宽度w，并以卫星通信天线位置为基准，得出障碍物轴线相对与卫星通信天线的舷角Q₀、距离l与高度差Δh；多障碍物时，每个障碍物分别考虑，对于不规则障碍物，看作是多个障碍物的组合；其中，h、w、l和Δh的单位为米，Q₀的单位为度；

步骤二、基于第一菲涅尔区特性，计算第一菲涅尔半径：

利用步骤一中的数据进行近似计算，见公式(1)：

其中，F₁为第一菲涅尔半径，单位为米；c为光速，单位为米/秒；f为通信频率，单位为赫兹；

步骤三、分析障碍物边缘的遮挡情况，计算水平调整距离x与竖直调整距离y的函数关系：

设当第一菲涅尔区仅受障碍物上边缘遮挡时，波束中心到障碍物上边缘距离为d₁，到侧边缘距离为d₂，则得到x与y的在对称点左侧的函数关系，见公式(2)；其中，x、y、d₁和d₂的单位为米；

根据对称性求出x与y的在对称点右侧的函数关系，对称轴的表达式见公式(3)：

y＝d₁+d₂-x (3)

步骤四、利用卫星通信天线遮挡区域算法，计算遮挡舷角Q与卫星通信天线最小仰角θ_min的函数关系：

Q和θ_min的单位为弧度，最小仰角θ_min与遮挡舷角Q的函数关系：

其中，式(4)中参数y的计算见公式(5)：

步骤五、根据当前舰船位置、航向、航速参数，计算预测舰船位置：

设当前舰船位置坐标当前航向A(t)、航速v(t)均随时间变化，则经过时间t后，预测舰船位置坐标为分别见公式(6)和公式(7)；其中，A(t)的单位为度；v(t)的单位为节；t的单位为小时；

其中，北半球取+，南半球取-；

其中，东半球取+，西半球取-；

步骤六、根据预测舰船位置的海况信息，得出舰船晃动角度，修正最小仰角计算结果：

获取预测舰船位置的海况信息，对船体晃动进行量化分析，设沿卫星通信天线与障碍物轴线连线方向为参考方向，将船体晃动分解为沿参考方向与垂直参考方向，沿参考方向晃动的最大角度为μ₁，沿垂直参考方向晃动的最大角度为μ₂，μ₁和μ₂的单位为度；最小仰角的修正值Δθ_min和遮挡舷角的修正值ΔQ分别见公式(8)和公式(9)；

Δθ_min＝μ₁ (8)

船体晃动条件下最小仰角θ'_min与遮挡舷角Q'，θ'_min和Q'的单位为度；将修正值和ΔQ带入步骤四中的式(4)，令θ'_min＝θ_min+Δθ_min，令|Q'-Q₀|＝|Q-Q₀|+ΔQ，从而得到θ'_min与Q'的函数关系：

步骤七、计算预测舰船位置的卫星通信天线仰角与方位角：

在与定点经度λ₀的卫星进行通信时，利用公式(11)和公式(12)计算方位角A与卫星通信天线仰角θ；

其中，r＝6378.1km为地球半径，R为通信卫星轨道半径；λ₀、A和θ的单位为度；

步骤八、预测遮挡的航向：

当时，舰船卫星通信天线不会受遮挡影响；当时，舰船卫星通信天线会受到遮挡，此时遮挡舷角满足关系式可通过式(13)和式(14)分别求得Q'的门限值为Q'_min，Q'_max；

则此时遮挡舷角Q'的范围为(Q'_min,Q'_max)；通过公式C＝A-Q'，可计算得到舰船卫星通信天线受遮挡的预测航向C，C的范围为(A-Q'_max,A-Q'_min)。