[发明专利]一种双天线无固定对地指向卫星的天线在轨自主管理方法

说明书

本发明涉及一种双天线无固定对地指向卫星的天线在轨自主管理方法：超前于卫星经过地面接收站可见弧段入境时刻第一预设时间段对应的时刻，控制卫星停止姿态扫描，并将卫星姿态保持在停止扫描时刻的惯性三轴指向，之后，根据在轨自主实时预估的滞后于当前时刻第一预设时间段对应的时刻时天线指向与卫星质心‑地面接收站连线的夹角信息和预设的准当班天线确定准则选择并记录准当班数传天线通道；当在卫星进入指定的地面接收站可见弧段内后，根据未来第一预设时间段内准当班数传天线通道记录，确定当班数传天线通道和对应数传弧段并进行对地数传，直到卫星离开地面接收站可见弧段。随后自动控制卫星恢复姿态扫描。

技术领域

本发明涉及卫星数传天线在轨自主优选和实施方法，适用于各种轨道、多种姿态控制模式下的无固定对地指向卫星的对地数传，尤其适合对宇宙任意空间进行惯性观测的中低轨空间科学卫星的对地数传。

背景技术

卫星对地数传的主要任务是在卫星进入地面数据站接收范围(可见弧段)时，将根据要求处理后的载荷和平台数据经射频调制后，送行波管组件放大，并通过数传天线下传地面数据站。在卫星出地面数据站接收范围后，停止向地面发送数据。因此需要卫星过地面数据站时，星上数传天线波束指向处于地面数据接收天线的跟踪接收范围之内。

目前的在轨卫星的对地数传基本都是由一副天线完成。如遥感、通讯等传统对地定向或对地侧摆卫星，有固定对地面，可通过数传天线对地面安装结合天线指向摆动控制、加大天线波速角度或机动至专门对地数传姿态的方式实现星上数传天线波束指向地面接收跟踪范围内。而其他非固定对地指向卫星，如某些科学观测卫星，则通常是通过中断主任务并机动至专门对地数传姿态实现。

但是对于有连续观测或监视需求的任意指向卫星或同时具有多种不同姿态控制指向模式的卫星，一方面难以找到固定的对地方向，另一方面又不允许中途偏离观测姿态进行专门的对地数传，星上就必须要通过多副天线联合使用实现全空间的数传天线波束覆盖。

而在对地数传的具体实施方面，目前的在轨卫星基本都是通过地面上注数传通道开关机时间来完成对地数据传输工作。且由于只使用一副数传天线即可实现天线波束对地面接收范围的指向，通常数传通道开关机时间即为卫星进出地面接收站可见弧段的时间，地面控制容易。

但对于多副数传天线联合实现波束覆盖的情况，同一时间只能有一副天线通道工作，且天线波束的对地指向与卫星当时的姿态直接相关，因此对地数传具体实施时必须要根据卫星姿态和天线的安装方向计算天线波束的对地指向，并从多副天线中选出对地条件较好的作为当班天线使用。而对于惯性指向等非对地指向卫星，卫星在一次过境弧段内的对地姿态也一直在变化，因此一次过境期间同一天线的波束并不一定一直处于地面接收跟踪范围内，有可能会出现当班天线的切换。以两副半空间覆盖的数传天线组合方法为例，根据理论分析和仿真计算，一次过境期间最多可能出现两次天线切换。在这种情况下，对地数传的实施控制，不但需要优选当班天线，还要准确计算出当班天线的开关机时间(过境弧段内天线波束进出地面接收跟踪范围的时间)和天线切换的时间。而对于地面控制实施来说，至少要提前一轨完成精确预计和指令上注，长期运营难度和工作量较大。

尤其是对于星上姿态在轨通过自主确定并控制，且在一种姿态控制模式下卫星定向轴变化或定向轴自旋方向会变化的惯性指向不定的卫星，地面很难通过提前几轨的卫星姿态遥测数据精确推算出满足天线波束地面接收跟踪精度要求的对地姿态和过境姿态变化过程，可能会导致数传数据丢失。而提前几轨停止姿态扫描的方式又会损失大量的观测时间。

在上述情况下，针对无固定对地指向卫星，需要天线在轨自主管理方法来优选数传天线进行数传。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，针对无固定对地指向卫星，提出一种双数传天线在轨自主管理方法，使卫星在任意指向的观测/监视任务工作状态下在轨自主完成数据及时有效下传。