[发明专利]适用于地面测站天线对卫星指向的坐标转换方法

说明书

本发明提供了一种适用于地面测站天线对卫星指向的坐标转换方法，通过给定目标时刻和地面测站天线的地理位置信息，计算得到惯性系到地固系的转换矩阵和地固系到站心系的转换矩阵，用于地面测站天线对卫星指向相关的坐标转换计算。本发明不依赖于仿真软件或过多假设内容，对地球实际在轨运行的因素考虑比较全面，有效解决了地面测站天线对卫星指向控制相关坐标系转换的计算问题，而且达到了比较高的转换精度。

技术领域

本发明涉及卫星轨道控制及计算领域，具体地，涉及一种适用于地面测站天线对卫星指向的坐标转换方法。

背景技术

由于卫星信号微弱而且方向性强，为了捕获运动卫星上的通讯信号，必须实时调整天线姿态与卫星的位置偏差以满足通讯需求，因而对天线的跟踪和搜索能力提出了越来越高的要求。这就要求雷达天线必须要根据指令调整指向，实时跟踪运动目标。因此，雷达天线指向过程的动态精度已经成为天线系统功能的重要指标之一，设计高精度的计算方法对天线指向过程相关坐标系之间的转换关系进行计算具有普遍的实用意义。

国内现有的星地指向算法研究，大多集中于地面测站位置固定的情况下，在卫星本体坐标系下，进行卫星对地面测站指向的优化设计，而对于地面测站天线对卫星的指向导引的研究较少。本发明针对这一实际情况，提出一种适用于地面测站天线对卫星指向的坐标转换方法，完成天线指向过程相关坐标系之间的转换关系的计算。

专利“一种数传天线指向角度的仿真分析方法”(专利号：CN105184002A)介绍了一种计算星载数传天线对地面站指向的方法，此方法通过已有的卫星轨道仿真软件STK对卫星的实际位置进行仿真求解，并计算数传天线的二维指向角。该专利的不足在于对坐标系转换的描述比较简略，没有给出转换矩阵的算法。本发明的优势在于设计了一套相关坐标系转换矩阵的详细计算流程。

文献“卫星锐波束天线指向算法及仿真”(见《中国空间科学技术》，2008年，2期)介绍了一种卫星星载锐波束天线对地表目标点指向的算法，该方法的不足之处在于，在坐标系转换的过程中忽略的影响因素较多，没有考虑类似岁差、章动等影响，指向精度较低。本发明对这些可能误差因素造成的影响进行了公式推导，使坐标系转换过程更为精确。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于地面测站天线对卫星指向的坐标转换方法。

根据本发明提供的一种适用于地面测站天线对卫星指向的坐标转换方法，通过给定目标时刻和地面测站天线的地理位置信息，计算得到惯性系到地固系的转换矩阵和地固系到站心系的转换矩阵，用于地面测站天线对卫星指向相关的坐标转换计算。

优选地，包括如下步骤：

目标时刻秒计数值计算步骤：根据给定的目标时刻t₁，计算历元J2000.0至给定目标时刻的秒计数值t_c；

惯性系到地固系转换矩阵计算步骤：根据所述计算出的历元J2000.0至给定目标时刻的秒计数值t_c，计算t₁时刻惯性系到地固系的转换矩阵M_ECI2ECF；

地固系到站心系转换矩阵计算步骤：根据给定的地面测站天线的经纬度，计算地固系到站心系的转换矩阵M_ECF2CT；

优选地，所述目标时刻秒计数值计算步骤中的计算历元J2000.0至给定目标时刻的秒计数值t_c的方法如下：

给定目标时刻t₁，计算历元J2000.0至给定目标时刻的秒计数值t_c，输入t₁时刻的年year、月month、日day、时hour、分min、秒sec，计算儒略日JD：

其中，floor()为向下取整运算；