[发明专利]无源相控阵天线波束控制算法

权利要求书

1.一种无源相控阵天线波束控制算法，其特征在于，包括步骤：

步骤1：将用户星在WGS-84坐标系下的位置、速度信息转换为J2000.0地心惯性系下的用户星位置、速度信息；

步骤2：利用J2000.0地心惯性坐标系下用户星和中继星的位置信息计算波束指向角。

2.如权利要求1所述的无源相控阵天线波束控制算法，其特征在于，步骤1包括：

步骤11：将用户星在WGS-84坐标系下的三维位置信息、三维速度信息通过极移矩阵转化到准地固坐标系下；

步骤12：将用户星在准地固坐标系下的三维位置信息、三维速度信息通过地球自转矩阵转化到瞬时真赤道地心系；

步骤13：将用户星载瞬时真赤道地心系下的三维位置信息、三维速度信息通过章动矩阵转化到瞬时平赤道地心系；

步骤14：将用户星载瞬时平赤道地心系下的三维位置信息、三维速度信息通过岁差矩阵转化到J2000.0地心惯性系。

3.如权利要求1所述的无源相控阵天线波束控制算法，其特征在于，步骤2包括：

步骤21：将用户星在J2000.0地心惯性系下的三维位置信息、三维速度信息转换到用户星轨道坐标系；

步骤22：将用户星载轨道坐标系下的三维位置信息、三维速度信息转换到用户星本体坐标系；

步骤23：将用户星在用户星本体坐标系下的三维位置、三维速度信息转换到用户星天线坐标系；

步骤24：在用户星天线坐标系下计算相控阵天线波束指向角，实现天线波束控制。

4.如权利要求2所述的无源相控阵天线波束控制算法，其特征在于，所述极移矩阵，其计算公式为：EP＝R_y(-x)·R_x(-y)，式中x，y为IERS公报所提供的天文历书极(CEP)相对于IERS参考极的坐标。

5.如权利要求2所述的无源相控阵天线波束控制算法，其特征在于，所述地球自转矩阵，其计算公式为：式中，为格林尼治真恒星时，Δψ为黄经章动，ε₀为平黄赤交角，Δε为交角章动。

6.如权利要求2所述的无源相控阵天线波束控制算法，其特征在于，所述章动矩阵NR，NR^T为章动矩阵的逆矩阵，其计算公式为：

NR^T＝R_x(-ε₀)·R_z(Δψ)·R_x(ε)，式中，R_x(ε)表示绕x轴旋转ε。

7.如权利要求3所述的无源相控阵天线波束控制算法，其特征在于，所述步骤21的具体方法为：

设J2000.0惯性系下用户星到中继星的指向矢量为用户星轨道坐标系下的指向矢量为则有：

转换矩阵R_YH采用矢量相乘的方法，R_YH计算如下：

其中为用户星在J2000.0惯性系下速度矢量，x_s,y_s,z_s为用户星在J2000.0惯性系下位置矢量。

8.如权利要求3所述的无源相控阵天线波束控制算法，其特征在于，所述步骤22的具体方法为：

设用户星到中继星的指向矢量在用户星本体坐标系为则

其中，R_Z(ψ)表示绕Z轴旋转ψ、表示绕X轴旋转R_Y(θ)表示绕Y轴旋转θ；ψ、θ分别表示用户星偏航角、滚动角、俯仰角。

9.如权利要求3所述的无源相控阵天线波束控制算法，其特征在于，所述步骤23的具体方法为：

天线本体坐标系与用户星本体坐标系的关系主要取决于天线在卫星上的安装方式；假设天线本体坐标系Z轴指向用户星本体坐标系-Z轴方向，天线本体坐标系X轴指向用户星本体坐标系-X轴方向，天线本体坐标系Y轴指向用户星本体坐标系Y轴方向；设天线本体坐标系下用户星到中继星指向矢量为则有

10.如权利要求3所述的无源相控阵天线波束控制算法，其特征在于，所述步骤24的具体方法为：

设天线本体坐标系下用户星到中继星指向矢量为与天线本体坐标系Z轴的夹角为在XOY面的投影与X轴的夹角为λ，则和λ可表示为：