[发明专利]一种基于瞬时惯性系下速度补偿的星载天线对地指向确定方法

权利要求书

1.一种基于瞬时惯性系下速度补偿的星载天线对地指向确定方法，其特征在于步骤如下：

(1)利用WGS-84参考系下卫星位置坐标和地球自转角速度修正WGS-84参考系下卫星速度，得到瞬时地心惯性坐标系下卫星速度矢量；

(2)利用卫星位置坐标和由步骤(1)修正后的卫星速度矢量，确定瞬时地心惯性坐标系下天线本体坐标系三轴的单位矢量；

(3)利用地面目标经纬高数据计算其在瞬时地心惯性坐标系下位置坐标；

(4)根据卫星位置坐标和步骤(3)获得的地面目标位置坐标计算卫星指向地面目标的矢量；

(5)利用步骤(4)获得的卫星指向地面目标矢量与步骤(2)获得的天线+Z轴单位矢量的点乘关系计算天线波束指向中心角；

(6)将步骤(4)获得的卫星指向地面目标矢量分别投影到由步骤(2)获得的天线X轴和Y轴单位矢量方向上，根据投影值几何关系计算天线波束指向方位角；

所述步骤(1)中对WGS-84参考系下卫星速度矢量(v_x,v_y,v_z)做如下修正，得到瞬时地心惯性坐标系下卫星速度矢量(v′_x,v′_y,v′_z)：

v′_x＝v_x-ω_e·p_y

v′_y＝v_y+ω_e·p_x

v′_z＝v_z

其中，ω_e为地球自转角速度；p_x和p_y分别为卫星位置在WGS-84参考系下X轴和Y轴坐标值；v_x、v_y、v_z分别为卫星速度在WGS-84参考系下X、Y、Z轴坐标分量，v′_x、v′_y、v′_z分别为卫星速度在瞬时地心惯性坐标系下X、Y、Z轴坐标分量；

所述步骤(2)中确定瞬时地心惯性坐标系下天线本体坐标系各轴单位矢量的具体算法如下：

Ya＝(Za_x,Za_y,Za_z)×(v′_x,v′_y,v′_z)

＝(Za_y·v′_z-Za_z·v′_y,Za_z·v′_x-Za_x·v′_z,Za_x·v′_y-Za_y·v′_x)

其中，p_z为卫星位置在WGS-84参考系下Z轴坐标值；在卫星相对卫星轨道坐标系无姿态转动，天线本体坐标系安装与卫星本体坐标系重合时，为天线本体坐标系X轴单位矢量，Ya为沿天线本体坐标系Y轴方向矢量，为天线本体坐标系Y轴单位矢量，为天线本体坐标系Z轴单位矢量；Xa_x、Xa_y、Xa_z分别表示矢量在瞬时地心惯性坐标系下X、Y、Z轴投影分量；Ya_x、Ya_y、Ya_z分别表示矢量在瞬时地心惯性坐标系下X、Y、Z轴投影分量；Za_x、Za_y、Za_z分别表示矢量在瞬时地心惯性坐标系下X、Y、Z轴投影分量；

所述步骤(3)中计算地面目标在瞬时地心惯性坐标系下位置坐标的算法如下：

s_x＝(N+h)·cos(B)·cos(L)

s_y＝(N+h)·cos(B)·sin(L)

s_z＝[N·(1-e²)+h]·sin(B)

其中，L、B、h分别表示地面目标的经度、纬度、高度值；s_x、s_y、s_z分别为地面目标在瞬时地心惯性坐标系下X、Y、Z轴位置坐标；N为卯酉圈曲率半径；a为地球赤道半径；e²为地球偏心率平方；

所述步骤(4)中计算卫星指向地面目标矢量的算法如下：

F＝(s_x-p_x,s_y-p_y,s_z-p_z)＝(F_x,F_y,F_z)

其中，F表示卫星指向地面目标矢量，F_x、F_y、F_z分别为矢量F在瞬时地心惯性坐标系下X、Y、Z轴投影分量；

所述步骤(5)中计算天线波束指向中心角θ的算法如下：

所述步骤(6)中计算天线波束指向方位角φ的算法如下：

将矢量F分别投影到天线本体坐标系X轴和Y轴上，得投影值FXa和FYa；

再由投影值FXa和FYa计算出天线指向方位角