[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

说明书

本发明公开了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。以卫星当前时刻WGS‑84参考系下位置、速度信息和地面目标经纬高数据为输入，修正卫星速度，在瞬时惯性坐标系下利用矢量间几何关系快速计算卫星天线波束对地面目标的指向角度。相比传统方法，避免了计算过程中进行地球固联坐标系到J2000惯性系的坐标转换，从而不用进行儒略时计算，不考虑地球岁差、章动和极移的影响，算法简单，易于实现，能有效降低指向算法的计算量，且指向角精度高。

技术领域

本发明涉及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，属于天线控制技术领域。

背景技术

窄波束和点波束星载天线用于对地面目标通信时，具有高增益、低功耗的优点，但要求天线控制系统具有对地面目标的快速跟踪和精确指向能力，以保证传输链路的畅通。尤其对具有自主计算波束指向功能的相控阵天线，波束控制部分需根据星上导航数据和地面目标位置信息计算对地指向角度，得出当前波束指向所需的各通道馈电相位，进行量化处理形成波束控制码，控制射频组件动作，从而实现天线波束对地面目标的指向跟踪。对于波束控制部分来说计算处理任务量大，因此指向算法要在保证计算精度的前提下不能复杂繁琐，占用过多天线波控计算资源。

传统的星载天线对地指向算法需要将卫星当前轨道根数(或GPS数据)和地面目标位置信息转换到J2000惯性坐标系下计算卫星指向矢量，然后再将该矢量转换到卫星轨道坐标系以确定天线波束对地指向。计算过程中需要解算当前时刻儒略时，考虑地球运动岁差、章动和极移的影响，确定坐标转换矩阵，并进行多次坐标转换，计算复杂，计算量大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供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，根据当前时刻卫星导航系统提供的GPS数据，即WGS-84参考系下卫星位置、速度信息，和地面目标经纬高数据，快速计算卫星天线波束对地面目标的指向角度，避免了地球岁差、章动和极移的影响，算法简单，易于实现，有效降低了星载计算设备的负担，且指向角精度高。

本发明的技术方案是：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，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