[发明专利]一种卫星星载天线布局的优化方法

说明书

本发明提供一种卫星星载天线布局的优化方法，首先设置星载天线的初始安装角度，以及最大迭代次数，然后根据初始安装角度，计算损失函数，并判断是否达到收敛条件，若未达到收敛条件，则根据设置的初始步长，迭代更新星载天线的安装角度，并根据更新后的安装角度，再次计算损失函数，并判断是否达到收敛条件，若未达到收敛条件，则继续进行迭代，直至达到最大迭代次数或达到收敛条件。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种卫星星载天线布局的优化方法。

背景技术

对于基于全电推平台的高轨卫星，其需要依靠自身电推进完成GTO轨道至GEO轨道的变轨和入轨全过程。但由于电推进推力小，卫星入轨时间通常长达数月，对地测控指向难以保证，因此，为保证电推进变轨推力指向和能源需求，需要依靠天基测控网完成轨道转移任务。

对于天基测控网而言，为保证其准确性，卫星星载天线的布局至关重要。目前常见的卫星星载天线布局方法包括，首先基于卫星工具包(Satellite Tool Kit，STK)的卫星任务仿真系统对星载天线安装角度进行可行性分析，然后结合可行性分析结果及历史经验，进行天线布局。然而，基于STK的仿真结果通常与实际相差较大，而卫星星载天线布局若不能满足任务要求，则需通过增加星载天线数量或更改天线设计等手段进行补偿，造成宝贵的星载资源浪费和巨大的成本开销，甚至影响任务成败。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明提供一种卫星星载天线布局的优化方法，包括：

设置初始化值，包括星载天线的初始安装角度，以及最大迭代次数；

根据所述初始安装角度，计算损失函数，并判断是否达到收敛条件；

若未达到收敛条件，则根据设置的初始步长，更新星载天线的安装角度，进行迭代；

根据更新后的安装角度，计算损失函数，并判断是否达到收敛条件；以及

若未达到收敛条件，则再次迭代，直至达到最大迭代次数或达到收敛条件。

进一步地，所述损失函数等于卫星入轨总时长减去目的卫星的可见时长，其中，所述目的卫星指建立星间链路的目标。

进一步地，所述目的卫星的可见时长指满足如下条件的时间总长：

地心到卫星与目的卫星之间连线的距离大于地球半径；且

目的卫星接收机入口电平大于所述目的卫星应答机的接受门限值。

进一步地，所述卫星接收机入口电平根据目的卫星星载天线指向矢量、卫星星载天线指向矢量、以及卫星与目的卫星之间的相对位置确定。

进一步地，所述收敛条件为损失函数梯度小于预设数值。

进一步地，每次迭代采用的步长不同。

进一步地，所述步长根据最小均方自适应算法(LMSprop)计算得到。

本发明提供一种卫星星载天线布局的优化方法，其在已知卫星轨道和姿态条件下，提供计算星间链路性能，并以星间链路总建链时间最长为目标，使用梯度下降算法确定星载天线的最优布局。本发明基于发明人的如下洞察：卫星在变轨、入轨过程中，难以保证对地测控指向，需要依靠天基测控网完成轨道转移任务，因此，轨道转移过程与天基测控卫星的建链时长对任务成败有着决定性的影响。所述建链时长取决于卫星对目的卫星的可见时长，因此，在本发明中，综合考虑了链路损耗情况，通过链路损耗计算，选取链路余量较小的单向链路的计算作为衡量链路性能以及是否可见的标准，并最终进行迭代收敛，以获取最优布局。经验证，所述方法适用于单目标性及多目标性情况，收敛快，且优化后在早期轨道段建链时长有显著提高。

附图说明