[发明专利]基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法

说明书

本发明公开了一种基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法，具体为：星上标校波束形成设备生成标校波束并发送至地面标校站，地面标校站分别测量各标校波束的信号功率，计算滚动方向和俯仰方向的偏离误差角度和俯仰角和滚动角转移因子，得到俯仰方向和滚动方向的角度补偿量，并发送至控制中心，控制中心判断补偿量是否大于调整阈值，若大于，则将角度补偿量传输至卫星测控站进行卫星姿态调整，进行新一轮标校流程。本发明的优点为：通过设计交叉幅角转移函数，将二维幅角转移曲线拓展为三维幅角转移曲面，准确精细建模标校信号功率和滚动、俯仰指向误差关系，能够显著提高指向误差测量精度。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法。

背景技术

GEO卫星通常部署在小倾角轨道，卫星在轨运行时的对地运动，将造成波束指向漂移和时频基准抖动等问题，从而影响卫星波束的平稳性，此外，卫星受由太阳辐射压力、地球磁场不均等因素影响，将造成在轨姿态漂移，影响星地通信质量，因此必须进行波束标校以调整卫星姿态。传统的星地一体波束标校通常使用比幅测向方法实现，其测量和计算过程中没有考虑一个方向的指向偏差对另一方向幅角转移系数的影响，导致测量误差的精度难以提高。如何综合、全面考虑卫星天线波束的俯仰和滚动方向指向偏差对标校信号功率的影响，构建准确精细的标校信号功率和滚动、俯仰指向误差关系模型，提高波束标校精度，是亟待解决的重要问题。

中国专利ZL202011068368.3中公开了一种星地一体化的高精度卫星多波束标校方法，能够有效分析多波束指向标校误差，但未考虑俯仰方向和滚动方向指向偏移相互之间的影响。

发明内容

针对如何综合、全面考虑俯仰和滚动方向指向偏差对标校信号功率的影响，提高波束标校精度的问题，本发明公开了一种基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法，卫星通信系统利用星上标校波束形成设备、地面标校站、控制中心和卫星测控站实现卫星天线波束指向的标校，该方法具体包括：

S1，星上标校波束形成设备生成南向、北向、西向、东向四个标校波束，分别记为S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束，使卫星与该四个标校波束的等功率交叠点的连线指向，即等功率交叠点指向，为地面标校站，S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束的覆盖范围分别位于地面标校站的南侧、北侧、西侧、东侧；

S2，地面标校站分别测量S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束的信号功率，t时刻地面标校站对各标校波束的接收信号功率分别记为P_S(t)、P_N(t)、P_W(t)、P_E(t)；

S3，地面标校站利用比幅测向法计算等功率交叠点指向在卫星天线波束的滚动方向和俯仰方向上的偏离误差角度θ_roll(t)和θ_pitch(t)，其中，所述的滚动方向上的偏离误差角度的计算公式为：

其中，k_roll为滚动方向幅角转移系数；所述的俯仰方向上的偏离误差角度计算方式为：

其中，k_pitch为俯仰方向幅角转移系数；

S4，地面标校站利用交叉幅角转移函数分别计算俯仰方向和滚动方向的交叉幅角转移系数，得到俯仰方向和滚动方向的角度偏离量；

对不同滚动方向和俯仰方向的偏离角度位置上的标校波束信号功率进行密集采样，得到4个标校波束信号的功率分布，记为Q_i(φ_roll,φ_pitch)，其中φ_roll和φ_pitch分别为滚动方向和俯仰方向的偏离角度，i＝1,2,3,4，分别对应S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束；