[发明专利]舰船载卫星通信天线受遮挡航向的预测方法

摘要

本发明属于卫星通信天线应用技术领域，涉及到一种舰船载卫星通信天线受遮挡航向的预测方法。该预测方法是根据舰船实际结构建立舰船平台几何模型，计算天线遮挡区域；依据海况信息，得出舰船横纵摇角度，对卫星通信天线遮挡区域算法进行修正；计算舰位卫星通信天线的仰角与方位角；通过数据对比预测卫星通信天线受遮挡的航向。本发明充分考虑了电波绕射对卫星通信天线遮挡的影响，并结合海上卫星通信特点，能够基于舰船平台障碍物对卫星通信天线遮挡区域的计算结果，准确预测舰船受遮挡航向，为舰船载卫星通信天线的设计、安装提供参考依据，为舰船航行中根据预测结果及时调整航向提供参考，为卫星通信天线伺服系统提供天线切换的辅助参数。

主权项

1.一种舰船载卫星通信天线受遮挡航向的预测方法，其特征在于，步骤一、根据舰船实际结构，建立舰船平台几何模型：作一条平面垂直于卫星通信天线与障碍物轴线的连线，将障碍物在该平面上投影，得到障碍物的等效高度h与二分之一等效宽度w，并以卫星通信天线位置为基准，得出障碍物轴线相对与卫星通信天线的舷角Q0、距离l与高度差Δh；多障碍物时，每个障碍物分别考虑，对于不规则障碍物，看作是多个障碍物的组合；其中，h、w、l和Δh的单位为米，Q0的单位为度；步骤二、基于第一菲涅尔区特性，计算第一菲涅尔半径：利用步骤一中的数据进行近似计算，见公式(1)：其中，F1为第一菲涅尔半径，单位为米；c为光速，单位为米/秒；f为通信频率，单位为赫兹；步骤三、分析障碍物边缘的遮挡情况，计算水平调整距离x与竖直调整距离y的函数关系：设当第一菲涅尔区仅受障碍物上边缘遮挡时，波束中心到障碍物上边缘距离为d1，到侧边缘距离为d2，则得到x与y的在对称点左侧的函数关系，见公式(2)；其中，x、y、d1和d2的单位为米；根据对称性求出x与y的在对称点右侧的函数关系，对称轴的表达式见公式(3)：y＝d1+d2‑x    (3)步骤四、利用卫星通信天线遮挡区域算法，计算遮挡舷角Q与卫星通信天线最小仰角θmin的函数关系：Q和θmin的单位为弧度，最小仰角θmin与遮挡舷角Q的函数关系：其中，式(4)中参数y的计算见公式(5)：步骤五、根据当前舰船位置、航向、航速参数，计算预测舰船位置：设当前舰船位置坐标当前航向A(t)、航速v(t)均随时间变化，则经过时间t后，预测舰船位置坐标为分别见公式(6)和公式(7)；其中，A(t)的单位为度；v(t)的单位为节；t的单位为小时；其中，北半球取+，南半球取‑；其中，东半球取+，西半球取‑；步骤六、根据预测舰船位置的海况信息，得出舰船晃动角度，修正最小仰角计算结果：获取预测舰船位置的海况信息，对船体晃动进行量化分析，设沿卫星通信天线与障碍物轴线连线方向为参考方向，将船体晃动分解为沿参考方向与垂直参考方向，沿参考方向晃动的最大角度为μ1，沿垂直参考方向晃动的最大角度为μ2，μ1和μ2的单位为度；最小仰角的修正值Δθmin和遮挡舷角的修正值ΔQ分别见公式(8)和公式(9)；Δθmin＝μ1    (8)船体晃动条件下最小仰角θ'_min与遮挡舷角Q'，θ'_min和Q'的单位为度；将修正值和ΔQ带入步骤四中的式(4)，令θ'_min＝θ_min+Δθ_min，令|Q'‑Q₀|＝|Q‑Q₀|+ΔQ，从而得到θ'_min与Q'的函数关系：步骤七、计算预测舰船位置的卫星通信天线仰角与方位角：在与定点经度λ0的卫星进行通信时，利用公式(11)和公式(12)计算方位角A与卫星通信天线仰角θ；其中，r＝6378.1km为地球半径，R为通信卫星轨道半径；λ0、A和θ的单位为度；步骤八、预测遮挡的航向：当时，舰船卫星通信天线不会受遮挡影响；当时，舰船卫星通信天线会受到遮挡，此时遮挡舷角满足关系式可通过式(13)和式(14)分别求得Q'的门限值为Q'_min，Q'_max；则此时遮挡舷角Q'的范围为(Q'min,Q'max)；通过公式C＝A‑Q'，可计算得到舰船卫星通信天线受遮挡的预测航向C，C的范围为(A‑Q'max,A‑Q'min)。