一種GEO軌道數傳天線跟蹤精度確定方法與流程

本發明涉及一種GEO軌道數傳天線跟蹤精度確定方法，可用于GEO軌道衛星天線跟蹤控制精度的分析、建模及驗證工作。

背景技術：

對具備“在軌頻繁小角度機動成像模式”的GEO軌道衛星，在整星機動過程中，為保證星地射頻傳輸鏈路不中斷并且確保無線鏈路余量滿足使用要求，數傳天線需要精確、實時地反向小角度頻繁機動以跟蹤地面站位置。天線指向誤差會引起服務區范圍內EIRP(等效全向輻射功率)等指標的變化，嚴重時會引起傳輸誤碼率的急劇增高。因此對于高軌遠距離星地數傳來講，天線跟蹤精度有很高的要求。

GEO軌道衛星參與天線指向控制的部分包括姿軌控系統、星務系統和數傳系統的多臺設備。數傳天線跟蹤控制時，需要引入外界的軌道、姿態、時間等信息完成天線轉動機構對地面站的反向跟蹤，涉及環節多。同時，除分析外，還需結合工程經驗，對力、熱等應力條件引起的誤差進行合理預估。

低軌遙感衛星成像一般為推掃模式，衛星在滾轉和俯仰方向不存在頻繁小角度機動；高軌通信衛星一般為固定點波束或區域波束，天線指向始終不變，沒有專門針對衛星在頻繁小角度機動模式下數傳天線指向控制的確定方法。由于GEO軌道通信距離遠，且所使用的波束寬度窄，傳統的指向控制方法很難實現星地天線精確對準，鏈路余量不易保障。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種GEO軌道數傳天線跟蹤精度確定方法，依據GEO軌道衛星數傳天線跟蹤控制原理，對目標角確定精度、伺服控制精度、天線本身指向精度等各環節對天線跟蹤精度的影響進行研究，建立一套天線跟蹤精度的確定方法，可用于GEO軌道衛星天線跟蹤控制精度的分析、建模及驗證工作。

本發明的技術解決方案是：一種GEO軌道數傳天線跟蹤精度確定方法，包括如下步驟：

(1)將GEO軌道數傳天線跟蹤精度E_Total劃分為目標角確定誤差E_A、伺服控制誤差E_B、天線本身指向誤差E_C

其中：

(2)將目標角確定誤差E_A劃分為軌道誤差E₁、姿態誤差E₂、時間誤差E₃、地面站誤差E₄、控制計算機算法及硬件誤差E₅

其中：

(3)將伺服控制誤差E_B劃分為伺服控制器內部旋轉變壓器的測量誤差E₆、伺服機構執行誤差E₇

其中：

(4)將天線本身指向誤差E_C劃分為天線電軸與機械軸常值偏差E₈、天線電軸與機械軸力熱變形偏差E₉、天線機械零位誤差E₁₀、天線雙軸轉動機構轉動誤差E₁₁、天線裝星誤差E₁₂

式中：

(5)獲取軌道誤差E₁、姿態誤差E₂、時間誤差E₃、地面站誤差E₄、控制計算機算法及硬件誤差E₅、伺服控制器內部旋轉變壓器的測量誤差E₆、伺服機構執行誤差E₇、天線電軸與機械軸常值偏差E₈、天線電軸與機械軸力熱變形偏差E₉、天線機械零位誤差E₁₀、天線雙軸轉動機構轉動誤差E₁₁、天線裝星誤差E₁₂，進而計算得到GEO軌道數傳天線跟蹤精度E_Total。

本發明與現有技術相比的優點在于：本發明天線跟蹤精度確定方法解決了GEO軌道星地通信距離遠導致自由傳播損耗大，所使用的Ka頻段電磁波易受雨衰影響，且天線波束寬度窄，星地天線是否精確對準將極大地影響無線鏈路余量，傳統的確定方法無法針對該類衛星天線的指向精度進行預算的問題，具有較好的使用價值。

附圖說明

圖1為本發明數傳天線轉動控制原理；

圖2為本發明數傳天線跟蹤誤差分解示意圖。

具體實施方式

克服現有技術的不足，提供了一種GEO軌道數傳天線跟蹤精度確定方法，依據GEO軌道衛星數傳天線跟蹤控制原理，對目標角確定精度、伺服控制精度、天線本身指向精度等各環節對天線跟蹤精度的影響進行研究，建立一套天線跟蹤精度的確定方法，可用于GEO軌道衛星天線跟蹤控制精度的分析、建模及驗證工作。下面結合附圖對本發明方法進行詳細說明，本發明方法包括如下步驟：

(1)GEO軌道衛星數傳天線轉動控制流程為：星務計算機向控制計算機發送指令使能自主計算天線轉角；控制計算機根據衛星姿態測量設備獲取的衛星姿態數據，計算天線轉動角度，通過星務計算機經1553B總線廣播至數傳控制單元；數傳控制單元根據接收到的轉動角度信息控制伺服控制器，通過雙軸轉動機構的運動，完成對數傳天線指向地面站的控制。具體流程如附圖1所示。根據天線轉動控制原理，按照信息源誤差、信息傳遞誤差及執行誤差分析跟蹤精度的影響因素。

(2)信息源誤差和信息傳遞誤差共同決定了目標角確定誤差，執行誤差包括伺服控制誤差和天線本身指向誤差。對數傳天線跟蹤誤差影響因素進行建模分析，分解為目標角確定誤差、伺服控制誤差和天線本身指向誤差，建模情況詳見附圖2。分析各項誤差來源，估算對天線最終跟蹤精度的貢獻值，依據天線轉動控制信息流及各影響因素間的相關性，算衛星數傳天線在軌跟蹤精度。詳見公式(1)(2)(3)(4)。

式中：E_Total為數傳天線總跟蹤誤差，E_A為目標角確定誤差，E_B為伺服控制誤差，E_C為天線本身指向誤差；

式中：E₁為軌道誤差，E₂為姿態誤差，E₃為時間誤差，E₄為地面站誤差(位置及高程)，E₅為控制計算機算法及硬件誤差；

式中：E₆為伺服控制器內部旋轉變壓器的測量誤差，E₇為伺服機構執行誤差；

式中：E₈為天線電軸與機械軸偏差(常值部分，地面可測得)，E₉為天線電軸與機械軸偏差(力熱變形)，E₁₀為天線機械零位誤差，E₁₁為天線雙軸轉動機構轉動誤差，E₁₂為天線裝星誤差。

本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。