專利名稱：一種移動(dòng)衛(wèi)星通信天線的初始化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及ー種移動(dòng)衛(wèi)星通信天線的初始化方法，涉及自動(dòng)控制、慣性導(dǎo)航及移動(dòng)衛(wèi)星通訊領(lǐng)域。本申請(qǐng)所述的方法可廣泛應(yīng)用于各種移動(dòng)衛(wèi)星通訊設(shè)備，如車(chē)載、船載、機(jī)載移動(dòng)衛(wèi)星通信天線等。
背景技術(shù)：
移動(dòng)衛(wèi)星通信設(shè)備可使衛(wèi)星天線在移動(dòng)的載體上始終對(duì)準(zhǔn)地球同步衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)高帶寬的實(shí)時(shí)圖像及數(shù)據(jù)傳輸，在國(guó)防、邊防、反恐、應(yīng)急救災(zāi)、政府等部門(mén)具有十分廣泛的應(yīng)用前景。移動(dòng)衛(wèi)星通信天線由天饋系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)兩部分組成。天饋系統(tǒng)包括天線面、雙エ器、濾波器、下變頻器、上變頻器、波導(dǎo)等部件，構(gòu)成衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本要素；伺服 控制系統(tǒng)需要驅(qū)動(dòng)天線面完成掃描尋星、穩(wěn)定跟蹤等功能，確保天線面在載體移動(dòng)過(guò)程中精確指向衛(wèi)星。移動(dòng)衛(wèi)星通信天線的初始化過(guò)程是指天線上電后完成初始尋星并確定載體初始航向的過(guò)程，該過(guò)程是確保天線能在動(dòng)態(tài)下實(shí)時(shí)高精度跟蹤衛(wèi)星的前提，也是移動(dòng)衛(wèi)星通信天線的主要核心技術(shù)之一。當(dāng)前，天線初始化的過(guò)程主要是指依靠高精度車(chē)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)給出的位置及姿態(tài)角信息來(lái)計(jì)算天線的尋星指令角(俯仰角、極化角、方位角)，并控制天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。這種方案對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)的要求較高，為了確保天線能夠鎖定最大的衛(wèi)星信號(hào)，慣導(dǎo)系統(tǒng)的自主尋北精度必須達(dá)到O. 1°以上，而如此高精度的慣導(dǎo)系統(tǒng)的成本已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)移動(dòng)衛(wèi)星通信天線本身的成本，這是大多數(shù)研制単位和用戶無(wú)法承受的。為了有效地降低成本，必須選用低精度的車(chē)載慣導(dǎo)系統(tǒng)，而低精度慣導(dǎo)無(wú)法自主尋北輸出正確的航向，因此，天線無(wú)法得到準(zhǔn)確的對(duì)星指令角。為了解決基于低精度慣導(dǎo)的移動(dòng)衛(wèi)星通信天線初始化問(wèn)題，目前大多數(shù)研制単位均采用天線方位軸0° -360°掃描加衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)峰值識(shí)別技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)天線尋星，但尚不能很好地解決利用尋星的輔助信息來(lái)計(jì)算慣導(dǎo)系統(tǒng)初始航向的難題，尤其是安裝天線的載體在大俯仰角或大橫滾角的情況下，目前已有方法估計(jì)得到的慣導(dǎo)的航向誤差較大，從而使得移動(dòng)衛(wèi)星通信天線的跟蹤性能大大下降。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢雯`種移動(dòng)衛(wèi)星通信天線的初始化方法，該方法利用天線0° -360°掃描來(lái)尋找衛(wèi)星，再通過(guò)完整坐標(biāo)轉(zhuǎn)換加迭代遞進(jìn)的算法來(lái)估計(jì)低精度車(chē)載慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始航向角。本方法具有較好的環(huán)境適應(yīng)性，可適用于載體在任意姿態(tài)角下的初始尋星過(guò)程，初始化結(jié)束后，利用尋星輔助信息推算得到的慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始航向精度可達(dá)到O. 1°以上。相比現(xiàn)有的基于平面坐標(biāo)推算的初始化算法，本申請(qǐng)?zhí)岢龅姆椒梢栽谌我庾藨B(tài)環(huán)境中精確地估計(jì)車(chē)載慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始航向，從而確保天線在初始化結(jié)束后可以精確地跟蹤衛(wèi)星。本申請(qǐng)?zhí)岢龅囊环N天線初始化方法設(shè)計(jì)思路是首先利用低成本慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始航向及姿態(tài)信息(航向信息含較大誤差)來(lái)計(jì)算天線的尋星指令，控制天線的俯仰軸、極化軸按照計(jì)算得到的俯仰指令角及極化指令角旋轉(zhuǎn)，再控制方位軸以ー個(gè)恒定的速率在0° -360°之間掃描，通過(guò)衛(wèi)星信標(biāo)識(shí)別技術(shù)來(lái)找到準(zhǔn)確的航向指令角；再利用三坐標(biāo)推算加迭代逼近算法，準(zhǔn)確估計(jì)低成本慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始航向角角誤差；最后，根據(jù)正確的慣導(dǎo)的航向及姿態(tài)信息重新計(jì)算天線的尋星指令，控制天線按照指令角旋轉(zhuǎn)并準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。利用本方法完成天線初始化后，可以確保天線可以高精度地實(shí)時(shí)跟蹤衛(wèi)星。該方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下一、選定待跟蹤的衛(wèi)星，根據(jù)式I計(jì)算待跟蹤衛(wèi)星在天線所在地的地理坐標(biāo)系O-XtYtZt 中的坐標(biāo)值(Xta，Yta, Zta)T
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)衛(wèi)星通訊天線的初始化方法，其特征在于所述的方法實(shí)現(xiàn)步驟為 第一步選定待跟蹤的衛(wèi)星，計(jì)算待跟蹤衛(wèi)星在所述天線地理坐標(biāo)系的坐標(biāo)值； 第二步計(jì)算地理坐標(biāo)系指向衛(wèi)星需要轉(zhuǎn)動(dòng)的俯仰角、方位角和極化跟蹤指令角； 第三步計(jì)算天線波束指向衛(wèi)星需要轉(zhuǎn)動(dòng)的俯仰指令角、方位指令角和極化指令角； 第四步根據(jù)第三步得到的俯仰指令角、方位指令角和極化指令角，并結(jié)合天線0-360°掃描技術(shù)及迭代遞推算法計(jì)算得到安裝在天線上的慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始航向角；第五步根據(jù)第四步得到的慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始航向角重新計(jì)算天線尋星指令角； 第六步根據(jù)第五步得到的尋星指令角控制天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。
2.一種移動(dòng)衛(wèi)星通信天線的初始化方法，其特征在于，所述的方法的實(shí)現(xiàn)步驟為 第一步選定待跟蹤的衛(wèi)星，根據(jù)式I計(jì)算待跟蹤衛(wèi)星在天線所在地的地理坐標(biāo)系O-XtYtZt 中的坐標(biāo)值(Xta，Yta, ZJt 式 I 式I中，R為地球半徑，H為待跟蹤衛(wèi)星的高度；A入=入廠入3為天線所在地的經(jīng)度與衛(wèi)星所在地經(jīng)度之差，其中入3為天線所在地的經(jīng)度，Xs為衛(wèi)星所在地的經(jīng)度；La表示天線所在地的緯度值。
第二步天線上電復(fù)位后，假設(shè)天線波束中心指向與天線地理坐標(biāo)系OYt軸一致，則天線波束指向衛(wèi)星所需轉(zhuǎn)動(dòng)的俯仰角、方位角、極化角可表示為 這式 2 式2中，0t，^，Yt分別表示地理坐標(biāo)系下天線的俯仰、方位及極化跟蹤指令角。第三步計(jì)算天線坐標(biāo)系O-XaYaZa下天線指向衛(wèi)星的俯仰指令角0 p，方位指令角A，極化指令角Yp的值，其計(jì)算步驟為 (1)計(jì)算地理坐標(biāo)系(t系)至對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)的天線坐標(biāo)系(a系)的旋轉(zhuǎn)矩陣Cf (2)計(jì)算天線載體坐標(biāo)系(b系，與天線基座坐標(biāo)系一致)到地理坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣
全文摘要
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)衛(wèi)星通信天線初始化方法，該方法可使裝備低成本慣導(dǎo)系統(tǒng)的移動(dòng)衛(wèi)星通信天線快速對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星并準(zhǔn)確估計(jì)低成本慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始航向角。本方法首先利用低成本慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始航向及姿態(tài)信息來(lái)計(jì)算天線的尋星指令；然后，控制天線的俯仰軸、極化軸按照計(jì)算得到的俯仰指令角及極化指令角旋轉(zhuǎn)；再控制方位軸以一個(gè)恒定的速率在0°-360°之間掃描，并通過(guò)衛(wèi)星信標(biāo)識(shí)別技術(shù)來(lái)找到準(zhǔn)確的航向指令角；再利用三坐標(biāo)推算加迭代逼近算法，準(zhǔn)確估計(jì)低成本慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始航向角誤差；最后，根據(jù)估計(jì)得到的慣導(dǎo)的航向及姿態(tài)信息重新計(jì)算天線的尋星指令，控制天線按照指令角旋轉(zhuǎn)并準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。利用本方法完成天線初始化后，天線可以高精度地實(shí)時(shí)跟蹤衛(wèi)星。
文檔編號(hào)G01S19/49GK102662188SQ20121010354
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者徐燁烽, 李耀鵬, 薛宏濱 申請(qǐng)人:北京星網(wǎng)宇達(dá)科技股份有限公司