CN104201471A - 一种sigso通信卫星的地面站天线跟踪方法 - Google Patents

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马利华
庞峰
胡超
李圣明
艾国祥
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Abstract

本发明提供一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法，包括选定拟开展通信应用的SIGSO通信卫星，从互联网下载该SIGSO通信卫星的两行轨道数据(TLE)；计算该SIGSO通信卫星在工作时间段内的星下点经纬度；结合卫星通信地面站经纬度和该SIGSO通信卫星的星下点经纬度，计算卫星通信地面站到该SIGSO通信卫星的方位角和俯仰角；利用程序调整卫星通信地面站的天线方位角和俯仰角，实现卫星通信地面站天线在工作时间段内对该SIGSO通信卫星的跟踪。

Description

一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，尤其是涉及一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法。
背景技术
GEO(Geostationary Earth Orbit，地球静止轨道)通信卫星在轨工作期间，由于受到多种摄动力的作用，轨道参数随时间发生变化，卫星操作者会定期调整GEO通信卫星的轨道参数，使卫星处于固定的控制盒内，以保障卫星通信地面站天线的指向控制要求。对GEO卫星实施倾轨操作，即只保持卫星的东西方向轨道位置，南北方向任其漂移，在日月引力的摄动作用下，GEO卫星漂移成为小倾角的倾斜地球同步轨道(Slightly InclinedGeoSynchronous Orbit，缩写为SIGSO)卫星，SIGSO轨道倾角最大为15度。在该模式下，星载燃料仅用于卫星东西方向的位置保持，有效减少了星载燃料消耗，可以大幅度延长GEO卫星的在轨工作寿命。2002年，中国科学院艾国祥院士领衔发明了基于通信卫星的导航系统(专利申请号：CN200410046064.1，发明名称：转发器卫星通信导航定位系统，发明人：艾国祥、施浒立、吴海涛、颜毅华、边玉敬、胡永辉、李志刚、郭际、蔡贤德，2009年7月29日获得授权)。该项发明把通信卫星上的通信频点作为导航使用，开创了全频通信发展成为全频导航通信的一个新开端。2004年，基于通信卫星的导航系统利用寿命末期GEO通信卫星漂移得到的SIGSO通信卫星组建导航通信星座，实现导航通信一体化(专利申请号：CN200610055909.2，发明名称：用退役卫星改作小倾角同步导航卫星的方法，发明人：施浒立、艾国祥、陈吉斌、韩延本、耿建平、马利华，2009年6月3日获得授权)。
为了保障良好的通信效果，要求地面站天线能够随着通信卫星位置的变化进行角度调整，这就要求卫星天线具有良好的跟踪系统。跟踪系统的作用是使天线对准卫星，以最大程度的提高信号强度。常规跟踪方式包括手动跟踪、自动跟踪、程序跟踪等。手动跟踪是指根据经验或预知的目标位置用人工调整天线指向，或者根据接收机所接收信号的大小用人工操纵跟踪系统，使接收信号最强。自动跟踪是指根据地面站接收机所接收的卫星信标信号，检测出俯仰和方位误差信号，根据误差信号大小驱动天线转台系统，使天线自动对准卫星。程序跟踪是指将卫星星历数据和天线平台坐标一并输入计算机，得出卫星轨道和天线实际角度的指向角度差，然后驱动天线，消除指向角度差对准卫星。
现有技术中还没有针对SIGSO通信卫星的跟踪技术。
发明内容
本发明的目的提供一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法。
本发明的技术方案是：
一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、选定拟开展通信应用的SIGSO通信卫星，从互联网下载该SIGSO通信卫星的两行轨道数据(TLE)；
步骤2、计算该SIGSO通信卫星在工作时间段内的星下点经纬度；
步骤3、结合卫星通信地面站经纬度和该SIGSO通信卫星的星下点经纬度，计算卫星通信地面站到该SIGSO通信卫星的方位角和俯仰角；
步骤4、利用程序调整卫星通信地面站的天线方位角和俯仰角，实现卫星通信地面站天线在工作时间段内对该SIGSO通信卫星的跟踪。
进一步，所述SIGSO通信卫星为正常在轨的GEO通信卫星或处于倾轨操作模式的GEO通信卫星，所述SIGSO通信卫星上搭载可用于卫星通信的透明转发器或处理转发器。
进一步，所述SIGSO通信卫星的两行轨道数据(TLE)需要从互联网(http://www.celestrak.com/)下载。
进一步，所述SIGSO通信卫星的星下点经纬度，在t时刻满足：
λs(t)＝atan2[cosi·sinu(t),cosu(t)]+Ω-ωe(t-t0)-sg0
其中，t0为历元的轨道时刻；sg0为t0时刻的格林尼治恒星时；u(t)为SIGSO通信卫星到升交点的夹角，满足u(t)＝ω+f(t)，ω为近地点幅角，f(t)为真近点角；i为SIGSO通信卫星的轨道倾角；Ω为SIGSO通信卫星的升交点赤经；ωe为地球自转角速度。
进一步，所述SIGSO通信卫星的俯仰角和方位角，满足：
其中，ae为地球赤道半径；r为SIGSO通信卫星到地心距离；为卫星通信地面站的经纬度；为SIGSO通信卫星的星下点经纬度。
更进一步，所述倾轨操作模式为只保持GEO通信卫星的东西方向轨道位置，南北方向任其漂移，在日月引力的摄动作用下，GEO通信卫星漂移成为SIGSO通信卫星，SIGSO通信卫星的轨道倾角最大为15度。
更进一步，所述透明转发器为接收到地面站发来的信号后，除进行低噪声放大、变频、功率放大外，不作任何处理，是只单纯完成通信信号转发任务的转发器。
更进一步，所述处理转发器为接收到地面站发来的信号后，除能转发通信信号外，还具有对通信信号进行处理功能的转发器。
本发明具有的优点和积极效果是：不需要地面站跟踪接收机提供跟踪信号，从互联网下载两行轨道数据(TLE)，可以很容易得到卫星的空间位置，并获得地面站天线指向卫星的方位角和俯仰角。
附图说明
图1是本发明方法的SIGSO通信卫星的地面站跟踪方法的实现示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、选定拟开展通信应用的SIGSO通信卫星，从互联网下载该SIGSO通信卫星的两行轨道数据(TLE)；所述SIGSO通信卫星的两行轨道数据(TLE)需要从互联网(http://www.celestrak.com/)下载；所述SIGSO通信卫星为正常在轨的GEO通信卫星或处于倾轨操作模式的GEO通信卫星，所述SIGSO通信卫星上搭载可用于卫星通信的透明转发器或处理转发器；所述倾轨操作模式为只保持GEO通信卫星的东西方向轨道位置，南北方向任其漂移，在日月引力的摄动作用下，GEO通信卫星漂移成为SIGSO通信卫星，SIGSO通信卫星的轨道倾角最大为15度；所述透明转发器为接收到地面站发来的信号后，除进行低噪声放大、变频、功率放大外，不作任何处理，是只单纯完成通信信号转发任务的转发器；所述处理转发器为接收到地面站发来的信号后，除能转发通信信号外，还具有对通信信号进行处理功能的转发器。
步骤2、计算该SIGSO通信卫星在工作时间段内的星下点经纬度；所述SIGSO通信卫星的星下点经纬度，在t时刻满足：
λs(t)＝atan2[cosi·sinu(t),cosu(t)]+Ω-ωe(t-t0)-sg0
其中，t0为历元的轨道时刻；sg0为t0时刻的格林尼治恒星时；u(t)为SIGSO通信卫星到升交点的夹角，满足u(t)＝ω+f(t)，ω为近地点幅角，f(t)为真近点角；i为SIGSO通信卫星的轨道倾角；Ω为SIGSO通信卫星的升交点赤经；ωe为地球自转角速度。
步骤3、结合卫星通信地面站经纬度和该SIGSO通信卫星的星下点经纬度，计算卫星通信地面站到该SIGSO通信卫星的方位角和俯仰角；所述SIGSO通信卫星的俯仰角和方位角，满足：
其中，ae为地球赤道半径；r为SIGSO通信卫星到地心距离；为卫星通信地面站的经纬度；为SIGSO通信卫星的星下点经纬度。
步骤4、利用程序调整卫星通信地面站的天线方位角和俯仰角，实现卫星通信地面站天线在工作时间段内对该SIGSO通信卫星的跟踪。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤1、选定拟开展通信应用的SIGSO通信卫星，从互联网下载该SIGSO通信卫星的两行轨道数据(TLE)；
步骤2、计算该SIGSO通信卫星在工作时间段内的星下点经纬度；
步骤3、结合卫星通信地面站经纬度和该SIGSO通信卫星的星下点经纬度，计算卫星通信地面站到该SIGSO通信卫星的方位角和俯仰角；
步骤4、利用程序调整卫星通信地面站的天线方位角和俯仰角，实现卫星通信地面站天线在工作时间段内对该SIGSO通信卫星的跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法，其特征在于：所述SIGSO通信卫星为正常在轨的GEO通信卫星或处于倾轨操作模式的GEO通信卫星，所述SIGSO通信卫星上搭载可用于卫星通信的透明转发器或处理转发器。
3.根据权利要求1所述的一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法，其特征在于：所述SIGSO通信卫星的两行轨道数据(TLE)需要从互联网(http://www.celestrak.com/)下载。
4.根据权利要求1所述的一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法，其特征在于：所述SIGSO通信卫星的星下点经纬度，在t时刻满足：
λs(t)＝atan2[cosi·sinu(t),cosu(t)]+Ω-ωe(t-t0)-sg0
其中，t0为历元的轨道时刻；sg0为t0时刻的格林尼治恒星时；u(t)为SIGSO通信卫星到升交点的夹角，满足u(t)＝ω+f(t)，ω为近地点幅角，f(t)为真近点角；i为SIGSO通信卫星的轨道倾角；Ω为SIGSO通信卫星的升交点赤经；ωe为地球自转角速度。
5.根据权利要求1所述的一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法，其特征在于：所述SIGSO通信卫星的俯仰角和方位角，满足：
其中，ae为地球赤道半径；r为SIGSO通信卫星到地心距离；为卫星通信地面站的经纬度；为SIGSO通信卫星的星下点经纬度。
6.根据权利要求2所述的一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法，其特征在于：所述倾轨操作模式为只保持GEO通信卫星的东西方向轨道位置，南北方向任其漂移，在日月引力的摄动作用下，GEO通信卫星漂移成为SIGSO通信卫星，SIGSO通信卫星的轨道倾角最大为15度。
7.根据权利要求2所述的一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法，其特征在于：所述透明转发器为接收到地面站发来的信号后，除进行低噪声放大、变频、功率放大外，不作任何处理，是只单纯完成通信信号转发任务的转发器。
8.根据权利要求2所述的一种SIGSO通信卫星的地面站天线跟踪方法，其特征在于：所述处理转发器为接收到地面站发来的信号后，除能转发通信信号外，还具有对通信信号进行处理功能的转发器。
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