CN112325840B - 基于天体跟踪扫描的指向性天线角度快速标校方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于天体跟踪扫描的指向性天线角度快速标校方法，包括：S1.获取天线波束指向的预报方位角和预报俯仰角；S2.通过预设的时间点在所述预报方位角或所述预报俯仰角对天体目标进行扫描；S3.获取不同所述预报方位角或所述预报俯仰角下的所述天体目标的辐射噪声强度；S4.获取所述辐射噪声强度中的最大辐射噪声强度，并获取与所述最大辐射噪声强度相对应的叠加方位角或叠加俯仰角；S5.迭代重复执行步骤S2至S4，判断获取的所述叠加方位角和所述叠加俯仰角是否同时满足标校精度，若满足，则完成所述天线波束指向的方位角或俯仰角的标校。本发明的成本低，且不易受天气状况的影响，可全天侯工作。

Description

基于天体跟踪扫描的指向性天线角度快速标校方法

技术领域

本发明涉及航天测控领域，尤其涉及一种基于天体跟踪扫描的指向性天线角度快速标校方法。

背景技术

指向性天线特别是波束定向天线在主波束内具有很高增益，但是窄波束天线对指向误差敏感，需要对天线波束指向的系统误差进行标校。天线的波束指向可由其方位轴角编码器和俯仰轴角编码器的结果计算得到，由于天线位置变化、天线重装配误差、天线引力变形、机械系统受温度等因素影响，天线角编码器的读数与天线波束真实指向之间有一个系统差值，且此差值随环境因素变化，角度标校的目的就是获得这一差值修正量来校正天线波束指向。

传统的天线角度标校主要为对塔标校以及对飞行器标校：对塔标校是在天线附近建设标校塔，并在塔上安装定向发射或反射电磁波的标校装置并测定装置的精确位置，然后待标校天线控制天线波束指向标校装置并接收标校装置辐射的电磁信号，并微调天线波束指向角度，当接收信号强度达到最大时记录天线角编码器的指向与几何计算所得指向之间的偏差，以此修正天线角度指向；对飞行器标校是令可准确预知位置或者可以将准确位置发送给待标校天线的飞行器在天线附近的上空飞行，然后控制天线波束指向飞行器并接收飞行器辐射的电磁波信号，同时微调天线波束指向角度，当接收信号强度达到最大时记录天线角编码器的指向与几何计算所得指向之间的偏差，以此修正天线角度指向。

传统的对塔标校以及对飞行器标校的天线角度标校方法各有其不足之处：对塔标校方法需要在与天线距离满足远场条件的位置建设比较高的标校塔，前期准备成本较高，且不适用于天线为移动站的情况；对飞行器标校则需要派遣飞行器或者标校时有用于标校的飞行器在待标校天线的可观测范围内，并且天线需要与飞行器组成实时跟踪装置，花费成本高且操作复杂。以上两种天线角度标校方法均存在标校成本高、机动性差、标校时间长等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于天体跟踪扫描的指向性天线角度快速标校方法。

为实现上述发明目的，本发明提供的基于天体跟踪扫描的指向性天线角度快速标校方法，包括：

S1.获取天线波束指向的预报方位角和预报俯仰角；

S2.通过预设的时间点在所述预报方位角或所述预报俯仰角对天体目标进行扫描；

S3.获取不同所述预报方位角或所述预报俯仰角下的所述天体目标的辐射噪声强度；

S4.获取所述辐射噪声强度中的最大辐射噪声强度，并获取与所述最大辐射噪声强度相对应的叠加方位角或叠加俯仰角；

S5.迭代重复执行步骤S2至S4，判断获取的所述叠加方位角和所述叠加俯仰角是否同时满足标校精度，若满足，则完成所述天线波束指向的方位角或俯仰角的标校。

根据本发明的一个方面，步骤S1中，获取天线波束指向的预报方位角和预报俯仰角的步骤中，包括：

S11.利用所述天体目标、天线所在地的气象参数，对天体目标的运行轨道进行轨道预报，得到不同绝对时刻下所述天体目标的位置；

S12.根据所述天线所在地的经纬度与海拔高度，以及所述天体目标的位置，获得在预报时间段内的绝对时刻下，所述天线波束指向所述天体目标中心时对应的预报方位角和预报俯仰角。

根据本发明的一个方面，步骤S2中，通过预设的时间点在所述预报方位角或所述预报俯仰角对天体目标进行扫描的步骤中，包括：

S21.获取时间-天线波束指向角度预报数据；

S22.基于所述时间-天线波束指向角度预报数据，在所述预报方位角或所述预报俯仰角上叠加相应的叠加方位角或叠加俯仰角，得出扫描方位角或扫描俯仰角；

S23.基于所述扫描方位角或所述扫描俯仰角，驱动所述天线波束对所述天体目标进行扫描。

根据本发明的一个方面，步骤S3中，获取不同所述预报方位角或所述预报俯仰角下的所述天体目标的辐射噪声强度的步骤中，所述天线波束对所述天体目标进行扫描的过程中，同步记录不同所述预报方位角或所述预报俯仰角下的所述天体目标的辐射噪声强度。

根据本发明的一个方面，步骤S4中，获取所述辐射噪声强度中的最大辐射噪声强度，并获取与所述最大辐射噪声强度相对应的叠加方位角或叠加俯仰角的步骤中，以所述叠加方位角或叠加俯仰角作为所述天线波束指向的校正量，对所述天线进行预报方位角和预报俯仰角的指向误差进行修正。

根据本发明的一个方面，步骤S21中，获取时间-天线波束指向角度预报数据的步骤中，包括：

S211.根据所述天线所在地的气象参数，对所述预报方位角和所述预报俯仰角进行天线波束指向的大气折射校正；

S212.获取校正后的所述预报方位角和所述预报俯仰角，以及所述天线波束指向的绝对时刻生成所述时间-天线波束指向角度预报数据。

根据本发明的一个方面，步骤S1之前还包括：

S0.对发射所述天线波束的天线进行初始方位的的初校，并确定所述天线波束指向的方位角和俯仰角的初校误差范围。

根据本发明的一种方案，本发明提供了一种基于天体跟踪扫描的指向性天线角度快速标校方法，根据天体轨道数据确定天线波束指向的预报方位角和俯仰角，不同时间点在预报的方位角上对天体目标进行扫描，获取不同方位角下的天体辐射噪声强度，确定最大辐射强度时的叠加角度，当该角度满足标校精度要求时即完成方位角度快速标校，采用相同流程完成俯仰角度的快速标校。利用自然天体作为参考辐射源，实现对指向性天线角度的快速标校，基于天体跟踪扫描进行指向性天线角度的快速标校方法，不需要建设标校塔或者派遣飞行器，能够降低天线角度标校成本；并且本发明利用天体的电磁波辐射对天线进行标校，不易受天气状况的影响，可全天侯工作。

根据本发明的一种方案，本发明在对天线实施角度标校时不需要做前期准备，可以快速启动天线角度标校，实际操作表明可以在10分钟内完成对天线的角度标校，这对于雷达系统的快速启动至关重要；并且有利于提高可移动式天线系统的部署效率，提高天线系统的机动性。

附图说明

图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的指向性天线角度快速标校方法的步骤框图；

图2是示意性表示根据本发明的一种实施方式的指向性天线角度快速标校方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种基于天体跟踪扫描的指向性天线角度快速标校方法，包括：

S0.对发射天线波束的天线进行初始方位的的初校，并确定天线波束指向的方位角和俯仰角的初校误差范围；

S1.获取天线波束指向的预报方位角和预报俯仰角；

S2.通过预设的时间点在预报方位角或预报俯仰角对天体目标进行扫描；

S3.获取不同预报方位角或预报俯仰角下的天体目标的辐射噪声强度；

S4.获取辐射噪声强度中的最大辐射噪声强度，并获取与最大辐射噪声强度相对应的叠加方位角或叠加俯仰角；

S5.迭代重复执行步骤S2至S4，判断获取的叠加方位角和叠加俯仰角是否同时满足标校精度，若满足，则完成天线波束指向的方位角或俯仰角的标校。

结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S0中，对发射天线波束的天线进行初始方位的的初校，并确定天线波束指向的方位角和俯仰角的初校误差范围的步骤中，确定天体目标与实时气象参数，将用于发射天线波束的天线大盘调至水平，测量天线的经纬度与海拔高度，使用指北仪或者其他天线波束指向粗校正设备调正天线的初始方位，完成天线波束指向初校，并确定方位角的初校误差范围[-θ_{A_max},θ_{A_max}]和俯仰角的初校误差范围[-θ_{E_max},θ_{E_max}]，以防角度标校范围过大。

结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，获取天线波束指向的预报方位角和预报俯仰角的步骤中，包括：

S11.利用天体目标、天线所在地的气象参数，对天体目标的运行轨道进行轨道预报，得到不同绝对时刻下天体目标的位置；

S12.根据天线所在地的经纬度与海拔高度，以及天体目标的位置，获得在预报时间段内的绝对时刻下，天线波束指向天体目标中心时对应的预报方位角和预报俯仰角。

在本实施方式中，根据前述步骤中得到的天体目标参数，按照绝对时刻t_i＝t₀+iΔt对天体目标的运行轨道进行轨道预报，其中，t₀为本次开始标校的绝对时刻，i＝1,2,L,N，N为轨道预报点总个数，Δt为预报时间间隔，得到不同绝对时刻下目标天体位置；根据天线的经纬度与海拔高度，获得各个目标天体位置下天线波束指向目标天体中心时对应的预报方位角和预报俯仰角，即可得到在预报时间段内绝对时刻t_i下，天线波束指向目标天体中心时对应的预报方位角

和预报俯仰角/>

并将基于绝对时刻t_i下的预报方位角/>

和预报俯仰角/>

生成一个查找表式的时间-天线波束指向角度预报数据，方便读取和整理。

在本实施方式中，i＝1,2,L,N，且

或/>

其中，Δθ_A为方位角叠加增量，Δθ_A小于或等于要求的天线波束指向的方位角校正精度；Δθ_E为俯仰角叠加增量，Δθ_E小于或等于要求的天线波束指向的俯仰角校正精度。

结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，通过预设的时间点在预报方位角或预报俯仰角对天体目标进行扫描的步骤中，包括：

S21.获取时间-天线波束指向角度预报数据；在本实施方式中，包括：

S211.根据天线所在地的气象参数，对预报方位角和预报俯仰角进行天线波束指向的大气折射校正。在本实施方式中，预报方位角

预报俯仰角/>

进而获得修正的天线波束方位角为/>

获得修正的天线波束俯仰角为/>

其中，k为方位角或俯仰角的标校次数，k＝0,1,2，L，初始时，k＝0，/>

为第k次标校时天线所在地当时气象参数校正量。

S212.获取校正后的预报方位角和预报俯仰角，以及天线波束指向的绝对时刻生成时间-天线波束指向角度预报数据。在本实施方式中，通过对杨的天线波束指向的绝对时刻t_i生成一个查找表式的时间-天线波束指向角度预报数据。

S22.基于时间-天线波束指向角度预报数据，在预报方位角或预报俯仰角上叠加相应的叠加方位角或叠加俯仰角，得出扫描方位角或扫描俯仰角；

S23.基于扫描方位角或扫描俯仰角，驱动天线波束对天体目标进行扫描。

在本实施方式中，根据前述步骤获得的时间-天线波束指向角度预报数据发送给天线伺服控制系统，天线伺服控制系统先按照当前绝对时刻计算对应的天线波束指向，然后从t₁至t_N的绝对时刻，控制天线波束在方位角方向对天体进行扫描，扫描方式为按绝对时刻在预报方位角

上叠加对应的叠加方位角/>

得到扫描方位角/>

天线伺服系统使用GPS授时系统以及高稳晶振获得高精度的绝对时刻计时。

在本实施方式中，Δθ_A为前述步骤中的方位角叠加增量，其中，i＝1,2,L,N，且

Δθ_A小于或等于要求的天线波束指向的方位角校正精度；N为整数，当N为奇数时，将(-N/2)取整计算/>

需要注意的是，当进行俯仰角的驱动天线波束对天体目标进行扫描的过程中，采用与方位角相同的驱动扫描过程，此时用修正天线系统指向误差时的绝对时刻更新t₀，重复前述步骤即可。

结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，获取不同预报方位角或预报俯仰角下的天体目标的辐射噪声强度的步骤中，天线波束对天体目标进行扫描的过程中，同步实时记录不同预报方位角或预报俯仰角下的天体目标的辐射噪声强度A_i，以及修正的预报方位角

上叠加的叠加方位角/>

或者修正的预报俯仰角上叠加的叠加俯仰角。

结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S4中，获取辐射噪声强度中的最大辐射噪声强度，并获取与最大辐射噪声强度相对应的叠加方位角或叠加俯仰角的步骤中，以叠加方位角或叠加俯仰角作为天线波束指向的校正量，对天线进行预报方位角和预报俯仰角的指向误差进行修正。在本实施方式中，分析所记录的数据，查找接收到的天体电磁辐射噪声幅度A_i最大时叠加的方位角，记为

作为天线系统方位角指向校正量，对天线系统方位角指向误差进行修正，至此完成一次方位角标校。同样的，针对预报俯仰角的指向误差进行修正，分析相应的记录数据，查找接收到的天体电磁辐射噪声幅度最大时叠加的俯仰角，作为天线系统俯仰角指向校正量，对天线系统俯仰角指向误差进行修正，至此完成一次俯仰角标校。

结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S5中，如前所述的一次标校过程，迭代重复交错标校方位角和俯仰角，直到获得的天体电磁辐射噪声幅度最大时叠加的方位角和俯仰角均小于标校精度要求，至此完成天线的指向标校。

根据本发明，实现无塔条件下的天线角度快速标校。本方法避免了传统对塔标校和对飞行器标校方法的高成本、机动性差、标校时间长等问题，特别适用于大口径、高频段天线在平坦地区的标校，效益明显。

上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于天体跟踪扫描的指向性天线角度快速标校方法，包括：

S0.对发射天线波束的天线进行初始方位的初校，并确定所述天线波束指向的方位角和俯仰角的初校误差范围，确定天体目标与实时气象参数，将用于发射天线波束的天线大盘调至水平，测量天线的经纬度与海拔高度，使用指北仪或者其他天线波束指向粗校正设备调正天线的初始方位，完成天线波束指向初校，并确定方位角的初校误差范围[-θ_{A_max},θ_{A_max}]和俯仰角的初校误差范围[-θ_{E_max},θ_{E_max}]，以防角度标校范围过大；

S1.获取天线波束指向的预报方位角

和预报俯仰角/>

步骤S1包括：

S11.利用所述天体目标、天线所在地的气象参数，按照绝对时刻t_i＝t₀+iΔt对天体目标的运行轨道进行轨道预报，其中，t₀为本次开始标校的绝对时刻，i＝1,2,…,N，N为轨道预报点总个数且

或/>

Δθ_A为方位角叠加增量，Δθ_E为俯仰角叠加增量，Δt为预报时间间隔，得到不同绝对时刻下所述天体目标的位置；

S12.根据所述天线所在地的经纬度与海拔高度，以及所述天体目标的位置，获得在预报时间段内的绝对时刻下，所述天线波束指向所述天体目标中心时对应的预报方位角

和预报俯仰角/>

S2.通过预设的时间点在所述预报方位角

或所述预报俯仰角/>

对天体目标进行扫描；

步骤S2包括：

S21.获取时间-天线波束指向角度预报数据；包括：S211.根据所述天线所在地的气象参数，对所述预报方位角

和所述预报俯仰角/>

进行天线波束指向的大气折射校正；

S212.获取校正后的所述预报方位角

和所述预报俯仰角/>

其中，k为方位角或俯仰角的标校次数，k＝0,1,2，…，初始时，k＝0，/>

和/>

为第k次标校时天线所在地当时气象参数校正量，以及所述天线波束指向的绝对时刻生成所述时间-天线波束指向角度预报数据；

S22.基于所述时间-天线波束指向角度预报数据，在所述预报方位角

或所述预报俯仰角上叠加相应的叠加方位角/>

或叠加俯仰角，得出扫描方位角/>

或扫描俯仰角；

S23.基于所述扫描方位角

或所述扫描俯仰角，驱动所述天线波束对所述天体目标进行扫描；

当进行俯仰角的驱动天线波束对天体目标进行扫描的过程中，采用与方位角相同的驱动扫描过程，此时用修正天线系统指向误差时的绝对时刻更新t₀，重复前述步骤即可；

S3.获取不同所述预报方位角或所述预报俯仰角下的所述天体目标的辐射噪声强度；

S4.获取所述辐射噪声强度中的最大辐射噪声强度，并获取与所述最大辐射噪声强度相对应的叠加方位角

或叠加俯仰角；/>

步骤S4中，以所述叠加方位角

或叠加俯仰角作为所述天线波束指向的校正量，对所述天线进行预报方位角和预报俯仰角的指向误差进行修正；

S5.迭代重复执行步骤S2至S4，判断获取的所述叠加方位角和所述叠加俯仰角是否同时满足标校精度，若满足，则完成所述天线波束指向的方位角或俯仰角的标校。

2.根据权利要求1所述的指向性天线角度快速标校方法，其特征在于，步骤S3中，获取不同所述预报方位角或所述预报俯仰角下的所述天体目标的辐射噪声强度的步骤中，所述天线波束对所述天体目标进行扫描的过程中，同步记录不同所述预报方位角或所述预报俯仰角下的所述天体目标的辐射噪声强度。

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