CN113935516B - 一种机载天线快速寻星跟踪定位方法 - Google Patents

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    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/288—Satellite antennas

Abstract

本发明公开了一种机载天线快速寻星跟踪定位方法，涉及卫星技术领域；该方法包括以下的步骤：S10、对卫星天线快速跟踪进行路径规划，确定路径规划的目标函数；S20、以单次任务中卫星天线快速跟踪总行驶时间为目标，对卫星天线快速跟踪进行路径规划；S30、判断剩余路径参数，路径是否符合预期；本发明的有益效果是：使天线能够持续不间断寻星跟踪，不会间断、高时延跟踪导致卫星网络断网。

Description

一种机载天线快速寻星跟踪定位方法
技术领域
本发明涉及卫星技术领域，更具体的说，本发明涉及一种机载天线快速寻星跟踪定位方法。
背景技术
卫星天线快速跟踪路径规划的优化目标通常是最短路径或者最短耗时。但由于卫星天线快速跟踪因路径不确定而需要预判，为此会涉及大量计算，导致高时延，低精度的现象，使卫星天线跟踪存在较大误差，从而机载卫星天线无法进行入网，机载无法实现卫星网络的接入。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种机载天线快速寻星跟踪定位方法，以避免机载卫星天线无法进行入网的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种机载天线快速寻星跟踪定位方法，其改进之处在于，该方法包括以下的步骤：
S10、对卫星天线快速跟踪进行路径规划，确定路径规划的目标函数；
S20、以单次任务中卫星天线快速跟踪总行驶时间为目标，对卫星天线快速跟踪进行路径规划；
S30、将起点S加入一个待检查节点的列表open list中，寻找起点S周围所有可达到的节点，并计算这些节点的G值，将节点加入列表open list中，并将起点S设为这些节点的父节点；
S40、将起点S从列表open list中移除，将起点S加入另一个已检查列表closelist中；并计算每个在列表close list中节点的H值，将每个节点的G值和H值相加，即为F；
S50、选取F值最小的节点，将此节点按照步骤S20进行处理；
S60、重复步骤S30至步骤S50，直至终点加入列表open list中，其H值为零，再通过父节点回溯得到最短路径。
进一步的，所述步骤S10中，包括以下的步骤：
S101、设定卫星天线快速跟踪的计算次数为K，每次由于计算带来的时间损耗为ta，规划的路径长度为SD，平均运行速度为V；
S102、计算该次任务中由于卫星天线快速跟踪计算带来的时间损耗TW为：
TW＝K*ta。
进一步的，步骤S10中，路径规划的目标函数为：
min{TW+SD/V}。
进一步的，所述步骤S20中，包括评价函数：
F(n)＝G(n)+H(n)；
式中，n为节点，G(n)表示从初始节点到任意节点n的实际代价，H(n)则表示从节点n到目标点启发式评估代价；H(n)的计算公式：
H(n)＝|nx-Dx|+|ny-Dy|；
其中，nx、ny分别为当前节点n的x坐标、y坐标，Dx、Dy分别为终点的x坐标、y坐标。
进一步的，步骤S40中，计算每个在列表close list中节点的H值，即为每个节点到终点D的曼哈顿距离。
进一步的，步骤S50中，如可达到的节点已经存在于列表close list中，则忽略。
进一步的，步骤S50中，如可达到的节点不存在于列表open list中，则计算对应节点的G值、H值以及F值，设置父节点，并将其加入到列表open list中。
进一步的，步骤S50中，如可达到的节点存在于列表open list中，即可达到节点已具有父节点，则计算当前节点移动到该节点是否具有更小的G值，如有，则把该节点的父节点重设为当前节点，重新计算G值和F值。
本发明的有益效果是：使飞机在高速行驶过程中，机载卫星天线能够根据预存的航线路径进行先前预判，在飞机到达下一个节点时，天线会线性的进行先前计算并跟踪，使天线能够持续不间断寻星跟踪，不会间断、高时延跟踪导致卫星网络断网。
附图说明
图1为本发明的一种机载天线快速寻星跟踪定位方法的具体实施例图。
图2为本发明的一种机载天线快速寻星跟踪定位方法中步骤S20对应的实施例。
图3为本发明的一种机载天线快速寻星跟踪定位方法中步骤S30对应的实施例。
图4为本发明的一种机载天线快速寻星跟踪定位方法中步骤S40对应的实施例。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
动中通天线在移动过程中，方位角和仰角都会随着位置的变化而变化，所以在位置跟踪上，必须随时保证线性变化，能够精确跟踪，才能保证天线能够时刻指向卫星，与卫星保持连接，使网络稳定。
方位角：水平方向上从正北沿顺时针转的角度。
天线的绝对方位角和绝对仰角取决于船只的GPS位置和卫星经度。
仰角：从地平线到卫星的指向角。
0°看着地平线，而90°看着天顶。
在北半球：(同一颗卫星)向南走得越远，天线接收卫星信号所需的仰角就越大，反之亦然。
由于卫星天线快速跟踪在执行任务过程中，需要频繁预判以及在前方节点进行计算处理，会使卫星天线快速跟踪系统中卫星天线快速跟踪的总时间增加。
结合图1所示，本发明提供了一种机载天线快速寻星跟踪定位方法，具体的，该方法包括以下的步骤：
S10、对卫星天线快速跟踪进行路径规划，确定路径规划的目标函数；
本实施例中，步骤S10包括以下的步骤：
S101、设定卫星天线快速跟踪的计算次数为K，每次由于计算带来的时间损耗为ta，规划的路径长度为SD，平均运行速度为V；
S102、计算该次任务中由于卫星天线快速跟踪计算带来的时间损耗TW为：
TW＝K*ta。
步骤S10中，路径规划的目标函数为：
min{TW+SD/V}。
S20、即在卫星天线快速跟踪路径规划中，考虑到减少计算次数，以最小化单次任务中卫星天线快速跟踪总行驶时间为目标，对单卫星天线快速跟踪进行路径规划，本文采用改进A*算法进行求解；
A*算法是一种静态网路中求解最短路径最有效的启发式搜索算法，算法的核心为评价函数：
F(n)＝G(n)+H(n)；
式中，n为节点，G(n)表示从初始节点到任意节点n的实际代价，H(n)则表示从节点n到目标点启发式评估代价；H(n)的计算公式：
H(n)＝|nx-Dx|+|ny-Dy|；
其中，nx、ny分别为当前节点n的x坐标、y坐标，Dx、Dy分别为终点的x坐标、y坐标；
在本实施例中，采用标准启发函数—曼哈顿距离，对H(n)进行计算，具体包括步骤S20-S50：
S30、结合图2所示，将起点S加入一个待检查节点的列表open list中，寻找起点S周围所有可达到的节点，并计算这些节点的G值，将节点加入列表open list中，并将起点S设为这些节点的父节点；
S40、结合图3所示，将起点S从列表open list中移除，将起点S加入另一个已检查列表close list中；并计算每个在列表close list中节点的H值，将每个节点的G值和H值相加，即为F；本实施例中，计算每个在列表close list中节点的H值，即为每个节点到终点D的曼哈顿距离；
S50、选取F值最小的节点，将此节点按照步骤S20进行处理；本实施例中，参照图4，包括有以下三种情况：
如可达到的节点已经存在于列表close list中，则忽略；
如可达到的节点不存在于列表open list中，则计算对应节点的G值、H值以及F值，设置父节点，并将其加入到列表open list中；
如可达到的节点存在于列表open list中，即可达到节点已具有父节点，则计算当前节点移动到该节点是否具有更小的G值，如有，则把该节点的父节点重设为当前节点，重新计算G值和F值；
S60、重复步骤S30至步骤S50，直至终点加入列表open list中，其H值为零，再通过父节点回溯得到最短路径。
基于上述的实施例，本发明提出了一种改进的A*算法对卫星天线快速跟踪进行全局路径规划，在其启发函数中添加“方向函数”，引入路径矩阵，在节点搜索的过程中判断目标点和路径物的位置来不断修正启发函数，减少卫星天线快速跟踪不必要的计算次数；其次在卫星天线快速跟踪路径规划中，以卫星天线快速跟踪路径规划为基础，提出基于系统短期状态预测的多卫星天线快速跟踪路径规划方法，优化短期内各路段卫星天线快速跟踪数量，使路径资源分配更加合理化，减少路径中冲突节点数量。
从而使飞机在高速行驶过程中，机载卫星天线能够根据预存的航线路径进行先前预判，在飞机到达下一个节点时，天线会线性的进行先前计算并跟踪，使天线能够持续不间断寻星跟踪，不会间断、高时延跟踪导致卫星网络断网。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种机载天线快速寻星跟踪定位方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
S10、对卫星天线快速跟踪进行路径规划，确定路径规划的目标函数；
步骤S10中，包括以下的步骤：
S101、设定卫星天线快速跟踪的计算次数为K，每次由于计算带来的时间损耗为ta，规划的路径长度为SD，平均运行速度为V；
S102、计算该次任务中由于卫星天线快速跟踪计算带来的时间损耗TW为：
TW＝K*ta；
步骤S10中，路径规划的目标函数为：
min{TW+SD/V}；
S20、以单次任务中卫星天线快速跟踪总行驶时间为目标，对卫星天线快速跟踪进行路径规划；
S30、将起点S加入一个待检查节点的列表open list中，寻找起点S周围所有可达到的节点，并计算这些节点的G值，将节点加入列表open list中，并将起点S设为这些节点的父节点；
S40、将起点S从列表open list中移除，将起点S加入另一个已检查列表close list中；并计算每个在列表close list中节点的H值，将每个节点的G值和H值相加，即为F；
S50、选取F值最小的节点，将此节点按照步骤S20进行处理；
S60、重复步骤S30至步骤S50，直至终点加入列表open list中，其H值为零，再通过父节点回溯得到最短路径。
2.根据权利要求1所述的一种机载天线快速寻星跟踪定位方法，其特征在于，所述步骤S20中，包括评价函数：
F(n)＝G(n)+H(n)；
式中，n为节点，G(n)表示从初始节点到任意节点n的实际代价，H(n)则表示从节点n到目标点启发式评估代价；H(n)的计算公式：
H(n)＝|nx-Dx|+|ny-Dy|；
其中，nx、ny分别为当前节点n的x坐标、y坐标，Dx、Dy分别为终点的x坐标、y坐标。
3.根据权利要求1所述的一种机载天线快速寻星跟踪定位方法，其特征在于，步骤S40中，计算每个在列表close list中节点的H值，即为每个节点到终点D的曼哈顿距离。
4.根据权利要求1所述的一种机载天线快速寻星跟踪定位方法，其特征在于，步骤S50中，如可达到的节点已经存在于列表close list中，则忽略。
5.根据权利要求4所述的一种机载天线快速寻星跟踪定位方法，其特征在于，步骤S50中，如可达到的节点不存在于列表open list中，则计算对应节点的G值、H值以及F值，设置父节点，并将其加入到列表open list中。
6.根据权利要求5所述的一种机载天线快速寻星跟踪定位方法，其特征在于，步骤S50中，如可达到的节点存在于列表open list中，即可达到的节点已具有父节点，则计算当前节点移动到该可达到的节点是否具有更小的G值，如有，则把该可达到的节点的父节点重设为当前节点，重新计算G值和F值。
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