CN114001705A - 一种卫通天线与载体安装误差自动校准的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫通天线与载体安装误差自动校准的方法，使用同步轨道卫星作为参考，可以准确的估计卫通天线与载体的安装误差角，干扰少，精度高，对于卫通天线设计时可以不考虑与载体的安装误差，在安装后通过卫星进行测算。

Description

一种卫通天线与载体安装误差自动校准的方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫通天线与载体安装误差自动校准的方法。

背景技术

现有技术中获得天线的安装误差由结构设计给出；但是因为载体设计的单位与卫通天线设计的单位往往不是同一单位，导致卫通天线设计单位可能无法获得卫通天线安装的误差情况；或者现场安装时，未按照设计的安装关系进行安装，导致安装误差较大，影响卫通天线性能。

因此需要研发出一种卫通天线与载体安装误差自动校准的方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种卫通天线与载体安装误差自动校准的方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种卫通天线与载体安装误差自动校准的方法，包括：

计算卫通天线对准卫星的理论方位角度Ag和理论俯仰角度Eg；定义载体位置b点纬度为L_b，经度为λ_b，高度为H_b，地球半径为R；则载体在地球坐标系下的表达X_b为：

定义同步轨道卫星位置A点的经度为λ，轨道高度为H_a，则卫星在地理坐标系下的表达X_a为：

则在地理坐标系下由卫通天线指向卫星的向量V^e为：

将向量V^e通过矩阵

变换到当地导航坐标系下，具体为：

其中

为载体位置地球坐标系变换到当地导航坐标系的关系：

根据向量Vⁿ则求解出Ag和Eg：

控制卫通天线将俯仰角运行到Eg，控制卫通天线使方位在水平旋转，直到搜索到卫星信号，得到卫通天线在载体坐标系下的方位编码器角度Azi；方位编码器角度Azi在地理坐标系下投影为V_Azi，Ag在当地导航坐标系下的投影为V_Ag；

假设卫通天线编码器角度与当地导航坐标系下方位目标角Ag的关系为矩阵C_x，其与V_Azi和V_Ag的关系为；

V_Azi＝C_x×V_Ag

则得到：

其中C11、C12、C21和C22为C_x中的元素，且C11＝C22,C12＝-C21,与卫通天线的安装误差Err的关系为：

则求得卫通天线的安装误差Err：

则卫通天线的安装误差的余弦矩阵

为：

定义载体姿态方位为H、俯仰为P、横滚为R，对应余弦矩阵为

为：

定义卫通天线方位编码器角度Azi与俯仰编码器角度Pit所代表旋转关系C_motor为：

则天线指向在天线面坐标系下的表示V^a＝[0 0 1]^T，与天线指向在当地导航坐标系下的表达Vⁿ之间的关系为：

控制方位和俯仰电机满足Vⁿ'＝Vⁿ即可以使卫通天线持续指向卫星。

本发明的有益效果在于：

本申请使用同步轨道卫星作为参考，可以准确的估计卫通天线与载体的安装误差角，干扰少，精度高，对于卫通天线设计时可以不考虑与载体的安装误差，在安装后通过卫星进行测算。

附图说明

图1是载体位置b点、同步轨道卫星位置A点在地理坐标系上的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

一种卫通天线与载体安装误差自动校准的方法，包括：

计算卫通天线对准卫星的理论方位角度Ag和理论俯仰角度Eg；

如图1所示，定义载体位置b点纬度为L_b，经度为λ_b，高度为H_b，地球半径为R；则载体在地球坐标系下的表达X_b为：

定义同步轨道卫星位置A点的经度为λ，轨道高度为H_a，则卫星在地理坐标系下的表达X_a为：

则在地理坐标系下由卫通天线指向卫星的向量V^e为：

将向量V^e通过矩阵

变换到当地导航坐标系下，具体为：

其中

为载体位置地球坐标系变换到当地导航坐标系的关系：

根据向量Vⁿ则求解出Ag和Eg：

控制卫通天线将俯仰角运行到Eg，控制卫通天线使方位在水平旋转，直到搜索到卫星信号，得到卫通天线在载体坐标系下的方位编码器角度Azi；方位编码器角度Azi在地理坐标系下投影为V_Azi，Ag在当地导航坐标系下的投影为V_Ag；

假设卫通天线编码器角度与当地导航坐标系下方位目标角Ag的关系为矩阵C_x，其与V_Azi和V_Ag的关系为；

V_Azi＝C_x×V_Ag

则得到：

其中C11、C12、C21和C22为C_x中的元素，且C11＝C22,C12＝-C21,与卫通天线的安装误差Err的关系为：

则求得卫通天线的安装误差Err：

则卫通天线的安装误差的余弦矩阵

为：

定义载体姿态方位为H、俯仰为P、横滚为R，对应余弦矩阵为

为：

定义卫通天线方位编码器角度Azi与俯仰编码器角度Pit所代表旋转关系C_motor为：

则天线指向在天线面坐标系下的表示V^a＝[001]^T，与天线指向在当地导航坐标系下的表达Vⁿ之间的关系为：

控制方位和俯仰电机满足Vⁿ'＝Vⁿ即可以使卫通天线持续指向卫星。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种卫通天线与载体安装误差自动校准的方法，其特征在于，包括：

计算卫通天线对准卫星的理论方位角度Ag和理论俯仰角度Eg；定义载体位置b点纬度为L_b，经度为λ_b，高度为H_b，地球半径为R；则载体在地球坐标系下的表达X_b为：

定义同步轨道卫星位置A点的经度为λ，轨道高度为H_a，则卫星在地理坐标系下的表达X_a为：

则在地理坐标系下由卫通天线指向卫星的向量V^e为：

将向量V^e通过矩阵

变换到当地导航坐标系下，具体为：

其中

为载体位置地球坐标系变换到当地导航坐标系的关系：

根据向量Vⁿ则求解出Ag和Eg：

控制卫通天线将俯仰角运行到Eg，控制卫通天线使方位在水平旋转，直到搜索到卫星信号，得到卫通天线在载体坐标系下的方位编码器角度Azi；方位编码器角度Azi在地理坐标系下投影为V_Azi，Ag在当地导航坐标系下的投影为V_Ag；

假设卫通天线编码器角度与当地导航坐标系下方位目标角Ag的关系为矩阵C_x，其与V_Azi和V_Ag的关系为；

V_Azi＝C_x×V_Ag

则得到：

其中C11、C12、C21和C22为C_x中的元素，且C11＝C22,C12＝-C21,与卫通天线的安装误差Err的关系为：

则求得卫通天线的安装误差Err：

则卫通天线的安装误差的余弦矩阵

为：

定义载体姿态方位为H、俯仰为P、横滚为R，对应余弦矩阵为

为：

定义卫通天线方位编码器角度Azi与俯仰编码器角度Pit所代表旋转关系C_motor为：

则天线指向在天线面坐标系下的表示V^a＝[001]^T，与天线指向在当地导航坐标系下的表达Vⁿ之间的关系为：

控制方位和俯仰电机满足Vⁿ'＝Vⁿ即可以使卫通天线持续指向卫星。

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