CN115009544B - 基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法 - Google Patents

基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115009544B
CN115009544B CN202210494029.4A CN202210494029A CN115009544B CN 115009544 B CN115009544 B CN 115009544B CN 202210494029 A CN202210494029 A CN 202210494029A CN 115009544 B CN115009544 B CN 115009544B
Authority
CN
China
Prior art keywords
calibration
satellite
angle
pitch
roll
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210494029.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115009544A (zh
Inventor
何元智
章劲松
孙晨华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Network Engineering Institute of Systems Engineering Academy of Military Sciences
Original Assignee
Institute of Network Engineering Institute of Systems Engineering Academy of Military Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Network Engineering Institute of Systems Engineering Academy of Military Sciences filed Critical Institute of Network Engineering Institute of Systems Engineering Academy of Military Sciences
Priority to CN202210494029.4A priority Critical patent/CN115009544B/zh
Publication of CN115009544A publication Critical patent/CN115009544A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115009544B publication Critical patent/CN115009544B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/244—Spacecraft control systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/244—Spacecraft control systems
    • B64G1/245—Attitude control algorithms for spacecraft attitude control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法，具体为：星上标校波束形成设备生成标校波束并发送至地面标校站，地面标校站分别测量各标校波束的信号功率，计算滚动方向和俯仰方向的偏离误差角度和俯仰角和滚动角转移因子，得到俯仰方向和滚动方向的角度补偿量，并发送至控制中心，控制中心判断补偿量是否大于调整阈值，若大于，则将角度补偿量传输至卫星测控站进行卫星姿态调整，进行新一轮标校流程。本发明的优点为：通过设计交叉幅角转移函数，将二维幅角转移曲线拓展为三维幅角转移曲面，准确精细建模标校信号功率和滚动、俯仰指向误差关系，能够显著提高指向误差测量精度。

Description

基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法。
背景技术
GEO卫星通常部署在小倾角轨道，卫星在轨运行时的对地运动，将造成波束指向漂移和时频基准抖动等问题，从而影响卫星波束的平稳性，此外，卫星受由太阳辐射压力、地球磁场不均等因素影响，将造成在轨姿态漂移，影响星地通信质量，因此必须进行波束标校以调整卫星姿态。传统的星地一体波束标校通常使用比幅测向方法实现，其测量和计算过程中没有考虑一个方向的指向偏差对另一方向幅角转移系数的影响，导致测量误差的精度难以提高。如何综合、全面考虑卫星天线波束的俯仰和滚动方向指向偏差对标校信号功率的影响，构建准确精细的标校信号功率和滚动、俯仰指向误差关系模型，提高波束标校精度，是亟待解决的重要问题。
中国专利ZL202011068368.3中公开了一种星地一体化的高精度卫星多波束标校方法，能够有效分析多波束指向标校误差，但未考虑俯仰方向和滚动方向指向偏移相互之间的影响。
发明内容
针对如何综合、全面考虑俯仰和滚动方向指向偏差对标校信号功率的影响，提高波束标校精度的问题，本发明公开了一种基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法，卫星通信系统利用星上标校波束形成设备、地面标校站、控制中心和卫星测控站实现卫星天线波束指向的标校，该方法具体包括：
S1，星上标校波束形成设备生成南向、北向、西向、东向四个标校波束，分别记为S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束，使卫星与该四个标校波束的等功率交叠点的连线指向，即等功率交叠点指向，为地面标校站，S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束的覆盖范围分别位于地面标校站的南侧、北侧、西侧、东侧；
S2，地面标校站分别测量S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束的信号功率，t时刻地面标校站对各标校波束的接收信号功率分别记为PS(t)、PN(t)、PW(t)、PE(t)；
S3，地面标校站利用比幅测向法计算等功率交叠点指向在卫星天线波束的滚动方向和俯仰方向上的偏离误差角度θroll(t)和θpitch(t)，其中，所述的滚动方向上的偏离误差角度的计算公式为：
Figure BDA0003626191370000021
其中，kroll为滚动方向幅角转移系数；所述的俯仰方向上的偏离误差角度计算方式为：
Figure BDA0003626191370000022
其中，kpitch为俯仰方向幅角转移系数；
S4，地面标校站利用交叉幅角转移函数分别计算俯仰方向和滚动方向的交叉幅角转移系数，得到俯仰方向和滚动方向的角度偏离量；
对不同滚动方向和俯仰方向的偏离角度位置上的标校波束信号功率进行密集采样，得到4个标校波束信号的功率分布，记为Qi(φroll,φpitch)，其中φroll和φpitch分别为滚动方向和俯仰方向的偏离角度，i＝1,2,3,4，分别对应S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束；
分别定义俯仰方向和滚动方向的交叉幅角转移函数，其表达式为：
Figure BDA0003626191370000031
其中，Froll(φroll,φpitch)为俯仰方向的交叉幅角转移函数，Fpitch(φroll,φpitch)为滚动方向的交叉幅角转移函数；
考虑俯仰方向的偏离误差角度对滚动方向幅角转移系数的影响，以及滚动方向的偏离误差角度对俯仰方向幅角转移系数的影响，得到t时刻俯仰方向和滚动方向的交叉幅角转移系数分别为：
Figure BDA0003626191370000032
其中，δroll(t)表示t时刻俯仰方向的交叉幅角转移系数，δpitch(t)表示t时刻滚动方向的交叉幅角转移系数，根据交叉幅角转移系数，计算等功率交叠点指向在俯仰方向和滚动方向的偏离角度，其计算公式为：
Figure BDA0003626191370000033
其中，Θroll(PN(t),PS(t),t)和Θpitch(PE(t),PW(t),t)分别表示t时刻等功率交叠点指向在滚动方向和俯仰方向的偏离角度；
S5，地面标校站将角度偏离量通过地面网络传输给控制中心，控制中心判断角度偏离量是否大于预先设定的调整阈值，若大于预先设定的调整阈值，则将角度偏离量传输至卫星测控站，卫星测控站进行卫星姿态调整。
所述的步骤S5，还包括，若大于预先设定的调整阈值，卫星测控站进行卫星姿态调整后，返回步骤S1，否则，直接返回步骤S1。
本发明具有如下优点：
1.本发明所提方法，通过设计交叉幅角转移函数，将二维幅角转移曲线拓展为三维幅角转移曲面，准确精细建模标校信号功率和滚动、俯仰指向误差关系，能够显著提高指向误差测量精度；
2.本发明通过实测数据构建交叉幅角转移函数，能够避免设备误差、星地信道环境、地形地貌等因素对标校精度的影响。
附图说明
图1为本发明中基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细描述。
本发明公开了一种如图1所示的基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法，卫星通信系统利用星上标校波束形成设备、地面标校站、控制中心和卫星测控站实现卫星天线波束指向的标校，具体包括：
S1，星上标校波束形成设备生成南向、北向、西向、东向四个标校波束，分别记为S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束，使卫星与该四个标校波束的等功率交叠点的连线指向，即等功率交叠点指向，为地面标校站，S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束的覆盖范围分别位于地面标校站的南侧、北侧、西侧、东侧；
S2，地面标校站分别测量S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束的信号功率，t时刻地面标校站对各标校波束的接收信号功率分别记为PS(t)、PN(t)、PW(t)、PE(t)；
S3，地面标校站利用比幅测向法计算等功率交叠点指向在卫星天线波束的滚动方向和俯仰方向上的偏离误差角度θroll(t)和θpitch(t)，其中，所述的滚动方向上的偏离误差角度的计算公式为：
Figure BDA0003626191370000051
其中，kroll为滚动方向幅角转移系数；所述的俯仰方向上的偏离误差角度计算方式为：
Figure BDA0003626191370000052
其中，kpitch为俯仰方向幅角转移系数；
S4，地面标校站利用交叉幅角转移函数分别计算俯仰方向和滚动方向的交叉幅角转移系数，得到俯仰方向和滚动方向的角度偏离量；
对不同滚动方向和俯仰方向的偏离角度位置上的标校波束信号功率进行密集采样，得到4个标校波束信号的功率分布，记为Qi(φroll,φpitch)，其中φroll和φpitch分别为滚动方向和俯仰方向的偏离角度，i＝1,2,3,4，分别对应S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束；
所述的密集采样，是区别于稀疏采样的采样频率高于某一阈值的采样方式。
分别定义俯仰方向和滚动方向的交叉幅角转移函数，其表达式为：
Figure BDA0003626191370000053
其中，Froll(φroll,φpitch)为俯仰方向的交叉幅角转移函数，Fpitch(φroll,φpitch)为滚动方向的交叉幅角转移函数；
考虑俯仰方向的偏离误差角度对滚动方向幅角转移系数的影响，以及滚动方向的偏离误差角度对俯仰方向幅角转移系数的影响，得到t时刻俯仰方向和滚动方向的交叉幅角转移系数分别为：
Figure BDA0003626191370000061
其中，δroll(t)表示t时刻俯仰方向的交叉幅角转移系数，δpitch(t)表示t时刻滚动方向的交叉幅角转移系数，根据交叉幅角转移系数，计算等功率交叠点指向在俯仰方向和滚动方向的偏离角度，其计算公式为：
Figure BDA0003626191370000062
其中，Θroll(PN(t),PS(t),t)和Θpitch(PE(t),PW(t),t)分别表示t时刻等功率交叠点指向在滚动方向和俯仰方向的偏离角度；
S5，地面标校站将角度偏离量通过地面网络传输给控制中心，控制中心判断角度偏离量是否大于预先设定的调整阈值，若大于预先设定的调整阈值，则将角度偏离量传输至卫星测控站，卫星测控站进行卫星姿态调整，并返回步骤S1，否则，直接返回步骤S1。
以上结合附图详细说明了本发明，但是本领域的普通技术人员应当明白，说明书是用于解释权利要求的，本发明的保护范围以权利要求为准，在本发明的基础上，任何所做的修改、等同替换和改进等都应当在所要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法，其特征在于，卫星通信系统利用星上标校波束形成设备、地面标校站、控制中心和卫星测控站实现卫星天线波束指向的标校，该方法具体包括：
S1，星上标校波束形成设备生成南向、北向、西向、东向四个标校波束，分别记为S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束，使卫星与该四个标校波束的等功率交叠点的连线指向，即等功率交叠点指向，为地面标校站，S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束的覆盖范围分别位于地面标校站的南侧、北侧、西侧、东侧；
S2，地面标校站分别测量S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束的信号功率，t时刻地面标校站对各标校波束的接收信号功率分别记为PS(t)、PN(t)、PW(t)、PE(t)；
S3，地面标校站利用比幅测向法计算等功率交叠点指向在卫星天线波束的滚动方向和俯仰方向上的偏离误差角度θroll(t)和θpitch(t)；
S4，地面标校站利用交叉幅角转移函数分别计算俯仰方向和滚动方向的交叉幅角转移系数，得到俯仰方向和滚动方向的角度偏离量；
所述的步骤S4，具体包括：
对不同滚动方向和俯仰方向的偏离角度位置上的标校波束信号功率进行密集采样，得到4个标校波束信号的功率分布，记为Qi(φroll,φpitch)，其中φroll和φpitch分别为滚动方向和俯仰方向的偏离角度，i＝1,2,3,4，分别对应S标校波束、N标校波束、W标校波束、E标校波束；
分别定义俯仰方向和滚动方向的交叉幅角转移函数，其表达式为：
Figure FDA0003894452960000021
其中，Froll(φroll,φpitch)为俯仰方向的交叉幅角转移函数，Fpitch(φroll,φpitch)为滚动方向的交叉幅角转移函数；
考虑俯仰方向的偏离误差角度对滚动方向幅角转移系数的影响，以及滚动方向的偏离误差角度对俯仰方向幅角转移系数的影响，得到t时刻俯仰方向和滚动方向的交叉幅角转移系数分别为：
Figure FDA0003894452960000022
其中，δroll(t)表示t时刻俯仰方向的交叉幅角转移系数，δpitch(t)表示t时刻滚动方向的交叉幅角转移系数，根据交叉幅角转移系数，计算等功率交叠点指向在俯仰方向和滚动方向的偏离角度，其计算公式为：
Figure FDA0003894452960000023
其中，Θroll(PN(t),PS(t),t)和Θpitch(PE(t),PW(t),t)分别表示t时刻等功率交叠点指向在滚动方向和俯仰方向的偏离角度；
S5，地面标校站将角度偏离量通过地面网络传输给控制中心，控制中心判断角度偏离量是否大于预先设定的调整阈值，若大于预先设定的调整阈值，则将角度偏离量传输至卫星测控站，卫星测控站进行卫星姿态调整。
2.如权利要求1所述的基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法，其特征在于，步骤S3中，所述的滚动方向上的偏离误差角度的计算公式为：
Figure FDA0003894452960000031
其中，kroll为滚动方向幅角转移系数；所述的俯仰方向上的偏离误差角度计算方式为：
Figure FDA0003894452960000032
其中，kpitch为俯仰方向幅角转移系数。
CN202210494029.4A 2022-05-02 2022-05-02 基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法 Active CN115009544B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210494029.4A CN115009544B (zh) 2022-05-02 2022-05-02 基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210494029.4A CN115009544B (zh) 2022-05-02 2022-05-02 基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115009544A CN115009544A (zh) 2022-09-06
CN115009544B true CN115009544B (zh) 2022-12-16

Family

ID=83068919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210494029.4A Active CN115009544B (zh) 2022-05-02 2022-05-02 基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115009544B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102566408A (zh) * 2010-12-10 2012-07-11 上海卫星工程研究所 卫星时钟的校准系统及其校准方法
CN103245958A (zh) * 2013-05-22 2013-08-14 中国电子科技集团公司第五十四研究所 适合卫星导航数字多波束阵列的标校分配网络装置
CN207523959U (zh) * 2016-11-30 2018-06-22 中国科学院上海技术物理研究所 用于线阵红外地球敏感器变轨道极性测量的地球模拟器
CN112193439A (zh) * 2020-10-08 2021-01-08 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 一种星地一体化的高精度卫星多波束标校方法
CN113353291A (zh) * 2021-06-02 2021-09-07 航天东方红卫星有限公司 一种进行卫星对地指向角度调整的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102566408A (zh) * 2010-12-10 2012-07-11 上海卫星工程研究所 卫星时钟的校准系统及其校准方法
CN103245958A (zh) * 2013-05-22 2013-08-14 中国电子科技集团公司第五十四研究所 适合卫星导航数字多波束阵列的标校分配网络装置
CN207523959U (zh) * 2016-11-30 2018-06-22 中国科学院上海技术物理研究所 用于线阵红外地球敏感器变轨道极性测量的地球模拟器
CN112193439A (zh) * 2020-10-08 2021-01-08 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 一种星地一体化的高精度卫星多波束标校方法
CN113353291A (zh) * 2021-06-02 2021-09-07 航天东方红卫星有限公司 一种进行卫星对地指向角度调整的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
利用星地差分GPS的地基测控系统实时标校方法;彭震;《中国空间科学技术》;20200316;全文 *
基于跟踪精轨卫星的雷达角度标校方法研究;张健;《现代雷达》;20220325;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115009544A (zh) 2022-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112193439B (zh) 一种星地一体化的高精度卫星多波束标校方法
US8184042B2 (en) Self calibrating conformal phased array
EP2875592B1 (en) Ground assisted satellite antenna pointing system
CN110058204B (zh) 一种基于方向图匹配的星载天线波束中心定标方法
CN113078939B (zh) 一种通信卫星多波束指向标校测量误差估计方法
CN110531315B (zh) 一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法及定位装置
CN105403887A (zh) 基于ins的机载sar实时运动补偿方法
CN109631884A (zh) 一种基于单浮标的无源水下导航方法
CN104765047B (zh) 同步卫星运动导致站间时间同步误差的修正方法
CN114413932B (zh) 一种基于车载平台间通信的定位误差修正测试方法
US11953607B2 (en) Navigation with differential carrier phase measurement from low earth orbit satellites
CN115009544B (zh) 基于交叉幅角转移函数的卫星多波束测向标校方法
CN114866131B (zh) 面向指向精度和覆盖需求的多星联合标校方法
CN113794497A (zh) 一种具有抗干扰定位功能的移动卫星通信天线终端
JP2005249629A (ja) 電波到来方向特定システム
CN110988858B (zh) 一种双波束微波着陆雷达高精度测距方法及系统
CN109975620B (zh) 一种全空域相控阵被测天线旋转模拟校准系统及方法
CN111638514A (zh) 无人机测高方法及无人机导航滤波器
CN109856619B (zh) 一种雷达测向相对系统误差修正方法
CN109471102B (zh) 一种惯组误差修正方法
JP4892695B2 (ja) キネマティックｇｐｓを活用した計器校正飛行試験方法
CN107894589B (zh) 基于双频连续波应答机天线的运载火箭二维姿态测量方法
CN112859053A (zh) 一种标定激光雷达时变参数的方法及系统
CN114155347A (zh) 基于菲波那契网格的星载无源定位误差分布图投影方法
CN112485778A (zh) 机载雷达杂波距离弯曲校正方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant