一種運動狀態(tài)下尋星的動中通天線極化角分時控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明提供了一種運動狀態(tài)下尋星的動中通天線極化角分時控制方法，適用于要 求運動狀態(tài)下天線對準衛(wèi)星的場合，屬于衛(wèi)星通訊技術領域。
【背景技術】
[0002] 采用慣導方案的動中通進行天線尋星時，需要在已知載體俯仰角、滾動角以及航 向角的情況下，通過坐標轉換解算出天線各軸驅動角度并驅動天線指向目標衛(wèi)星。目前，慣 導系統(tǒng)運動狀態(tài)下初始對準方法與靜態(tài)時不同，運動狀態(tài)下慣導系統(tǒng)載體姿態(tài)和航向角解 算是采用粗精結合的動態(tài)對準方法實現(xiàn)的。首先采用解析式粗對準算法獲得載體粗略姿態(tài) 和航向角后，解算出天線俯仰角和極化角，再由天線控制系統(tǒng)驅動天線俯仰軸和極化軸轉 動到位。之后，進入卡爾曼濾波精對準過程并解算出載體準確的姿態(tài)和航向角，調整天線俯 仰角和方位角，并驅動天線俯仰軸和方位軸轉動指向衛(wèi)星，完成天線動態(tài)尋星過程。
[0003] 從上述天線尋星過程可以看出，天線極化角解算及驅動控制只在慣導系統(tǒng)完成粗 對準后執(zhí)行一次，卡爾曼濾波精對準過程只對天線俯仰角和方位角進行調整。因此，天線極 化角解算及控制精度全部依賴于慣導系統(tǒng)粗對準算法精度。粗對準算法在載體靜止時姿態(tài) 和航向解算精度較高，當載體處于運動狀態(tài)時載體姿態(tài)和航向角解算精度較差，必然會導 致天線極化角存在解算誤差，影響天線對星精度。
[0004] 在低動態(tài)應用環(huán)境下，如一般車載環(huán)境，載體粗對準姿態(tài)和航向角解算誤差相對 較小，由此解算出的天線極化角能滿足低動態(tài)應用環(huán)境的尋星要求。尤其在使用帶寬較寬 波段衛(wèi)星信號情況下，天線極化角誤差不會造成天線尋星精度的降低。
[0005] 但針對船載、機載等大動態(tài)應用環(huán)境，載體粗對準姿態(tài)和航向角誤差將明顯增加， 天線極化角誤差也會隨之增加，勢必引起載體大動態(tài)下天線尋星精度的降低。尤其對于帶 寬較窄波段衛(wèi)星信號而言，天線極化角誤差增加會嚴重影響大動態(tài)下的衛(wèi)星跟蹤精度。
[0006] 通過上述分析可知，在大動態(tài)環(huán)境下利用粗對準姿態(tài)和航向角解算的天線極化角 誤差較大。該誤差會影響天線大動態(tài)下的尋星精度，尤其影響帶寬較窄波段衛(wèi)星信號的天 線尋星及跟蹤精度。
[0007] 因此，如何實現(xiàn)大動態(tài)環(huán)境下天線極化角的高精度解算及驅動控制是天線控制系 統(tǒng)動態(tài)尋星的一個難點。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明的技術解決問題：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種運動狀態(tài)下尋星的動 中通天線極化角分時控制方法，解決了動態(tài)尋星時天線極化角解算精度差導致天線尋星精 度受損的問題。
[0009] 本發(fā)明的技術解決方案：
[0010] 一種運動狀態(tài)下尋星的動中通天線極化角分時控制方法，所述動中通包括天線、 天線控制系統(tǒng)、慣導系統(tǒng)，步驟如下：
[0011] (1)在天線控制系統(tǒng)上電后，慣導系統(tǒng)讀取當前天線極化軸角度PolarAnow和天 線極化對星模式調整角度PolarCtr，設置標準模式標志Polar Turn，初始值為0 ;
[0012] (2)根據(jù)步驟（1)中讀取出的天線極化軸角度PolarAnow和天線極化對星模式調 整角度PolarCtr，設置標準模式標志PolarTurn，之后進入步驟（3);
[0013] (3)若標準模式標志PolarTurn有效，即PolarTurn = 1，則根據(jù)載體和衛(wèi)星 的位置信息解算出極化軸標準角度fjihua'，并計算出極化角度驅動量APolarA = fjihua' -PolarAnow ;將角度驅動量APolarA均分到多個導航周期內，并發(fā)送到天線控制 系統(tǒng)，驅動天線極化軸轉動，最后將天線極化軸角度PolarAnow的值設置為極化軸標準角 度fjihua'，即PolarAnow = fjihua'，之后進入步驟（4);若標準模式標志PolarTurn無效， 即PolarTurn = 0,則直接進入步驟（4);所述載體是指承載動中通系統(tǒng)的運輸設備；
[0014] (4)保持步驟（3)中轉動后的天線極化軸位置不變，解算出載體的姿態(tài)角，并根據(jù) 載體姿態(tài)角計算天線的俯仰軸角度和方位軸角度，完成天線俯仰和方位軸的驅動，之后進 入步驟（5);
[0015] (5)計算天線極化軸目標角度fjihua，并重新計算極化角度驅動量APolarA = fJihua-PolarAnow ;將重新計算得到的極化角度驅動量A PolarA均分到多個導航周期內， 并發(fā)送到天線控制系統(tǒng)，驅動天線極化軸轉動到目標角度fjihua，完成天線極化軸動態(tài)尋 星時的驅動控制。
[0016] 所述計算天線極化軸目標角度f Jihua具體為：
[0018] 其中，P、R、Y分別為載體當前俯仰角、滾動角和航向角。
[0019] 所述根據(jù)載體和衛(wèi)星的位置信息解算出極化軸標準角度fjihua'具體為：
度和載體煒度。
[0020] 所述步驟（2)根據(jù)讀取出的天線極化軸角度PolarAnow和天線極化對星模式調整 角度PolarCtr，設置標準模式標志PolarTurn具體為：
[0021]當 PolarCtr = 0。并且 PolarAnow〈_45° 時，PolarTurn = 1 ;
[0022] 當 PolarCtr = 0。并且 PolarAnow ^ -45。時，PolarTurn = 0 ;
[0023]當 PolarCtr = -90。并且 PolarAnow>_45° 時，PolarTurn = 1 ;
[0024]當 PolarCtr =-90。并且 PolarAnow <-45。時，PolarTurn = 0〇
[0025] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點如下：
[0026](1)本發(fā)明改變了天線極化角解算和驅動控制方法，將天線極化角設計為二級解 算及驅動控制。首次解算及驅動控制為天線極化軸標準角度驅動，該標準角度是根據(jù)載體 和衛(wèi)星位置信息以及天線極化對星模式調整角度PolarCtr計算得到的，不受載體當前姿 態(tài)和航向角影響，無解算誤差，因此首次解算和驅動控制不影響天線極化角尋星精度。第二 次解算及驅動控制是在精對準完成后進行的，相比利用粗對準姿態(tài)和航向角解算的天線極 化角，精度明顯提高，有效實現(xiàn)了大動態(tài)情況下天線極化角的高精度解算及驅動控制。
[0027] (2)權利要求2的計算公式，在解算天線極化角時考慮了載體姿態(tài)和航向信息對 天線極化角解算精度的影響，將載體當前姿態(tài)和航向信息引入到算法公式中，解算出高精 度的天線極化軸目標角度，實現(xiàn)了大動態(tài)下載體姿態(tài)和航向角變化劇烈時天線極化角的高 精度解算。
[0028] (3)權利要求3的計算公式解算出的天線極化角有效隔離了載體姿態(tài)和航向信 息，只利用載體和衛(wèi)星位置信息計算出天線極化軸標準角度。而且利用天線極化對星模式 調整角度PolarCtr，實現(xiàn)天線水平極化和垂直極化兩種控制模式的轉換，為本發(fā)明天線極 化角的首次解算提供了計算依據(jù)。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
【具體實施方式】
[0030] 動中通（SOTM，SatcomOnThe Move)是"移動中的衛(wèi)星地面站通信系統(tǒng)"的簡稱， 其利用地球同步靜止衛(wèi)星作為通信信號的中轉平臺，實現(xiàn)其覆蓋區(qū)域內的點到點、點到多 點、多點到多點的實時通信。主要特點為：衛(wèi)星覆蓋區(qū)域大，不受地域、距離等因素限制，專 用傳輸信道，傳輸帶寬大，傳輸速率高；可實現(xiàn)遠程視頻圖像、伴音、電話以及數(shù)據(jù)傳輸。所 述動中通包括天線、天線控制系統(tǒng)、慣導系統(tǒng)。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種運動狀態(tài)下尋星的動中通天線極化角分時控制方 法，步驟如下：
[0032] (1)在天線控制系統(tǒng)上電后，慣導系統(tǒng)讀取當前天線極化軸角度PolarAnow和天 線極化對星模式調整角度PolarCtr，設置標準模式標志Polar Turn，初始值為0 ;
[0033] (2)根據(jù)步驟（1)中讀取出的天線極化軸角度PolarAnow和天線極化對星模式調 整角度PolarCtr，設置標準模式標志PolarTurn，之后進入步驟（3);
[0034]具體為：
[0035]當 PolarCtr = 0。并且 PolarAnow〈_45° 時，PolarTurn = 1;
[0036]當 PolarCtr = 0。并且 PolarAnow ^ -45。時，PolarTurn = 0;
[0037]當 PolarCtr = -90。并且 PolarAnow>_45° 時，PolarTurn = 1;
[0038]當 PolarCtr =-90。并且 PolarAnow <-45。時，PolarTurn = 0〇
[0039] (3)若標準模式標志PolarTurn有效，即PolarTurn = 1，則根據(jù)載體和衛(wèi)星的位 置信息解算出極化軸標準角度fjihua'，
衛(wèi)星經(jīng)度、載體經(jīng)度和載體煒度。
[0041] 并計算出極化角度驅動量A PolarA = fjihua' -PolarAnow;將角度驅動量 APolarA均分到多個導航周期內，并發(fā)送到天線控制系統(tǒng)，驅動天線極化軸轉動；具體實 現(xiàn)方法如下：
[0042] 設置導航周期計時器M和角度驅動步數(shù)A PolarACnt，初值均為0 ;根據(jù)預設步長 角度STEP計算角度驅動總步數(shù)APolarACnt = INT (A PolarA/STEP)，并執(zhí)行步驟（a):[0043] (a)導航周期計時器M開始計時，當導航周期計時器M = 5ms時，發(fā)送預設步長角 度STEP到天線控制系統(tǒng)，并清除導航周期計時器M = 0,進入步驟（b);
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