一种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法，针对卫星任务规划中计算卫星星体遮挡对地数传天线时间的问题，考虑卫星姿态信息、卫星位置以及地面站位置，设计了一种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法。该方法将星体遮挡对地数传天线的动作抽象为空间几何关系，然后利用向量工具为该几何关系建立模型，最后输入卫星姿态信息、卫星瞬时精轨根数、卫星过地面站时间、地面站位置等信息，利用模型输出的数据进行计算，最终得到星体遮挡对地数传天线的时间。该方法具有计算效率高、易于实现、易于扩展、兼容性强的特点。
【专利说明】
一种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法，特别适用于卫星任务规划领域中计算卫星星体遮挡对地数传天线时间的问题。
【背景技术】
[0002]卫星在执行回放、实传以及边记边放等任务期间需要进行侧摆、俯仰等卫星姿态调整。由于卫星对地数传天线安装位置的限制，使得卫星星体在某些情况下会限制卫星对地数传天线对可传转角的范围。为了保证顺利的执行卫星任务以及正确的规划卫星任务，需要对卫星对地数传发生遮挡的时间进行精确计算。
[0003]计算卫星星体遮挡对地数传的时间的目的在于提前判定卫星在特定姿态下与指定地面站是否具有可通信的能力，若发生了星体遮挡对地数传天线的情况出现，则需要在卫星任务规划中提前规避遮挡时段，采取卫星换站下传等措施。使用传统的基于坐标系转换的计算方法判断星体是否遮挡对地数传天线的过程复杂且抽象、不易进行错误调试与检查、兼容不高。
【发明内容】
[0004]本发明所需解决的技术问题在于避免上述【背景技术】中的不足之处而提供一种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法。本发明具有逻辑清晰可见、计算效率高、易于实现与调试、易于扩展、兼容性强等特点。
[0005]本发明所要解决的技术问题是由以下技术方案实现的:
[0006]—种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法，包括以下步骤:
[0007](I)根据卫星星体结构设计，分析得到卫星星体遮挡对地数传天线时的卫星星体与对地数传天线波束之间的几何运动关系；
[0008](2)建立空间向量模型:根据卫星星体与对地数传天线波束之间的几何运动关系建立卫星本体坐标系并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量;建立对地数传天线视场坐标轴，并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量在对地数传天线视场坐标轴Y轴与Z轴平面上的投影向量，将该投影向量与对地数传天线视场坐标轴Z轴之间的夹角作为第一夹角，将该投影向量与对地数传天线视场坐标轴Y轴之间的夹角作为第二夹角；
[0009](3)向步骤(2)建立的空间向量模型输入卫星瞬时精轨根数、卫星过地面站时间和地面站位置，利用空间向量模型输出的第一夹角和第二夹角的值计算卫星星体遮挡对地数传天线的时间；
[0010]完成卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算。
[0011]其中，步骤(2)中根据卫星星体与对地数传天线波束之间的几何运动关系建立卫星本体坐标系并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量;建立对地数传天线视场坐标轴，并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量在对地数传天线视场坐标轴Y轴与Z轴平面上的投影向量，具体包括以下步骤:
[0012](201)在卫星上建立卫星本体坐标轴;所述的卫星本体坐标轴中卫星飞行方向为X轴，卫星中心指向地心的方向为Z轴，卫星飞行方向的右侧为Y轴，构成右手坐标系；
[0013](202)根据星体姿态信息修正卫星本体坐标轴，在修正后的卫星本体坐标轴上建立卫星本体坐标系；
[0014](203)根据卫星星体实际尺寸计算出对地数传天线波束发射点在卫星本体坐标系中的坐标，根据坐标在卫星本体坐标系中建立对地数传天线波束发射点，并建立对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量；
[0015](204)在卫星上建立对地数传天线视场坐标轴;所述的对地数传天线视场坐标轴中中卫星飞行方向为X轴，卫星中心指向地心的方向为Z轴，卫星飞行方向的右侧为Y轴，构成右手坐标系；
[0016](205)建立对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量在对地数传天线视场坐标轴Y轴与Z轴组成的平面上的投影向量。
[0017]其中，步骤(3)具体为:
[0018]向该空间向量模型输入卫星瞬时精轨根数、卫星过地面站时间和地面站位置，利用模型计算卫星过地面站时间内每一时刻第一夹角与第二夹角的值，利用第二夹角的大小判定第一夹角的正负，得到判定后每一时刻第一夹角的值，判断判定后每一时刻第一夹角的值是否超出规定的对地数传可传转角范围，所有超出对地数传可传转角范围的时刻即为发生卫星星体遮挡对地数传天线的时刻，这些时刻组成了最终的遮挡时段。
[0019]其中，利用第二夹角的大小判定第一夹角的正负具体为:
[0020]当第二夹角大于等于90°时，第一夹角为负方向转角，当第二夹角小于90°时，第一夹角为正方向转角。
[0021 ]本发明与【背景技术】相比具有如下优点:
[0022]1、本发明使用空间向量工具建立模型模拟星体遮挡对地数传天线的过程，逻辑清晰可见；
[0023]2、本发明计算效率高且稳定；
[0024]3、本发明还具有易于实现与调试的特点；
[0025]4、本发明具有易于扩展、兼容性强的特点。
【附图说明】
[0026]图1为卫星向内飞行遮挡发生时卫星星体与对地数传波束几何关系示意图；
[0027]图2为卫星建立本体坐标轴并加入卫星姿态信息示意图；
[0028]图3为建立对地数传天线波束发射点与地面站连线向量示意图；
[0029]图4为I旲型完成不意图。
【具体实施方式】
[0030]下面，结合图1至图4对本发明作进一步说明。
[0031]一种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法，包括以下步骤:
[0032](I)根据卫星星体结构设计，分析发生遮挡时卫星星体与对地数传天线波束的几何关系，卫星对地数传天线安装在星体的一侧，当卫星向另一侧侧摆时，卫星星体会进入对地数传天线对地可传视场，限制了对地数传天线在卫星轨道面垂直的平面内以卫星飞行方向为轴的转动范围。以本实施方案为例，使其可传转动范围由65°?-65°变为65°?-35°，其正负关系为指向地心方向为零位，卫星飞行方向左侧为正，右侧为负。根据对地数传天线与地面站连线向量在卫星轨道面垂直的平面内以卫星飞行方向为轴的转角大小是否超出上述范围判定其是否发生卫星星体遮挡，如图1所示。
[0033](2)使用空间向量工具中的空间要素(2)建立空间向量模型:根据卫星星体与对地数传天线波束之间的几何运动关系建立卫星本体坐标系并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量;建立对地数传天线视场坐标轴，并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量在对地数传天线视场坐标轴Y轴与Z轴平面上的投影向量，将该投影向量与对地数传天线视场坐标轴Z轴之间的夹角作为第一夹角，将该投影向量与对地数传天线视场坐标轴Y轴之间的夹角作为第二夹角;具体包括以下步骤:
[0034](201)在卫星上建立卫星本体坐标轴RoIIBodyAexs ；所述的卫星本体坐标轴RollBodyAexs中卫星飞行方向为X轴，卫星中心指向地心的方向为Z轴，卫星飞行方向的右侧为Y轴，构成右手坐标系；
[0035](202)如图2，根据星体姿态信息修正卫星本体坐标轴，在修正后的卫星本体坐标轴上建立卫星本体坐标系Rol lBodySystem，根据卫星星体实际尺寸计算出对地数传天线的波束发射点AntennaPoint在卫星本体坐标系中的坐标，根据坐标在卫星本体坐标系中建立对地数传天线波束发射点，并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量AntennaToFacilityVector，如图 2;
[0036](203)在卫星上建立对地数传天线视场坐标轴ViewAexs;所述的对地数传天线视场坐标轴中的卫星飞行方向为X轴，卫星中心指向地心的方向为Z轴，卫星飞行方向的右侧为Y轴，构成右手坐标系；
[0037]( 2 O 4 )作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量AntennaToFaciIityVector在对地数传天线视场坐标轴Y轴与Z轴组成的平面ViewYZ上的投影向量VectorYZ，如图3，建立该投影向量与对地数传天线视场坐标轴Z轴之间的夹角，作为第一夹角XAngle，建立该投影向量与对地数传天线视场坐标轴Y轴之间的夹角，作为第二夹角TempXAngle，模型建立完成，如图4。
[0038](3)向向步骤(2)建立的空间向量模型输入卫星瞬时精轨根数、卫星过地面站时间和地面站位置，利用模型计算卫星过地面站时间内每一时刻第一夹角与第二夹角的值，利用第二夹角的大小判定第一夹角的正负，当第二夹角大于等于90°时，第一夹角为负方向转角，当第二夹角小于90°时，第一夹角为正方向转角;得到判定后每一时刻第一夹角的值，判断判定后每一时刻第一夹角的值是否超出了-35°至65°的范围，所有超出对地数传可传转角范围的时刻即为发生卫星星体遮挡对地数传天线的时刻，这些时刻组成了最终的遮挡时段。
【主权项】
1.一种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)根据卫星星体结构设计，分析得到卫星星体遮挡对地数传天线时的卫星星体与对地数传天线波束之间的几何运动关系； (2)建立空间向量模型:根据卫星星体与对地数传天线波束之间的几何运动关系建立卫星本体坐标系并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量;建立对地数传天线视场坐标轴，并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量在对地数传天线视场坐标轴Y轴与Z轴平面上的投影向量;将该投影向量与对地数传天线视场坐标轴Z轴之间的夹角作为第一夹角，将该投影向量与对地数传天线视场坐标轴Y轴之间的夹角作为第二夹角； (3)向步骤(2)建立的空间向量模型输入卫星瞬时精轨根数、卫星过地面站时间和地面站位置，利用空间向量模型输出的第一夹角和第二夹角的值计算卫星星体遮挡对地数传天线的时间； 完成卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算。2.根据权利要求1所述的一种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法，其特征在于:步骤(2)中根据卫星星体与对地数传天线波束之间的几何运动关系建立卫星本体坐标系并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量;建立对地数传天线视场坐标轴，并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量在对地数传天线视场坐标轴Y轴与Z轴平面上的投影向量，具体包括以下步骤: (201)在卫星上建立卫星本体坐标轴;所述的卫星本体坐标轴中卫星飞行方向为X轴，卫星中心指向地心的方向为Z轴，构成右手坐标系； (202)根据星体姿态信息修正卫星本体坐标轴，在修正后的卫星本体坐标轴上建立卫星本体坐标系； (203)根据卫星星体实际尺寸计算出对地数传天线波束发射点在卫星本体坐标系中的坐标，将坐标位置作为对地数传天线波束发射点，并作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量； (204)在卫星上建立对地数传天线视场坐标轴；所述的对地数传天线视场坐标轴中中卫星飞行方向为X轴，卫星中心指向地心的方向为Z轴，构成右手坐标系； (205)作对地数传天线波束发射点与地面站连线的向量在对地数传天线视场坐标轴Y轴与Z轴组成的平面上的投影向量。3.根据权利要求2所述的一种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法，其特征在于，步骤(3)具体为: 向该空间向量模型输入卫星瞬时精轨根数、卫星过地面站时间和地面站位置，利用空间向量模型计算卫星过地面站时间内每一时刻第一夹角与第二夹角的值;利用第二夹角的大小判定第一夹角的正负，得到判定后每一时刻第一夹角的值，判断判定后每一时刻第一夹角的值是否超出规定的对地数传可传转角范围，所有超出对地数传可传转角范围的时刻即为发生卫星星体遮挡对地数传天线的时刻，这些时刻组成了最终的遮挡时段。4.根据权利要求3所述的一种卫星星体遮挡对地数传天线时间的计算方法，其特征在于，利用第二夹角的大小判定第一夹角的正负具体为: 当第二夹角大于等于90°时，第一夹角为负方向转角，当第二夹角小于90°时，第一夹角为正方向转角。
【文档编号】G06F17/16GK106095731SQ201610683147
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月18日 公开号201610683147.4, CN 106095731 A, CN 106095731A, CN 201610683147, CN-A-106095731, CN106095731 A, CN106095731A, CN201610683147, CN201610683147.4
【发明人】彭会湘, 杜楚, 李峰, 刘让国
【申请人】中国电子科技集团公司第五十四研究所