高轨遥感卫星测控天线增益凹区在轨有效规避方法与流程

本文提供了一种卫星在轨使用时，对测控天线增益凹区有效规避的方法。根据卫星在轨测控特点，合理选择地面测控站，有效规避测控风险。

背景技术：

静止轨道通信卫星和导航卫星对地面无大体量相机载荷，可以在对地面安装专门的天线塔，采用测控天线塔的方式安装测控天线。静止轨道通信卫星和导航卫星测控天线均处于对地面最高处，可以保证测控天线视场不受遮挡，不会出现覆盖区内测控天线增益明显波动和凹区的问题。

gf-4卫星是国内首颗静止轨道遥感卫星，采用高轨遥感卫星平台。高精度相机安装在对地面，其中相机遮光罩高2.5米，口径0.7米。测控天线的安装位置受限于遮光罩设计，卫星对地面测控天线必须安装在相机遮光罩上，考虑到相机成像质量因素，测控天线位置不可高于遮光罩，因此测控天线位置与相机遮光罩顶端位置平齐。受限于这种特定的安装方式下，测控天线视场会受到相机遮光罩的遮挡，测控天线覆盖区内会不可避免的产生较大起伏的增益凹区。由于相机遮光罩的遮挡无法避免，因此增益凹区也是客观存在的，如何准确判断增益凹区的空间位置，选择可用的地面站进行在轨规避，保证卫星安全测控，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：针对因高轨遥感卫星测控天线安装方式引起的天线视场受遮挡，覆盖区内产生较大起伏的增益凹区的特性，在卫星测控过程中，根据测控天线增益凹区的空间位置，合理选取地面站，使得测控天线增益凹区不会对地面站的测控任务造成影响，有效规避了测控风险。

本发明的技术解决方案是：

提供一种高轨遥感卫星测控天线增益凹区有效规避方法，包括如下步骤：

(1)将多个卫星测控天线安装在遮光罩顶端；

(2)根据卫星测控天线实测方向图，确定增益凹区的标定位置；

(3)根据卫星转移轨道变轨过程的卫星轨道和姿态，对卫星的空间位置进行动态仿真；根据步骤(2)中所确定的增益凹区的标定位置，获得转移轨道变轨过程测控天线增益凹区的位置区域α1；

(4)根据卫星正常轨道常规成像过程的卫星轨道和姿态，对卫星的空间位置进行动态仿真；根据步骤(2)中所确定的增益凹区的标定位置，获得卫星正常轨道常规成像过程测控天线增益凹区的位置区域α2；

(5)根据卫星阳光规避过程下的卫星轨道和姿态变化，对卫星的空间位置进行动态仿真；根据步骤(2)中所确定的增益凹区的标定位置，获得卫星阳光规避过程下测控天线增益凹区的位置区域α3；

(6)实时检测卫星实际在轨位置，获取地面测控站的位置，确定地面测控站天线和卫星测控天线的相对位置，以及卫星测控天线的增益凹区的实际位置为区域α1、α2还是α3；确定卫星测控天线的方向和地面测控站天线的方向z；

(7)判断同一时刻，在轨卫星的测控天线实际增益凹区空间位置与地面站对于卫星测控天线的测控空间位置的关系；如果两个空间位置重合，则更换的地面站则返回步骤(6)；

如果两个位置不重合，则使用该地面站通讯。

优选的，步骤(2)中根据卫星测控天线实测方向图，确定增益凹区的标定位置的具体方法为：从卫星测控天线实测方向图中获取天线增益，天线某一位置z(θ，φ)增益小于指标阈值时，判断该点为增益凹点，多个增益凹点组成的区域为增益凹区，确定增益凹区在天线本体坐标系下的标定位置。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明根据卫星的实际工作情况对高轨遥感卫星转移轨道变轨过程、正常轨道常规成像过程、阳光规避过程中的测控天线增益凹区位置进行了动态仿真，对卫星的各种工作状态全面考虑，对测控天线的增益凹区进行提前预判，为后续卫星实际飞行情况下增益凹区的准确计算提供依据。

(2)在实际卫星飞行过程中，根据测控天线增益凹区的空间位置，合理选取地面站，使得测控天线增益凹区不会对地面站的测控任务造成影响，有效规避测控风险。

附图说明

图1为测控天线安装在遮光罩上的结构示意图；

图2为天线本体坐标系示意图。

具体实施方式

下面详细介绍本发明高轨遥感卫星测控天线增益凹规避方法，步骤如下：

(1)将多个测控天线安装在遮光罩顶端，多个测控天线之间保持合适的位置间距，保证多个测控天线之间的距离满足隔离度要求。

(2)通过卫星辐射模型(rm)星测试，得到测控天线实测方向图，从方向图中获取天线增益，天线某一位置z(θ，φ)增益小于指标阈值时，判断该点为增益凹点，多个增益凹点组成的区域为增益凹区，确定增益凹区在天线本体坐标系下的标定位置。天线本体坐标系定义如见附图2，以天线的轴向为z轴，天线的中心为原点o，xoy平面垂直于z轴。其中θ：与天线中心轴夹角。φ：在xoy平面内，与x轴夹角。

(3)根据卫星转移轨道变轨过程的卫星轨道和姿态，对卫星在地心惯性坐标系下的空间位置进行动态仿真；结合测控天线安装位置和方向，得到测控天线空间位置和天线轴向指向的动态仿真；结合增益凹区的天线本体坐标系下的标定位置，进行坐标转换，转换为地心惯性坐标系下的位置，获得转移轨道变轨过程测控天线增益凹区的位置区域α1；

(4)根据卫星正常轨道常规成像过程的卫星轨道和姿态，对卫星在地心惯性坐标系下的空间位置进行动态仿真；结合测控天线安装位置和方向，得到测控天线空间位置和天线轴向指向的动态仿真；结合增益凹区的天线本体坐标系下的标定位置，进行坐标转换，转换为地心惯性坐标系下的位置，获得卫星正常轨道常规成像过程测控天线增益凹区的位置区域α2；

(5)根据卫星阳光规避过程下的卫星轨道和姿态变化，对卫星在地心惯性坐标系下的空间位置进行动态仿真；结合测控天线安装位置和方向，得到测控天线空间位置和天线轴向指向的动态仿真；结合增益凹区的天线本体坐标系下的标定位置，进行坐标转换，转换为地心惯性坐标系下的位置，获得卫星阳光规避过程下测控天线增益凹区的位置区域α3；

(6)地心惯性坐标系下，获得所有可用的地面测控站的位置；

(7)根据卫星转移轨道变轨过程、正常轨道常规成像过程、阳光规避过程三个过程，以及这三个过程可供使用的地面站位置信息，综合判断这三个过程中所有的测控时段在轨卫星的测控天线实际增益凹区空间位置与地面测控站空间位置的关系；

如果在测控时段中，在轨卫星的测控天线实际增益凹区空间位置与地面测控站空间位置相互独立，则测控天线的增益凹区不会影响到卫星的正常测控使用，可以不予处理。

如果在某一个测控时段，测控天线实际增益凹区空间位置与某个地面测控站空间位置重合，则在实际测控过程中，该地面测控站处于测控天线实际增益凹区位置，如果使用，将会影响卫星测控应用。应对此情况采取提前规避措施，更换其他不受影响的卫星测控站进行卫星测控，在测控时段中不使用处于测控天线实际增益凹区的地面测控站进行卫星测控；

在实际卫星测控过程中，合理选取地面站，使得测控天线增益凹区不会对地面站的测控任务造成影响，有效规避测控风险。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。