基于前馈的遥感卫星地面接收天线伺服控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及卫星地面数据接收站技术领域，更为具体地，涉及一种基于前馈的遥 感卫星地面接收天线伺服控制方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着对地观测技术及应用需求的发展，星地链路需要传输的信息速率越来越高， 占用的带宽也越来越宽，宽带高速传输已经成为星地数据传输的必然趋势。为适应海量数 据的传输需求，传输信道所使用的频段也不断提高，星地数传信道逐渐由X频段向Ka频段过 渡。Ka频段可用的带宽较宽，可以满足较大的传输带宽和较高码速率的传输需要，已成为星 地数据传输的发展方向。
[0003] Ka频段波束非常窄，且低轨道极轨卫星目标的运动速度很快。而大型天线考虑安 全及功率等因素，天线系统速度、加速度受到一定的限制，存在一定的动态滞后，特别是在 过顶前后这个问题更为突出。目前低轨道极轨卫星地面接收天线大多采用误差控制的闭环 伺服系统，这种控制方式已难以满足上述高动态、高精度的要求。
[0004] 为了提高伺服系统的控制精度，一是尽量提高系统的结构谐振频率，提高系统的 加速度误差常数；二是采用高阶无静差系统;三是采用复合控制方法，提高系统的无静差 度。前两种措施受到许多因数的制约，限制了伺服系统控制精度的提高。
[0005] 低轨遥感卫星其轨道高度一般在300km-1000km之间，对方位-俯仰-7°倾角斜转台 的三轴天线座架，目标在正过顶时所需天线方位最大角速度为：
(1)
[0007]方位最大角加速度：
(2)
[0009] Ka频段(按27GHz、12米口径天线计算)允许的动态滞后误差为(保精度跟踪）：
[0010] e<(0i/2/lO)=O.00625° (3)
[0011]加速度误差系数K为：
(4)
[0013] 因此，为实现Ka频段过顶时的保精度跟踪，所需的加速度误差系数K须大于36.63 (1/s2)。
[0014] 根据工程经验，在没有复合控制的情况下，一个12米天线系统的加速度误差常数 一般能达到8左右。由此可见，对于工作在25~27GHz频段的大口径天线来说，这种控制方式 已难以满足上述要求，目标过顶前后速度和加速度的急剧变化会使天线产生动态滞后，不 能精确对准目标甚至丢失目标。
【发明内容】
[0015] 鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于前馈的遥感卫星地面接收天线伺服 控制方法及系统，以解决上述【背景技术】中所提出的问题。
[0016] 本发明提供一种基于前馈的遥感卫星地面接收天线伺服控制方法，包括：
[0017] 步骤1:计算卫星的实时方位角Aj和俯仰角Ej;其中，
[0018]在程序引导方式下，卫星的实时方位角幻为卫星轨道预报的方位角，卫星的实时 俯仰角Ej为卫星轨道预报的俯仰角；
[0019]在自动跟踪方式模式下，利用方位角误差电压仏和俯仰角误差电压Ue，计算卫星的 实时方位角Aj和俯仰角Ej;
[0020]首先，根据预先标定的定向灵敏度系数M分别将跟踪接收机实时输出的方位角误 差电压Ua和俯仰角误差电压仏折算为方位角位置差A、和俯仰角位置差A & ;其中，
[0021 ]方位角位置差的折算公式为：
[0022] A Aj = Ua/M；
[0023]俯仰角位置差的折算公式为：
[0024] AEj = Ue/M；
[0025]然后，步骤2:利用方位角位置差A、和俯仰角位置差A &，计算卫星的实时方位角 Aj和俯仰角匕，计算公式如下：
[0026] Aj = Ao+ A Aj ；
[0027] Ej = Eo+ A Ej ；
[0028]其中，Ao和Eo为轴角编码器实时输出的测角；
[0029]步骤2:对方位角、、俯仰角&和星地距离心进行极坐标到直角坐标转换，获得直角 坐标参数Xj、Yj和Zj，再对直角坐标参数Xj、Yj和Zj进行微分滤波，获得过滤后的直角坐标参 数 Xj'Xj.'HZj'Zj.;
[0030]步骤3:对过滤后的直角坐标参数XpX/J^^'ZhZ/进行直角坐标到极坐标转 换，计算目标的方位角速度A/和俯仰角速度E/ ;
[0033]步骤4:将方位角速度A/与1/Kv2相乘获得方位轴的实时动态误差补偿，以及将俯 仰角速度Ej '与1/K&相乘获得俯仰轴的实时动态误差补偿;其中，Kv2为方位控制环路速率环 的增益，K&为俯仰控制环路速率环的增益；
[0034]步骤5:将方位轴的实时动态误差补偿和俯仰轴的实时动态误差补偿作为前馈量 分别馈入到方位速率环路和俯仰速率环路的输入端，进行复合控制。
[0035]本发明还提供一种基于前馈的遥感卫星地面接收天线伺服控制系统，包括：
[0036]角位置差折算单元，用于根据预先标定的定向灵敏度系数M分别将跟踪接收机实 时输出的方位角误差电压ua和俯仰角误差电压仏折算为方位角位置差A、和俯仰角位置差 AEj;其中，
[0037]方位角位置差的折算公式为：
[0038] A Aj = Ua/M ；
[0039]俯仰角位置差的折算公式为：
[0040] AEj = Ue/M；
[0041 ]方位角计算单元，用于根据角位置差A、和A &，计算卫星的实时方位角、和俯仰 角Ej，计算公式如下：
[0042] Aj = Ao+AAj;
[0043] Ej = Eo+ A Ej ；
[0044] 其中，Ao和Eo为轴角编码器实时输出的测角；
[0045]极坐标到直角坐标转换单元，用于对方位角、、俯仰角^和星地距离心进行直角坐 标变换，获得直角坐标参数Xj、Yj和Zj;、
[0046]微分滤波单元，用于对直角坐标参数XpYdPZj进行微分滤波，获得过滤后的直角 坐标参数 Xj、Xj.、Yj、Yj.、Zj、Zj.;
[0047]直角坐标到极坐标转换计算单元，用于对过滤后的直角坐标参数 Zj、Z/进行极坐标转换，计算目标的方位角速度A/和俯仰角速度E/;计算公式如下：
[0050] 动态误差补偿计算单元，用于将方位角速度A/与1/Kv2相乘获得方位轴的实时动 态误差补偿，以及将俯仰角速度E/与1/K&相乘获得俯仰轴的实时动态误差补偿;其中，K v2 为方位控制环路速率环的增益，Ke2为俯仰控制环路速率环的增益；
[0051] 前馈量输入单元，用于将方位轴的实时动态误差补偿和俯仰轴的实时动态误差补 偿作为前馈量分别馈入到方位速率环路和俯仰速率环路的输入端，进行复合控制。
[0052]本发明提供的基于前馈的遥感卫星地面接收天线伺服控制方法及系统，根据跟踪 接收机实时输出的方位角误差电压ua、俯仰角误差电压Ue,、测角Ao、侧角Eo,通过极坐标到直 角坐标的转换、微分滤波、再从直角坐标到极坐标转换，获得目标方位轴和俯仰轴的实时动 态误差补偿，并两种补偿作为前馈量叠加到速率环路的输入端，使一个二阶无静差系统变 成一个等效的三阶无静差系统，以提高系统的等效无静差度，从而改善系统的动态性能，实 现对高动态、窄波束目标的高精度跟踪。
[0053]为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在 权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。 然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明 旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
【附图说明】
[0054] 通过参考以下结合附图的说明