专利名称：一种移动卫星通信天线的初始化方法
技术领域：
本申请涉及ー种移动卫星通信天线的初始化方法，涉及自动控制、惯性导航及移动卫星通讯领域。本申请所述的方法可广泛应用于各种移动卫星通讯设备，如车载、船载、机载移动卫星通信天线等。
背景技术：
移动卫星通信设备可使卫星天线在移动的载体上始终对准地球同步卫星，实现高带宽的实时图像及数据传输，在国防、边防、反恐、应急救灾、政府等部门具有十分广泛的应用前景。移动卫星通信天线由天馈系统和伺服控制系统两部分組成。天馈系统包括天线面、双エ器、滤波器、下变频器、上变频器、波导等部件，构成卫星通信系统的基本要素；伺服 控制系统需要驱动天线面完成扫描寻星、稳定跟踪等功能，确保天线面在载体移动过程中精确指向卫星。移动卫星通信天线的初始化过程是指天线上电后完成初始寻星并确定载体初始航向的过程，该过程是确保天线能在动态下实时高精度跟踪卫星的前提，也是移动卫星通信天线的主要核心技术之一。当前，天线初始化的过程主要是指依靠高精度车载惯性导航系统给出的位置及姿态角信息来计算天线的寻星指令角(俯仰角、极化角、方位角)，并控制天线对准卫星。这种方案对惯导系统的要求较高，为了确保天线能够锁定最大的卫星信号，惯导系统的自主寻北精度必须达到O. 1°以上，而如此高精度的惯导系统的成本已远远超过移动卫星通信天线本身的成本，这是大多数研制単位和用户无法承受的。为了有效地降低成本，必须选用低精度的车载惯导系统，而低精度惯导无法自主寻北输出正确的航向，因此，天线无法得到准确的对星指令角。为了解决基于低精度惯导的移动卫星通信天线初始化问题，目前大多数研制単位均采用天线方位轴0° -360°扫描加卫星信标信号峰值识别技术来实现天线寻星，但尚不能很好地解决利用寻星的辅助信息来计算惯导系统初始航向的难题，尤其是安装天线的载体在大俯仰角或大横滚角的情况下，目前已有方法估计得到的惯导的航向误差较大，从而使得移动卫星通信天线的跟踪性能大大下降。
发明内容
针对上述技术问题，本申请提出ー种移动卫星通信天线的初始化方法，该方法利用天线0° -360°扫描来寻找卫星，再通过完整坐标转换加迭代递进的算法来估计低精度车载惯导系统的初始航向角。本方法具有较好的环境适应性，可适用于载体在任意姿态角下的初始寻星过程，初始化结束后，利用寻星辅助信息推算得到的惯导系统的初始航向精度可达到O. 1°以上。相比现有的基于平面坐标推算的初始化算法，本申请提出的方法可以在任意姿态环境中精确地估计车载惯导系统的初始航向，从而确保天线在初始化结束后可以精确地跟踪卫星。本申请提出的一种天线初始化方法设计思路是首先利用低成本惯导系统的初始航向及姿态信息(航向信息含较大误差)来计算天线的寻星指令，控制天线的俯仰轴、极化轴按照计算得到的俯仰指令角及极化指令角旋转，再控制方位轴以ー个恒定的速率在0° -360°之间扫描，通过卫星信标识别技术来找到准确的航向指令角；再利用三坐标推算加迭代逼近算法，准确估计低成本惯导系统的初始航向角角误差；最后，根据正确的惯导的航向及姿态信息重新计算天线的寻星指令，控制天线按照指令角旋转并准确对准卫星。利用本方法完成天线初始化后，可以确保天线可以高精度地实时跟踪卫星。该方法的具体实现步骤如下一、选定待跟踪的卫星，根据式I计算待跟踪卫星在天线所在地的地理坐标系O-XtYtZt 中的坐标值(Xta，Yta, Zta)T
权利要求
1.一种移动卫星通讯天线的初始化方法，其特征在于所述的方法实现步骤为 第一步选定待跟踪的卫星，计算待跟踪卫星在所述天线地理坐标系的坐标值； 第二步计算地理坐标系指向卫星需要转动的俯仰角、方位角和极化跟踪指令角； 第三步计算天线波束指向卫星需要转动的俯仰指令角、方位指令角和极化指令角； 第四步根据第三步得到的俯仰指令角、方位指令角和极化指令角，并结合天线0-360°扫描技术及迭代递推算法计算得到安装在天线上的惯导系统的初始航向角；第五步根据第四步得到的惯导系统的初始航向角重新计算天线寻星指令角； 第六步根据第五步得到的寻星指令角控制天线对准卫星。
2.一种移动卫星通信天线的初始化方法，其特征在于，所述的方法的实现步骤为 第一步选定待跟踪的卫星，根据式I计算待跟踪卫星在天线所在地的地理坐标系O-XtYtZt 中的坐标值(Xta，Yta, ZJt 式 I 式I中，R为地球半径，H为待跟踪卫星的高度；A入=入厂入3为天线所在地的经度与卫星所在地经度之差，其中入3为天线所在地的经度，Xs为卫星所在地的经度；La表示天线所在地的纬度值。
第二步天线上电复位后，假设天线波束中心指向与天线地理坐标系OYt轴一致，则天线波束指向卫星所需转动的俯仰角、方位角、极化角可表示为 这式 2 式2中，0t，^，Yt分别表示地理坐标系下天线的俯仰、方位及极化跟踪指令角。第三步计算天线坐标系O-XaYaZa下天线指向卫星的俯仰指令角0 p，方位指令角A，极化指令角Yp的值，其计算步骤为 (1)计算地理坐标系(t系)至对准卫星时的天线坐标系(a系)的旋转矩阵Cf (2)计算天线载体坐标系(b系，与天线基座坐标系一致)到地理坐标系的旋转矩阵
全文摘要
本发明涉及一种移动卫星通信天线初始化方法，该方法可使装备低成本惯导系统的移动卫星通信天线快速对准卫星并准确估计低成本惯导系统的初始航向角。本方法首先利用低成本惯导系统的初始航向及姿态信息来计算天线的寻星指令；然后，控制天线的俯仰轴、极化轴按照计算得到的俯仰指令角及极化指令角旋转；再控制方位轴以一个恒定的速率在0°-360°之间扫描，并通过卫星信标识别技术来找到准确的航向指令角；再利用三坐标推算加迭代逼近算法，准确估计低成本惯导系统的初始航向角误差；最后，根据估计得到的惯导的航向及姿态信息重新计算天线的寻星指令，控制天线按照指令角旋转并准确对准卫星。利用本方法完成天线初始化后，天线可以高精度地实时跟踪卫星。
文档编号G01S19/49GK102662188SQ20121010354
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月11日 优先权日2012年4月11日
发明者徐烨烽, 李耀鹏, 薛宏滨 申请人:北京星网宇达科技股份有限公司