一种GEO轨道数传天线跟踪精度确定方法与流程

本发明涉及一种GEO轨道数传天线跟踪精度确定方法，可用于GEO轨道卫星天线跟踪控制精度的分析、建模及验证工作。

背景技术：

对具备“在轨频繁小角度机动成像模式”的GEO轨道卫星，在整星机动过程中，为保证星地射频传输链路不中断并且确保无线链路余量满足使用要求，数传天线需要精确、实时地反向小角度频繁机动以跟踪地面站位置。天线指向误差会引起服务区范围内EIRP(等效全向辐射功率)等指标的变化，严重时会引起传输误码率的急剧增高。因此对于高轨远距离星地数传来讲，天线跟踪精度有很高的要求。

GEO轨道卫星参与天线指向控制的部分包括姿轨控系统、星务系统和数传系统的多台设备。数传天线跟踪控制时，需要引入外界的轨道、姿态、时间等信息完成天线转动机构对地面站的反向跟踪，涉及环节多。同时，除分析外，还需结合工程经验，对力、热等应力条件引起的误差进行合理预估。

低轨遥感卫星成像一般为推扫模式，卫星在滚转和俯仰方向不存在频繁小角度机动；高轨通信卫星一般为固定点波束或区域波束，天线指向始终不变，没有专门针对卫星在频繁小角度机动模式下数传天线指向控制的确定方法。由于GEO轨道通信距离远，且所使用的波束宽度窄，传统的指向控制方法很难实现星地天线精确对准，链路余量不易保障。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种GEO轨道数传天线跟踪精度确定方法，依据GEO轨道卫星数传天线跟踪控制原理，对目标角确定精度、伺服控制精度、天线本身指向精度等各环节对天线跟踪精度的影响进行研究，建立一套天线跟踪精度的确定方法，可用于GEO轨道卫星天线跟踪控制精度的分析、建模及验证工作。

本发明的技术解决方案是：一种GEO轨道数传天线跟踪精度确定方法，包括如下步骤：

(1)将GEO轨道数传天线跟踪精度E_Total划分为目标角确定误差E_A、伺服控制误差E_B、天线本身指向误差E_C

其中：

(2)将目标角确定误差E_A划分为轨道误差E₁、姿态误差E₂、时间误差E₃、地面站误差E₄、控制计算机算法及硬件误差E₅

其中：

(3)将伺服控制误差E_B划分为伺服控制器内部旋转变压器的测量误差E₆、伺服机构执行误差E₇

其中：

(4)将天线本身指向误差E_C划分为天线电轴与机械轴常值偏差E₈、天线电轴与机械轴力热变形偏差E₉、天线机械零位误差E₁₀、天线双轴转动机构转动误差E₁₁、天线装星误差E₁₂

式中：

(5)获取轨道误差E₁、姿态误差E₂、时间误差E₃、地面站误差E₄、控制计算机算法及硬件误差E₅、伺服控制器内部旋转变压器的测量误差E₆、伺服机构执行误差E₇、天线电轴与机械轴常值偏差E₈、天线电轴与机械轴力热变形偏差E₉、天线机械零位误差E₁₀、天线双轴转动机构转动误差E₁₁、天线装星误差E₁₂，进而计算得到GEO轨道数传天线跟踪精度E_Total。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明天线跟踪精度确定方法解决了GEO轨道星地通信距离远导致自由传播损耗大，所使用的Ka频段电磁波易受雨衰影响，且天线波束宽度窄，星地天线是否精确对准将极大地影响无线链路余量，传统的确定方法无法针对该类卫星天线的指向精度进行预算的问题，具有较好的使用价值。

附图说明

图1为本发明数传天线转动控制原理；

图2为本发明数传天线跟踪误差分解示意图。

具体实施方式

克服现有技术的不足，提供了一种GEO轨道数传天线跟踪精度确定方法，依据GEO轨道卫星数传天线跟踪控制原理，对目标角确定精度、伺服控制精度、天线本身指向精度等各环节对天线跟踪精度的影响进行研究，建立一套天线跟踪精度的确定方法，可用于GEO轨道卫星天线跟踪控制精度的分析、建模及验证工作。下面结合附图对本发明方法进行详细说明，本发明方法包括如下步骤：

(1)GEO轨道卫星数传天线转动控制流程为：星务计算机向控制计算机发送指令使能自主计算天线转角；控制计算机根据卫星姿态测量设备获取的卫星姿态数据，计算天线转动角度，通过星务计算机经1553B总线广播至数传控制单元；数传控制单元根据接收到的转动角度信息控制伺服控制器，通过双轴转动机构的运动，完成对数传天线指向地面站的控制。具体流程如附图1所示。根据天线转动控制原理，按照信息源误差、信息传递误差及执行误差分析跟踪精度的影响因素。

(2)信息源误差和信息传递误差共同决定了目标角确定误差，执行误差包括伺服控制误差和天线本身指向误差。对数传天线跟踪误差影响因素进行建模分析，分解为目标角确定误差、伺服控制误差和天线本身指向误差，建模情况详见附图2。分析各项误差来源，估算对天线最终跟踪精度的贡献值，依据天线转动控制信息流及各影响因素间的相关性，算卫星数传天线在轨跟踪精度。详见公式(1)(2)(3)(4)。

式中：E_Total为数传天线总跟踪误差，E_A为目标角确定误差，E_B为伺服控制误差，E_C为天线本身指向误差；

式中：E₁为轨道误差，E₂为姿态误差，E₃为时间误差，E₄为地面站误差(位置及高程)，E₅为控制计算机算法及硬件误差；

式中：E₆为伺服控制器内部旋转变压器的测量误差，E₇为伺服机构执行误差；

式中：E₈为天线电轴与机械轴偏差(常值部分，地面可测得)，E₉为天线电轴与机械轴偏差(力热变形)，E₁₀为天线机械零位误差，E₁₁为天线双轴转动机构转动误差，E₁₂为天线装星误差。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。