一种运动状态下寻星的动中通天线极化角分时控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供了一种运动状态下寻星的动中通天线极化角分时控制方法，适用于要 求运动状态下天线对准卫星的场合，属于卫星通讯技术领域。
【背景技术】
[0002] 采用惯导方案的动中通进行天线寻星时，需要在已知载体俯仰角、滚动角以及航 向角的情况下，通过坐标转换解算出天线各轴驱动角度并驱动天线指向目标卫星。目前，惯 导系统运动状态下初始对准方法与静态时不同，运动状态下惯导系统载体姿态和航向角解 算是采用粗精结合的动态对准方法实现的。首先采用解析式粗对准算法获得载体粗略姿态 和航向角后，解算出天线俯仰角和极化角，再由天线控制系统驱动天线俯仰轴和极化轴转 动到位。之后，进入卡尔曼滤波精对准过程并解算出载体准确的姿态和航向角，调整天线俯 仰角和方位角，并驱动天线俯仰轴和方位轴转动指向卫星，完成天线动态寻星过程。
[0003] 从上述天线寻星过程可以看出，天线极化角解算及驱动控制只在惯导系统完成粗 对准后执行一次，卡尔曼滤波精对准过程只对天线俯仰角和方位角进行调整。因此，天线极 化角解算及控制精度全部依赖于惯导系统粗对准算法精度。粗对准算法在载体静止时姿态 和航向解算精度较高，当载体处于运动状态时载体姿态和航向角解算精度较差，必然会导 致天线极化角存在解算误差，影响天线对星精度。
[0004] 在低动态应用环境下，如一般车载环境，载体粗对准姿态和航向角解算误差相对 较小，由此解算出的天线极化角能满足低动态应用环境的寻星要求。尤其在使用带宽较宽 波段卫星信号情况下，天线极化角误差不会造成天线寻星精度的降低。
[0005] 但针对船载、机载等大动态应用环境，载体粗对准姿态和航向角误差将明显增加， 天线极化角误差也会随之增加，势必引起载体大动态下天线寻星精度的降低。尤其对于带 宽较窄波段卫星信号而言，天线极化角误差增加会严重影响大动态下的卫星跟踪精度。
[0006] 通过上述分析可知，在大动态环境下利用粗对准姿态和航向角解算的天线极化角 误差较大。该误差会影响天线大动态下的寻星精度，尤其影响带宽较窄波段卫星信号的天 线寻星及跟踪精度。
[0007] 因此，如何实现大动态环境下天线极化角的高精度解算及驱动控制是天线控制系 统动态寻星的一个难点。
【发明内容】
[0008] 本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供了一种运动状态下寻星的动 中通天线极化角分时控制方法，解决了动态寻星时天线极化角解算精度差导致天线寻星精 度受损的问题。
[0009] 本发明的技术解决方案：
[0010] 一种运动状态下寻星的动中通天线极化角分时控制方法，所述动中通包括天线、 天线控制系统、惯导系统，步骤如下：
[0011] (1)在天线控制系统上电后，惯导系统读取当前天线极化轴角度PolarAnow和天 线极化对星模式调整角度PolarCtr，设置标准模式标志Polar Turn，初始值为0 ;
[0012] (2)根据步骤（1)中读取出的天线极化轴角度PolarAnow和天线极化对星模式调 整角度PolarCtr，设置标准模式标志PolarTurn，之后进入步骤（3);
[0013] (3)若标准模式标志PolarTurn有效，即PolarTurn = 1，则根据载体和卫星 的位置信息解算出极化轴标准角度fjihua'，并计算出极化角度驱动量APolarA = fjihua' -PolarAnow ;将角度驱动量APolarA均分到多个导航周期内，并发送到天线控制 系统，驱动天线极化轴转动，最后将天线极化轴角度PolarAnow的值设置为极化轴标准角 度fjihua'，即PolarAnow = fjihua'，之后进入步骤（4);若标准模式标志PolarTurn无效， 即PolarTurn = 0,则直接进入步骤（4);所述载体是指承载动中通系统的运输设备；
[0014] (4)保持步骤（3)中转动后的天线极化轴位置不变，解算出载体的姿态角，并根据 载体姿态角计算天线的俯仰轴角度和方位轴角度，完成天线俯仰和方位轴的驱动，之后进 入步骤（5);
[0015] (5)计算天线极化轴目标角度fjihua，并重新计算极化角度驱动量APolarA = fJihua-PolarAnow ;将重新计算得到的极化角度驱动量A PolarA均分到多个导航周期内， 并发送到天线控制系统，驱动天线极化轴转动到目标角度fjihua，完成天线极化轴动态寻 星时的驱动控制。
[0016] 所述计算天线极化轴目标角度f Jihua具体为：
[0018] 其中，P、R、Y分别为载体当前俯仰角、滚动角和航向角。
[0019] 所述根据载体和卫星的位置信息解算出极化轴标准角度fjihua'具体为：
度和载体炜度。
[0020] 所述步骤（2)根据读取出的天线极化轴角度PolarAnow和天线极化对星模式调整 角度PolarCtr，设置标准模式标志PolarTurn具体为：
[0021]当 PolarCtr = 0。并且 PolarAnow〈_45° 时，PolarTurn = 1 ;
[0022] 当 PolarCtr = 0。并且 PolarAnow ^ -45。时，PolarTurn = 0 ;
[0023]当 PolarCtr = -90。并且 PolarAnow>_45° 时，PolarTurn = 1 ;
[0024]当 PolarCtr =-90。并且 PolarAnow <-45。时，PolarTurn = 0〇
[0025] 本发明与现有技术相比的优点如下：
[0026](1)本发明改变了天线极化角解算和驱动控制方法，将天线极化角设计为二级解 算及驱动控制。首次解算及驱动控制为天线极化轴标准角度驱动，该标准角度是根据载体 和卫星位置信息以及天线极化对星模式调整角度PolarCtr计算得到的，不受载体当前姿 态和航向角影响，无解算误差，因此首次解算和驱动控制不影响天线极化角寻星精度。第二 次解算及驱动控制是在精对准完成后进行的，相比利用粗对准姿态和航向角解算的天线极 化角，精度明显提高，有效实现了大动态情况下天线极化角的高精度解算及驱动控制。
[0027] (2)权利要求2的计算公式，在解算天线极化角时考虑了载体姿态和航向信息对 天线极化角解算精度的影响，将载体当前姿态和航向信息引入到算法公式中，解算出高精 度的天线极化轴目标角度，实现了大动态下载体姿态和航向角变化剧烈时天线极化角的高 精度解算。
[0028] (3)权利要求3的计算公式解算出的天线极化角有效隔离了载体姿态和航向信 息，只利用载体和卫星位置信息计算出天线极化轴标准角度。而且利用天线极化对星模式 调整角度PolarCtr，实现天线水平极化和垂直极化两种控制模式的转换，为本发明天线极 化角的首次解算提供了计算依据。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明的方法流程图；
【具体实施方式】
[0030] 动中通（SOTM，SatcomOnThe Move)是"移动中的卫星地面站通信系统"的简称， 其利用地球同步静止卫星作为通信信号的中转平台，实现其覆盖区域内的点到点、点到多 点、多点到多点的实时通信。主要特点为：卫星覆盖区域大，不受地域、距离等因素限制，专 用传输信道，传输带宽大，传输速率高；可实现远程视频图像、伴音、电话以及数据传输。所 述动中通包括天线、天线控制系统、惯导系统。
[0031]如图1所示，本发明提供了一种运动状态下寻星的动中通天线极化角分时控制方 法，步骤如下：
[0032] (1)在天线控制系统上电后，惯导系统读取当前天线极化轴角度PolarAnow和天 线极化对星模式调整角度PolarCtr，设置标准模式标志Polar Turn，初始值为0 ;
[0033] (2)根据步骤（1)中读取出的天线极化轴角度PolarAnow和天线极化对星模式调 整角度PolarCtr，设置标准模式标志PolarTurn，之后进入步骤（3);
[0034]具体为：
[0035]当 PolarCtr = 0。并且 PolarAnow〈_45° 时，PolarTurn = 1;
[0036]当 PolarCtr = 0。并且 PolarAnow ^ -45。时，PolarTurn = 0;
[0037]当 PolarCtr = -90。并且 PolarAnow>_45° 时，PolarTurn = 1;
[0038]当 PolarCtr =-90。并且 PolarAnow <-45。时，PolarTurn = 0〇
[0039] (3)若标准模式标志PolarTurn有效，即PolarTurn = 1，则根据载体和卫星的位 置信息解算出极化轴标准角度fjihua'，
卫星经度、载体经度和载体炜度。
[0041] 并计算出极化角度驱动量A PolarA = fjihua' -PolarAnow;将角度驱动量 APolarA均分到多个导航周期内，并发送到天线控制系统，驱动天线极化轴转动；具体实 现方法如下：
[0042] 设置导航周期计时器M和角度驱动步数A PolarACnt，初值均为0 ;根据预设步长 角度STEP计算角度驱动总步数APolarACnt = INT (A PolarA/STEP)，并执行步骤（a):[0043] (a)导航周期计时器M开始计时，当导航周期计时器M = 5ms时，发送预设步长角 度STEP到天线控制系统，并清除导航周期计时器M = 0,进入步骤（b);
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