确定卫星数字波束天线来波方向的方法及装置制造方法及图纸

技术编号:15544362 阅读:465 留言:0更新日期:2017-06-05 15:10
本发明专利技术提供了一种确定卫星数字波束天线来波方向的方法及装置,该方法包括以下步骤:使用北斗/GPS终端获取地心大地坐标系中信号源和数字波束天线的位置坐标;将信号源和数字波束天线在地心大地坐标系的位置坐标转换为地心空间直角坐标系中的位置坐标;将地心空间直角坐标系中的位置矢量转换为站心地平坐标系中的位置矢量;将位置矢量转换为站心地平坐标系中的来波方向角;使用经纬仪获取数字波束天线相对于站心地平坐标系的俯仰角和方位角;得出数字波束天线DOA模块的角估计误差,来判断数字波束天线DOA模块的估计来波方向角是否准确。本发明专利技术实现了在外场条件卫星数字波束天线来波快速、准确确定,提高了测试有效性和灵活性。

Method and device for determining wave direction of satellite digital beam antenna

The present invention provides a method and a device for determining the satellite digital beam antenna to wave direction, the method comprises the following steps: using the compass /GPS terminal gets the position coordinates in the signal source and digital beam antenna geocentric coordinate; the signal source and digital beam antenna position coordinates in the geocentric coordinate conversion of coordinates geocentric Cartesian coordinates; geocentric space position vector transformation from Cartesian coordinates for the position vector topocentric coordinate system; the position vector is converted to topocentric coordinates in the direction of arrival angle; obtaining digital beam antenna topocentric coordinate system with respect to the azimuth angle and the pitching angle of use theodolite; error estimate of digital beam antenna DOA module to estimate the angle of digital beam antenna DOA module to wave direction angle is accurate. The invention realizes the rapid and accurate determination of the wave of the satellite digital beam antenna in the field conditions, and improves the validity and flexibility of the test.

【技术实现步骤摘要】
确定卫星数字波束天线来波方向的方法及装置
本专利技术涉及卫星测试系统,具体地,涉及一种确定卫星数字波束天线来波方向的方法及装置。
技术介绍
随着卫星技术的发展,数字波束天线在卫星领域得到了越来越广泛的应用,与之对应信号来波方向(DirectionOfArrival,DOA)估计技术在也得以广泛采用。波束指向性能是卫星数字波束天线的重要指标,而来波方向估计性能将直接决定波束指向的正确性。来波方向估计性能的评估方法是将实际来波方向和估计来波方向进行比较,得出两者之间的误差。常规的来波方向估计性能测试是在暗室条件和远场条件下进行的,即分别在屏蔽环境中和开放环境中通过控制转台的方位角、俯仰角进行来波方向的控制,通过比对估计值和转台设置值之间的误差进行测试。常规测试方法需要二维转台及大量的辅助设备,完成场地的确定、标校,转台的安装、调试、调节、控制等复杂工作。与实际使用情况相比,二维转台是一种的标准测试方法,存在切面单一,测试的灵活性低的缺点,无法在外场远距离条件及实际干扰环境下对多个来波方向的信号同时进行确定。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷,本专利技术的目的是提供一种确定卫星数字波束天线来波方向的方法及装置,其解决了外场远距离条件及实际干扰环境下对多个来波方向的信号同时进行确定的问题,实现了在外场条件卫星数字波束天线来波快速、准确确定,提高了测试有效性和灵活性。根据本专利技术的一个方面,提供一种确定卫星数字波束天线来波方向的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、使用北斗/GPS终端获取地心大地坐标系中信号源和数字波束天线的位置坐标(α1,δ1,h1),…,(αn,δn,hn)和(α0,δ0,h0),其中α表示地理经度,δ表示地理纬度,h表示大地高程,下标1,…,n表示信号源所处的n个点P1,…,Pn,下标0表示数字波束天线的位置点P0;步骤二、将信号源和数字波束天线在地心大地坐标系的位置坐标(α1,δ1,h1),…,(αn,δn,hn)和(α0,δ0,h0)转换为地心空间直角坐标系中的位置坐标(x1,y1,z1),…,(xn,yn,zn)和(x0,y0,z0);步骤三、将地心空间直角坐标系中的位置坐标(x1,y1,z1),…,(xn,yn,zn)和(x0,y0,z0)转换为地心空间直角坐标系中的位置矢量a1,…,an,位置矢量a1,…,an的指向分别为由P0指向P1,…,Pn;步骤四、将地心空间直角坐标系中的位置矢量a1,…,an转换为站心地平坐标系中的位置矢量b1,…,bn;步骤五、将位置矢量b1,…,bn转换为站心地平坐标系中的来波方向角其中θ′表示俯仰角,表示方位角,下标1,…,n表示对应的位置矢量b1,…,bn;步骤六、使用经纬仪获取数字波束天线相对于站心地平坐标系的俯仰角A和方位角B;步骤七、根据来波方向角和俯仰角A、方位角B得到相对于数字波束天线的实际来波方向角步骤八、获取数字波束天线DOA模块的估计来波方向角度遥测值步骤九、将实际来波方向角与数字波束天线DOA模块得到估计来波方向角进行比较,得出数字波束天线DOA模块的角估计误差Δ1,…,Δn,来判断数字波束天线DOA模块的估计来波方向角是否准确。优选地,所述步骤二包括以下步骤:步骤二十一、将各(α,δ,h)转换为球坐标的表达式(r′,α′,δ′);其中α′=α,cotδ′=(1-f)2tanδ,步骤二十二、利用球坐标和直角坐标系的转换关系x=r′sinδ′cosα′;y=r′sinδ′sinα′;z=r′cosδ′,分别计算出(x1,y1,z1),…,(xn,yn,zn)和(x0,y0,z0)。优选地,所述步骤四通过欧拉角转动的形式转换至站心地平坐标系,其转换顺序为Z-Y-Z,角度分别为Z轴α′,Y轴-(90°-δ′),Z轴0,其转换关系为:本专利技术还提供一种确定卫星数字波束天线来波方向的装置,其特征在于,包括包含测试塔、数字波束天线、数字波束天线DOA模块、信号源、北斗/GPS终端、经纬仪;所述测试塔:用于架高数字波束天线,以避免地表反射信号的影响;所述数字波束天线:用于接收信号源发射的信号;所述数字波束天线DOA模块:用于对数字波束天线接收的信号进行处理,输出估计来波方向角度遥测值;所述信号源:用于发射测试信号;所述北斗/GPS终端:用于获取所在位置的北斗/GPS定位数据;所述经纬仪:用于测量数字波束天线的方位角和俯仰角;利用所述北斗/GPS终端获取到所在位置的北斗/GPS定位数据经过坐标转换和计算得到来波方向角;利用所述经纬仪测量数字波束天线的方位角和俯仰角;根据来波方向角和数字波束天线的俯仰角、方位角通过欧拉角转动的形式转换到得到相对于数字波束天线的实际来波方向角;利用所述信号源发射测试信号,架设在所述测试塔上的所述数字波束天线接收信号源发射的信号,后送给所述数字波束天线DOA模块对数字波束天线接收的信号进行处理,输出估计来波方向角度遥测值;将实际来波方向角与数字波束天线DOA模块得到估计来波方向角进行比较,来判断数字波束天线DOA模块的估计来波方向角是否准确。与现有技术相比,本专利技术具有如下的有益效果:(1)本专利技术测试灵活性高,无需使用二维转台,可以在由于外场自然条件因素无法使用二维转台的场合使用;(2)本专利技术测试精度高,使用北斗/GPS终端和经纬仪来波方向的确定,影响测试误差的因素少;(3)本专利技术可以对信号源任意位置进行测试,且可以对多个信号源多个方向同时进行测试,避免了二维转台切面单一的缺点。(4)本专利技术克服了现有二维转台方法切面单一,测试的灵活性低,无法对来自多个方向的信号同时进行标定的问题。本专利技术经过地面各项试验测试以及卫星发射试验的考核,证明其技术方案有效、稳定可靠。(5)本专利技术所公开的措施方法对各种型号卫星以及其他航天器的系统测试具有一定的通用性。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1为本专利技术外场远距离条件下确定卫星数字波束天线来波方向的方法流程图。图2为本专利技术外场远距离条件下确定卫星数字波束天线来波方向装置示意图。图3为信号源或数字波束天线在地心大地坐标系的位置示意图。图4为信号源和数字波束天线在地心空间直角坐标系中和站心地平坐标系的位置示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术,但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本专利技术构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术解决了外场远距离条件下卫星数字波束天线来波方向快速、准确确定的问题。本专利技术方法使用北斗/GPS终端及经纬仪获取信号源和数字波束天线的位置、指向信息并结合地球模型将其进行转化为相对于数字波束天线的来波方向角。图1为本专利技术流程图,表示外场远距离条件下确定卫星数字波束天线来波方向的方法的实施例。该方法包括如下步骤:步骤一、使用北斗/GPS终端获取地心大地坐标系中信号源和数字波束天线的位置坐标(α1,δ1,h1),…,(αn,δn,hn)和(α0,δ0,h0),其中α表示地理经度,δ表示地理纬度,h表示大地高程,下标1,…,n表示信号源所处的n个点P1,…,Pn本文档来自技高网...
确定卫星数字波束天线来波方向的方法及装置

【技术保护点】
一种确定卫星数字波束天线来波方向的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、使用北斗/GPS终端获取地心大地坐标系中信号源和数字波束天线的位置坐标(α

【技术特征摘要】
1.一种确定卫星数字波束天线来波方向的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、使用北斗/GPS终端获取地心大地坐标系中信号源和数字波束天线的位置坐标(α1,δ1,h1),…,(αn,δn,hn)和(α0,δ0,h0),其中α表示地理经度,δ表示地理纬度,h表示大地高程,下标1,…,n表示信号源所处的n个点P1,…,Pn,下标0表示数字波束天线的位置点P0;步骤二、将信号源和数字波束天线在地心大地坐标系的位置坐标(α1,δ1,h1),…,(αn,δn,hn)和(α0,δ0,h0)转换为地心空间直角坐标系中的位置坐标(x1,y1,z1),…,(xn,yn,zn)和(x0,y0,z0);步骤三、将地心空间直角坐标系中的位置坐标(x1,y1,z1),…,(xn,yn,zn)和(x0,y0,z0)转换为地心空间直角坐标系中的位置矢量a1,…,an,位置矢量a1,…,an的指向分别为由P0指向P1,…,Pn;步骤四、将地心空间直角坐标系中的位置矢量a1,…,an转换为站心地平坐标系中的位置矢量b1,…,bn;步骤五、将位置矢量b1,…,bn转换为站心地平坐标系中的来波方向角其中θ′表示俯仰角,表示方位角,下标1,…,n表示对应的位置矢量b1,…,bn;步骤六、使用经纬仪获取数字波束天线相对于站心地平坐标系的俯仰角A和方位角B;步骤七、根据来波方向角和俯仰角A、方位角B得到相对于数字波束天线的实际来波方向角步骤八、获取数字波束天线DOA模块的估计来波方向角度遥测值步骤九、将实际来波方向角与数字波束天线DOA模块得到估计来波方向角进行比较,得出数字波束天线DOA模块的角估计误差Δ1,…,Δn,来判断数字波束天线DOA模块的估计来波方向角是否准确。2.根据权利要求1所述的确定卫星数字波束天线来波方向的方法,其特征在于,所述步骤二包括以下步骤:步骤二十一、...

【专利技术属性】
技术研发人员:桑峰张宏伟杨勇张坤王珏朱维王金华
申请(专利权)人:上海卫星工程研究所
类型:发明
国别省市:上海,31

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