一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法技术

一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，涉及高轨遥感卫星系统设计领域；包括如下步骤：步骤(一)、计算地面站T点在地固坐标系中的精确位置；步骤(二)、计算t时刻，惯性坐标系到轨道坐标系的转换矩阵Coi；步骤(三)、计算东南坐标系到卫星本体坐标系的姿态转换矩阵Cbd；计算轨道坐标系到东南坐标系的转换矩阵Cdo；计算地固坐标系到惯性坐标系的转换矩阵Cim；计算地面站在本体坐标系下的位置矢量Tbm；步骤(四)、建立卫星天线方向角与地面站经纬度映射关系；本发明专利技术通过对星载数传天线高精度实时的指向地面站，确保地面站接收卫星信号的满足增益要求同时，完成载荷数据高速下传。

A high precision real time pointing control method for data transmission antenna of static orbit remote sensing satellite

A high-precision real-time pointing control method for a data transmission antenna of a static-orbit remote sensing satellite relates to the design field of a high-orbit remote sensing satellite system. The method comprises the following steps: (1) calculating the precise position of the ground station T point in the earth-solid coordinate system; and (2) calculating the time t, the transformation matrix Coi from the inertial coordinate system to the orbit coordinate system. Step (3) Calculate the attitude transformation matrix Cbd from the southeast coordinate system to the satellite body coordinate system; Calculate the transformation matrix Cdo from the orbit coordinate system to the southeast coordinate system; Calculate the transformation matrix Cim from the earth-fixed coordinate system to the inertial coordinate system; Calculate the position vector Tbm of the ground station in the body coordinate system; Step (4) Establish the satellite antenna. The direction angle is mapped to the longitude and latitude of the ground station, and the method ensures that the ground station receives the satellite signal to meet the gain requirement by pointing the ground station with high precision and real-time by the satellite-borne data transmission antenna, and the load data is transmitted at high speed.

【技术实现步骤摘要】
一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法
本专利技术涉及一种高轨遥感卫星系统设计领域，特别是一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法。
技术介绍
随着空间技术的发展，遥感卫星已经成为军事侦察、防灾减灾、气象勘测、环境监测等行动中获取情报信息的重要手段。与此同时，用户对遥感数据高时间、高空间分辨率的需求也日益紧迫，中低轨道遥感卫星很难实现高时间分辨率的连续成像观测任务，而高轨高分辨率光学遥感卫星可将较高像元分辨率和极高的时间分辨率相结合，通过灵活的指向控制，可在很短的时间内完成对广大区域的成像观测，是今后国际航天遥感领域发展的一个重要方向，也是提高我国对地光学遥感观测能力的重要手段。遥感卫星的对地观测效能是用户关注重要指标之一，卫星在机动过程中完成数据的快速下传可有效的提高遥感卫星的对地观测效能。由于静轨光学遥感卫星载荷数据量巨大，为实现在静止轨道完成数据的高速下传，卫星通常采用点波束的数传天线，由于采用天线波束很窄，当卫星进行数据下传时，需要天线的二维转动机构始终高精度的指向特定的地区(如地面接收站)。当前公开方法中，多为低轨遥感卫星数传天线或中继天线的指向控制方法。由于静轨遥感卫星与低轨遥感卫星的轨道特征差异性较大，除轨道摄动外，地球扁形对天线高精度指向也有较大的影响，同时两种轨道的遥感卫星成像特点和姿态控制方式上也有较大不同，基于上述原因，现公开的方法很难实现静轨遥感卫星在姿态机动过程中高精度实时指向地面接收站。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，通过对星载数传天线高精度实时的指向地面站，确保地面站接收卫星信号的满足增益要求同时，完成载荷数据高速下传本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，包括如下步骤：步骤(一)、计算地面站T点在地固坐标系中的精确位置测量得到地面站T点的经度为λ，纬度为建立地固坐标系，计算地面站T点在地固坐标系中的坐标式中，为地面站T点所在地心纬度的局部地球半径；式中，RE为地球赤道半径；fE为地球扁率；步骤(二)、建立惯性坐标系和轨道坐标系，计算t时刻，惯性坐标系到轨道坐标系的转换矩阵Coi；S1：测量得到卫星在t时刻在惯性坐标系下的位置r和速度v；S2：计算惯性坐标系下的卫星在轨道坐标系中的三个方向矢量ux、uy和uz；得到惯性坐标系到轨道坐标系的转换矩阵步骤(三)、建立卫星本体坐标系和东南坐标系；测量得到t时刻卫星在东南坐标系中的偏置滚动角为俯仰角为θbd；计算东南坐标系到卫星本体坐标系的姿态转换矩阵Cbd；计算轨道坐标系到东南坐标系的转换矩阵Cdo；计算地固坐标系到惯性坐标系的转换矩阵Cim；计算地面站在本体坐标系下的位置矢量步骤(四)、建立卫星天线方向角与地面站经纬度映射关系S1：建立卫星天线控制坐标系和卫星天线坐标系；S2：预先设定天线坐标系在本体系下的转换参数为p、天线转动控制坐标系相对于天线坐标系的转换参数为q；根据步骤(一)中地面站T点的经度为λ，纬度为计算天线的方向角实现天线实时对地面站的精确指向控制。在上述的一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，所述步骤(一)中，地固坐标系的建立方法为：原点O1为地球质心，X1轴固定地指向格林尼治子午线方向，Z1轴为地球自转轴并指向北极，Y1轴根据右手法则确定。在上述的一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，所述步骤(二)中，惯性坐标系的建立方法为：原点O2为地球质心，X2轴指向春分点，Z2轴为地球自转轴并指向北极，Y2轴根据右手法则确定；轨道坐标系的建立方法为：原点O3为卫星质心，Z3轴为卫星质心到地心，X3轴为航天器的速度方向，Y3轴根据右手法则确定。在上述的一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，所述步骤(二)S2中，惯性坐标系下的卫星在轨道坐标系中Z3方向矢量惯性坐标系下的卫星在轨道坐标系中Y3方向矢量惯性坐标系下的卫星在轨道坐标系中X3方向矢量ux＝uy×uz。在上述的一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，所述步骤(三)中，卫星本体坐标系的建立方法为：原点O4为卫星质心，X4轴垂直星箭分离面，沿卫星的纵轴方向；Z4轴在星箭分离面内，指向卫星对地面，Y4轴与X4、Z4构成右手坐标系；东南坐标系的建立方法为：原点O5为卫星质心，Z5轴为卫星质心到地心，X5轴指向轨道平面内的正东方向，Y5轴根据右手法则确定。在上述的一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，所述步骤(三)中，东南坐标系到卫星本体坐标系的姿态转换矩阵Cbd的计算方法为：轨道坐标系到东南坐标系的转换矩阵Cdo的计算方法为：式中，ξ＝tan-1(cos(u)tan(i))，u为纬度幅角，i为轨道倾角；地固坐标系到惯性坐标系的转换矩阵Cim的计算方法为：式中，GST为格林尼治恒星时角。在上述的一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，所述步骤(四)中，卫星天线控制坐标系的建立方法为：卫星天线由两个电机驱动；坐标原点O6为馈源面中心点，坐标系Z6为天线波束中心线的方向，X6轴为其中一个电机转动轴方向，Y6轴为另一个电机转动轴方向；卫星天线坐标系的建立方法为：坐标原点O7为天线在卫星上安装点，X7轴天线展开臂方向，Z7轴垂直于展开轴安装面向外，Y7轴按右手法则确定。在上述的一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，所述步骤(四)S2中，天线方向角的计算方法为：本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术的计算方法主要涉及多个高精度坐标系的转换关系，考虑了地球扁形、轨道摄动等影响因素，将地面站所在的地心纬度转换为卫星数传天线指向姿态角，避免在模型转换过程中带来的对指向定位精度影响；(2)本专利技术由卫星自主完成计算，用户只需要提供地面站的经纬度信息，由卫星自主完成数传天线转角，同时卫星在机动过程中也可实现天线的高精度指向，大幅度提供了卫星的工作效率，降低了人员飞控工作负担。附图说明图1为本专利技术指向控制流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：本专利技术在充分考虑了静轨遥感卫星成像特点以及地球扁形、轨道摄动等多项影响因素，通过多次高精度的坐标系转换，建立地面站的经纬度信息与数传天线方位角的高精度映射关系，步骤如下：(1)计算地面站在地固系下的精确位置；(2)计算t时刻惯性系到轨道系的转换矩阵；(3)计算t时刻地面站在卫星本体下的方向矢量；(4)建立天线方向角与地面站经纬度映射关系如图1所示为指向控制流程示意图，由图可知，一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，包括如下步骤：步骤(一)、计算地面站T点在地固坐标系中的精确位置测量得到地面站T点的经度为λ，纬度为建立地固坐标系，地固坐标系的建立方法为：原点O1为地球质心，X1轴固定地指向格林尼治子午线方向，Z1轴为地球自转轴并指向北极，Y1轴根据右手法则确定。计算地面站T点在地固坐标系中的坐标式中，为地面站T点所在地心纬度的局部地球半径；式中，RE为地球赤道半径；fE为地球扁率；步骤(二)、建立惯性坐标系和轨道坐标系，惯性坐标系的建立方法为：原点O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(一)、计算地面站T点在地固坐标系中的精确位置测量得到地面站T点的经度为λ，纬度为

【技术特征摘要】
1.一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(一)、计算地面站T点在地固坐标系中的精确位置测量得到地面站T点的经度为λ，纬度为建立地固坐标系，计算地面站T点在地固坐标系中的坐标式中，为地面站T点所在地心纬度的局部地球半径；式中，RE为地球赤道半径；fE为地球扁率；步骤(二)、建立惯性坐标系和轨道坐标系，计算t时刻，惯性坐标系到轨道坐标系的转换矩阵Coi；S1：测量得到卫星在t时刻在惯性坐标系下的位置r和速度v；S2：计算惯性坐标系下的卫星在轨道坐标系中的三个方向矢量ux、uy和uz；得到惯性坐标系到轨道坐标系的转换矩阵步骤(三)、建立卫星本体坐标系和东南坐标系；测量得到t时刻卫星在东南坐标系中的偏置滚动角为俯仰角为θbd；计算东南坐标系到卫星本体坐标系的姿态转换矩阵Cbd；计算轨道坐标系到东南坐标系的转换矩阵Cdo；计算地固坐标系到惯性坐标系的转换矩阵Cim；计算地面站在本体坐标系下的位置矢量步骤(四)、建立卫星天线方向角与地面站经纬度映射关系S1：建立卫星天线控制坐标系和卫星天线坐标系；S2：预先设定天线坐标系在本体系下的转换参数为p、天线转动控制坐标系相对于天线坐标系的转换参数为q；根据步骤(一)中地面站T点的经度为λ，纬度为计算天线的方向角实现天线实时对地面站的精确指向控制。2.根据权利要求1所述的一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，其特征在于：所述步骤(一)中，地固坐标系的建立方法为：原点O1为地球质心，X1轴固定地指向格林尼治子午线方向，Z1轴为地球自转轴并指向北极，Y1轴根据右手法则确定。3.根据权利要求1所述的一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，其特征在于：所述步骤(二)中，惯性坐标系的建立方法为：原点O2为地球质心，X2轴指向春分点，Z2轴为地球自转轴并指向北极，Y2轴根据右手法则确定；轨道坐标系的建立方法为：原点O3为卫星质心，Z3轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凤晶，刘云鹤，刘宁，杨国巍，王丽俐，李响，李果，王成伦，刘新彦，祖家国，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11