一种星载跟踪天线安装误差的补偿方法技术

本发明专利技术涉及一种星载跟踪天线安装误差的补偿方法，根据地面测量的卫星结构坐标系与天线立方镜坐标系间的关系和天线立方镜坐标系与天线结构坐标系间的关系，引入了欧拉角坐标转移方式，并在此基础上针对安装误差的特点进行了大量的算法简化，使用一个坐标转移矩阵实现了安装误差的补偿。本发明专利技术解决了此问题，降低了对天线安装精度的要求，减少了地面安装和测量工作量，由地面测量数据经简单计算直接得到转移矩阵，易于实现，能够满足数传天线、中继天线等跟踪天线的使用，具有广阔的应用前景。

A compensation method for installation error of spaceborne tracking antenna

The invention relates to a compensation method for installation error of spaceborne tracking antenna. According to the relationship between satellite structure coordinate system and antenna cubic mirror coordinate system and the relationship between antenna cubic mirror coordinate system and antenna structure coordinate system, the Euler angle coordinate transfer method is introduced, and the characteristics of installation error are pointed out on this basis. A large number of algorithms are simplified, and a coordinate transfer matrix is used to compensate the installation errors. The invention solves the problem, reduces the requirement of antenna installation precision, reduces the workload of ground installation and measurement, and obtains the transfer matrix directly from the ground measurement data through simple calculation. The method is easy to realize, and can satisfy the use of tracking antennas such as data transmission antenna and relay antenna, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种星载跟踪天线安装误差的补偿方法
本专利技术涉及一种星载跟踪天线安装误差的补偿方法，降低了对天线安装精度的要求，减少了地面安装和测量工作量，只需测量6个坐标轴间夹角并经简单减法运算即可得到转移矩阵；补偿算法简单，使用一个坐标转移矩阵实现了安装误差的补偿，主要用于各类跟踪天线的指向角度预报和伺服控制系统，属于自动控制工程

技术介绍
随着高分辨率遥感卫星、数据中继卫星、新一代通信卫星的发展，对数据传输速率要求越来越高，需要实时传输几百Mbps～几Gbps及以上的高码速率的海量数据。为了提高卫星的传输速率，传输频点越来越高，天线口径越来越大，导致天线波束宽度越来越窄。对天线伺服系统的跟踪精度要求也越来越高，天线安装误差慢慢地成为制约跟踪精度的重要因素之一。虽然可以通过重复安装的方式来控制天线安装精度，但这种方法需要反复地进行“装星-测量”工作，极大地增加了安装和测量工作量。随着对天线装星精度要求越来越高，该方法的难度越来越大，变得不再适用。因此在天线指向角度预报的过程中对天线安装误差进行补偿的方法越来越多地被用于实际工程应用中。天线安装误差直接测量的主要方法：在天线上安装立方镜，并以立方镜坐标系为桥梁，通过光学设备测量天线安装误差，主要测量卫星相关坐标系(例如：卫星结构坐标系)至立方镜坐标系的余弦转移矩阵、立方镜坐标系至天线相关坐标系(例如：天线结构坐标系)的余弦转移矩阵。现有的天线安装误差补偿方法主要分为两类：1、测得的余弦转移矩阵，直接上注给星上设备进行补偿。这类方法主要缺点：测量的工作量较大，需要测量两个转移矩阵共18个角度；上注参数多，两个矩阵共18个；补偿算法较复杂，需要经过两次转换。2、根据测得的余弦转移矩阵，计算欧拉角度，上注给星上设备进行补偿。这类方法主要缺点：地面数据通过复杂的三角函数和反三角函数计算，处理复杂；补偿算法较复杂，需要经过两次转换。因此，急需专利技术一种补偿方法，既解决地面安装和测量工作量大、数据处理复杂的问题，又减少上传参数数量、优化补偿算法。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种跟踪天线安装误差的补偿方法，引入了欧拉角坐标转移方式并在此基础上针对安装误差的特点进行了大量的算法简化，使用一个坐标转移矩阵实现了安装误差的补偿，既解决了地面安装和测量工作量大、数据处理复杂问题，又减少了上传参数数量，优化了补偿算法。本专利技术的技术解决方案是：提供一种星载跟踪天线安装误差的补偿方法，其特征在于步骤如下：(1)将天线立方镜安装在跟踪天线基座上，获取天线立方镜坐标系与天线结构坐标系坐标轴间的夹角：αxYd、αyZd、αzXd；所述夹角αxYd为天线立方镜坐标系x轴与天线结构坐标系Yd轴间夹角；所述夹角αyZd为天线立方镜坐标系y轴与天线结构坐标系Zd轴间夹角；所述夹角αzXd为天线立方镜坐标系z轴与天线结构坐标系Xd轴间夹角。(2)将跟踪天线装入卫星，获取卫星结构坐标系与天线立方镜坐标系坐标轴间的夹角：αxYg、αyZg、αzXg；所述夹角αxYg为天线立方镜坐标系x轴与卫星结构坐标系Yg轴间夹角；所述夹角αyZg为天线立方镜坐标系y轴与卫星结构坐标系Zg轴间夹角；所述夹角αzXg为天线立方镜坐标系z轴与卫星结构坐标系Xg轴间夹角；(3)计算ΔαxY＝αxYd-αxYg、ΔαyZ＝αyZd-αyZg、ΔαzX＝αzXd-αzXg，将计算结果ΔαxY、ΔαyZ、ΔαzX作为参数上注至星上设备；(4)星上设备根据地面上注的参数形成卫星结构坐标系至天线结构坐标系的转移矩阵：(5)星上设备计算卫星轨道坐标系下的天线指向向量，进行坐标变换获得天线参考坐标系下的天线指向向量，计算跟踪天线指向角度。提供另一种星载跟踪天线安装误差的补偿方法，其特征在于步骤如下：(1)将天线立方镜安装在跟踪天线基座上，获取天线立方镜坐标系与天线结构坐标系坐标轴间的夹角：αyXd、αzYd、αxZd；所述夹角αyXd为天线立方镜坐标系y轴与天线结构坐标系Xd轴间夹角；夹角αzYd为天线立方镜坐标系z轴与天线结构坐标系Yd轴间夹角；夹角αxZd为天线立方镜坐标系x轴与天线结构坐标系Zd轴间；(2)将跟踪天线装入卫星，获取卫星结构坐标系与天线立方镜坐标系坐标轴间的夹角：αyXg、αzYg、αxZg；所述夹角αyXg为天线立方镜坐标系y轴与卫星结构坐标系Xg轴间夹角；所述夹角αzYg为天线立方镜坐标系z轴与卫星结构坐标系Yg轴间夹角；所述夹角αxZg为天线立方镜坐标系x轴与卫星结构坐标系Zg轴间夹角；(3)计算ΔαyX＝αyXg-αyXd、ΔαzY＝αzYg-αzYd、ΔαxZ＝αxZg-αxZd作为参数上注至星上设备；(4)星上设备根据地面上注的参数形成卫星结构坐标系至天线结构坐标系的转移矩阵：(5)星上设备计算卫星轨道坐标系下的天线指向向量，进行坐标变换获得天线参考坐标系下的天线指向向量，计算跟踪天线指向角度。优选的，步骤(1)中获取天线立方镜坐标系与天线结构坐标系坐标轴间的夹角的方法为：使用经纬仪测量系统测量获得天线立方镜坐标系与天线结构坐标系坐标轴之间的夹角。优选的，步骤(2)中获取卫星结构坐标系与天线立方镜坐标系坐标轴间的夹角的方法为：使用经纬仪测量系统测量获得卫星结构坐标系与天线立方镜坐标系各坐标轴之间的夹角。优选的，步骤(5)中进行坐标变换获得天线参考坐标系下的天线指向向量的方法如下：卫星轨道坐标系下的天线指向向量v1变换至卫星本体坐标系下的天线指向向量为v2＝C1*v1；其中C1为卫星轨道坐标系至卫星本体坐标系的转移矩阵；卫星本体坐标系下的天线指向向量v2变换至卫星结构坐标系下的天线指向向量为v3＝C2*v2；其中C2为卫星本体坐标系至卫星结构坐标系的转移矩阵；卫星结构坐标系下的天线指向向量v3变换至天线结构坐标系下的天线指向向量为v4＝R*v3；天线结构坐标系下的天线指向向量v4变换至天线参考坐标系下的天线指向向量为OANTRp＝C3*v4；其中C3为天线结构坐标系至天线参考坐标系的转移矩阵。优选的，步骤(5)中进行坐标变换获得天线参考坐标系下的天线指向向量的方法如下：卫星轨道坐标系下的天线指向向量v1变换至卫星本体坐标系下的天线指向向量为v2＝C1*v1；其中C1为卫星轨道坐标系至卫星本体坐标系的转移矩阵；卫星本体坐标系下的天线指向向量v2变换至卫星结构坐标系下的天线指向向量为v3＝C2*v2；其中C2为卫星本体坐标系至卫星结构坐标系的转移矩阵；卫星结构坐标系下的天线指向向量v3变换至天线结构坐标系下的天线指向向量为v4＝R'*v3；天线结构坐标系下的天线指向向量v4变换至天线参考坐标系下的天线指向向量为OANTRp＝C3*v4；其中C3为天线结构坐标系至天线参考坐标系的转移矩阵。优选的，根据天线参考坐标系下的指向向量OANTRp，获取p点坐标为(xyz)，OANTR天线参考坐标系的原点，则计算跟踪天线指向角度的方法如下：其中a，b为天线X轴、Y轴转动角度。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术引入了欧拉角坐标转移方式，经过严格数学推导与仿真确认，降低了对天线安装精度的要求，无需为了达到很高的安装精度要求而反复安装和测量；减少了地面安装和测量工作量。(2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载跟踪天线安装误差的补偿方法，其特征在于步骤如下：(1)将天线立方镜安装在跟踪天线基座上，获取天线立方镜坐标系与天线结构坐标系坐标轴间的夹角：αxYd、αyZd、αzXd；所述夹角αxYd为天线立方镜坐标系x轴与天线结构坐标系Yd轴间夹角；所述夹角αyZd为天线立方镜坐标系y轴与天线结构坐标系Zd轴间夹角；所述夹角αzXd为天线立方镜坐标系z轴与天线结构坐标系Xd轴间夹角。(2)将跟踪天线装入卫星，获取卫星结构坐标系与天线立方镜坐标系坐标轴间的夹角：αxYg、αyZg、αzXg；所述夹角αxYg为天线立方镜坐标系x轴与卫星结构坐标系Yg轴间夹角；所述夹角αyZg为天线立方镜坐标系y轴与卫星结构坐标系Zg轴间夹角；所述夹角αzXg为天线立方镜坐标系z轴与卫星结构坐标系Xg轴间夹角；(3)计算ΔαxY＝αxYd‑αxYg、ΔαyZ＝αyZd‑αyZg、ΔαzX＝αzXd‑αzXg，将计算结果ΔαxY、ΔαyZ、ΔαzX作为参数上注至星上设备；(4)星上设备根据地面上注的参数形成卫星结构坐标系至天线结构坐标系的转移矩阵：

【技术特征摘要】
1.一种星载跟踪天线安装误差的补偿方法，其特征在于步骤如下：(1)将天线立方镜安装在跟踪天线基座上，获取天线立方镜坐标系与天线结构坐标系坐标轴间的夹角：αxYd、αyZd、αzXd；所述夹角αxYd为天线立方镜坐标系x轴与天线结构坐标系Yd轴间夹角；所述夹角αyZd为天线立方镜坐标系y轴与天线结构坐标系Zd轴间夹角；所述夹角αzXd为天线立方镜坐标系z轴与天线结构坐标系Xd轴间夹角。(2)将跟踪天线装入卫星，获取卫星结构坐标系与天线立方镜坐标系坐标轴间的夹角：αxYg、αyZg、αzXg；所述夹角αxYg为天线立方镜坐标系x轴与卫星结构坐标系Yg轴间夹角；所述夹角αyZg为天线立方镜坐标系y轴与卫星结构坐标系Zg轴间夹角；所述夹角αzXg为天线立方镜坐标系z轴与卫星结构坐标系Xg轴间夹角；(3)计算ΔαxY＝αxYd-αxYg、ΔαyZ＝αyZd-αyZg、ΔαzX＝αzXd-αzXg，将计算结果ΔαxY、ΔαyZ、ΔαzX作为参数上注至星上设备；(4)星上设备根据地面上注的参数形成卫星结构坐标系至天线结构坐标系的转移矩阵：(5)星上设备计算卫星轨道坐标系下的天线指向向量，进行坐标变换获得天线参考坐标系下的天线指向向量，计算跟踪天线指向角度。2.一种星载跟踪天线安装误差的补偿方法，其特征在于步骤如下：(1)将天线立方镜安装在跟踪天线基座上，获取天线立方镜坐标系与天线结构坐标系坐标轴间的夹角：αyXd、αzYd、αxZd；所述夹角αyXd为天线立方镜坐标系y轴与天线结构坐标系Xd轴间夹角；夹角αzYd为天线立方镜坐标系z轴与天线结构坐标系Yd轴间夹角；夹角αxZd为天线立方镜坐标系x轴与天线结构坐标系Zd轴间；(2)将跟踪天线装入卫星，获取卫星结构坐标系与天线立方镜坐标系坐标轴间的夹角：αyXg、αzYg、αxZg；所述夹角αyXg为天线立方镜坐标系y轴与卫星结构坐标系Xg轴间夹角；所述夹角αzYg为天线立方镜坐标系z轴与卫星结构坐标系Yg轴间夹角；所述夹角αxZg为天线立方镜坐标系x轴与卫星结构坐标系Zg轴间夹角；(3)计算ΔαyX＝αyXg-αyXd、ΔαzY＝αzYg-αzYd、ΔαxZ＝αxZg-αxZd作为参数上注至星上设备；(4)星上设备根据地面上注的参数形成卫星结构坐标系至天线结构坐标系的转移矩阵：(5)星上设备计算卫星轨道坐标系下的天线指向向量，进行坐标变换获得天线参考坐标系下的天线指向...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华春，孙正海，孙炜，严琪，荣国志，吝莹，余晓川，赵鸿，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61