一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法技术

本发明专利技术提出一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法，借助射电星作为观测对象，通过三轴标校模型建立三轴转台式天线的角度标校方法，获得三轴转台式天线的角度误差修正系数，对三轴转台式天线进行测角数据修正，可使三轴转台式天线的角度测量数据的精度满足系统测控的精度要求。本发明专利技术还可以解决传统标校塔远程距离不满足需求的问题，对于满足建设条件的，则可以省去标校塔建设成本，从系统建设上，可减少土地占用和测控系统的建设成本。

A Star Calibration Method for Three-Axis Turntable TT&C Antenna

【技术实现步骤摘要】
一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法
本专利技术涉及天线角度标校
，具体为一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法。
技术介绍
航天器在轨飞行，需要测控系统对航天器实施轨道测量和飞行控制，目前，我国的轨道测量主要通过地面测量系统实现。地面测量设备通过对航天器进行跟踪以获取目标的速度、距离和角度，其中角度数据主要由天线系统的跟踪数据(角度数据)并根据天线轴系修正标校模型对天线系统编码器采集的原始角度数据进行修正，得到目标相对于测量点的方位和俯仰角度值，作为目标的大地测量值，参与目标的测定轨计算。而天线轴系修正标校模型中的误差修正参数需要经过测控天线的标校才能获得。典型两轴A-E座架天线结构形式如图1所示，这种传统的方位俯仰座架式测控天线为了获得满足测控要求的测角数据，已建立有两轴天线下的角度标校模型并有相应的标校方法。而随着我国卫星测控与遥感卫星数据接收一体化多功能站的需求，同一台天线系统既要有较高的测量精度，又要有全空域高精度跟踪的需求，目前投入建设的测控设备需具备测控及数传两种模式，传统的单一测控功能设备或者单一数传功能的设备已经不适应现有的航天器测控和天地数据传输需求。新研测控数传一体化设备需同时具备数传和测控能力，因此需要三轴转台式天线来实现全弧段的数传数据接收，同时具备满足对航天器角度测量的测控能力。三轴转台式天线的结构模式如图2所示，三轴转台式天线是在传统的两轴天线上在方位基座下增加了一个斜转台，这个斜转台可为方位基座以及方位基座上的俯仰平台提供7度倾角，用于抵消A-E座架在某些位置上的仰角，通过降低天线跟踪目标时的仰角，减小跟踪速度和加速度，可实现对目标的全弧段跟踪，保证遥测、数传数据的接收，这种结构形式的天线在遥感卫星数据接收站大量的使用，可以实现对任意轨道倾角的卫星全空域无盲区高精度跟踪。但这种三轴转台式天线相比于传统典型两轴A-E座架天线结构更为复杂，由于第三轴结构安装及旋转特点，轴角度测量数据与测站地平坐标系的方位角、俯仰角存在非线性变换关系，标校参数引入了由第三轴斜转台引入的误差修正参数，标定难度较两轴天线大幅提高，原有的典型两轴A-E座架天线角度标校模型和标校方法已不再适用于三轴转台式天线。目前国内在遥测、遥感领域已采用了三轴转台式天线，形成了12米、7.3米的系列化产品。但是原有用于遥测、遥感领域的三轴转台式天线的轴系标校模型精度远达不到测控需求，而且传统三轴角度标校只对太阳、月亮进行初步的标定，然后借助低轨卫星进行角度的定点误差修正，保证对目标信号的接收强度满足信号传输需求即可，对天线零值修正模型提供的精度低于测控需求，与之匹配的标校方法也不能满足三轴天线应用于测控领域的新需求。因此迫切需要针对新的三轴转台式天线构建新的角度标校模型和标校方法，实现三轴转台式天线的角度标校，满足三轴天线实现精确角度测量和卫星控制的需求。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法，借助射电星作为观测对象，通过三轴标校模型建立三轴转台式天线的角度标校方法，获得三轴转台式天线的角度误差修正系数，对三轴转台式天线进行测角数据修正，可使三轴转台式天线的角度测量数据的精度满足系统测控的精度要求。本专利技术的技术方案为：所述一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：选择标校源：在天球中选择位置精确已知，且满足三轴转台式测控天线G/T增益指标的若干射电星作为标校源；对于某一射电星而言，G/T值通过以下公式计算：其中k为波尔兹曼常数，Y因子采用公式计算，P1为三轴转台式测控天线对射电星的测量值，P2为三轴转台式测控天线对冷空的测量值，φ(f)为射电星在测试频率f上的辐射通量密度，λ为工作波长，K1,K2,K3分别为大气衰减修正系数、射电星角扩展修正系数和射电星通量密度随时间而变的修正系数；步骤2：控制三轴转台式测控天线指向选择的标校源进行扫描，得到天线对应于最大功率值的天线系统方位角测量值Ac、天线系统俯仰角测量值Ec以及第三轴角度测量值Tc，并得到此时标校源的方位角真值Az和俯仰角真值Ez；步骤3：重复步骤2，获得N组(Aci,Eci,Tci,Azi,Ezi)，i＝1,2,…,N；步骤4：建立三轴转台式天线角度标校模型：所建立的大地坐标系下的三轴转台式天线角度标校模型为：其中Az为目标方位角真值，Ez为目标俯仰角真值，δ为天线方位轴与俯仰轴的不正交度，θM为天线座大盘不水平的最大值，AM为天线座大盘不水平的最大值所处的方位角，X，Y，Z为大地坐标系与测量坐标系的转换矩阵变量：T为第三轴角度真值，θ为第三轴倾斜角真值，第三轴的误差模型为：T＝Tc+T0θ＝θ0+ΔθTc为第三轴角度读数，T0为第三轴零值误差，θ0是为第三轴倾斜角理论值，Δθ为第三轴倾斜角误差；而A#和E#为测量坐标系下天线系统方位角和俯仰角的测量真值：A#＝Ac+A0+δtgEc+KbsecEcE#＝Ec+E0+EgcosE+EdcotE式中Ac为天线系统方位角测量值，A0为天线系统方位角零位误差，Ec为天线系统俯仰角测量值，E0为天线系统俯仰角零位误差，Eg为重力下垂引起的俯仰误差系数，Kb为天线电轴与俯仰轴不匹配引起的方位误差，Ed为大气折射率，E＝Ec+θ0cosAc；步骤5：给三轴转台式天线角度标校模型中的待求解系数设定初值；所述待求解系数为：天线方位轴与俯仰轴的不正交度δ、天线座大盘不水平的最大值θM、天线座大盘不水平的最大值所处的方位角AM、第三轴零值误差T0、第三轴倾斜角误差天线Δθ、系统方位角零位误差A0、天线系统俯仰角零位误差E0，重力下垂引起的俯仰误差系数Eg，天线电轴与俯仰轴不匹配引起的方位误差Kb，大气折射率Ed；并定义指标函数：其中和为将步骤2得到的N组(Aci,Eci,Tci,Azi,Ezi)中的Aci,Eci,Tci以及三轴转台式天线自身的第三轴倾斜角理论值θ0带入三轴转台式天线角度标校模型，计算得到的目标方位角修正真值和目标俯仰角修正真值；以三轴转台式天线角度标校模型中的待求解系数为优化变量，对指标函数进行优化求解，得到满足指标要求的待求解系数，从而得到满足指标要求的三轴转台式天线角度标校模型。进一步的优选方案，所述一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法，其特征在于：N≥10。进一步的优选方案，所述一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法，其特征在于：步骤3中通过对N个不同标校源进行扫描测量，得到N组(Aci,Eci,Tci,Azi,Ezi)。进一步的优选方案，所述一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法，其特征在于：步骤3中通过在N个不同时刻对单个标校源进行扫描测量，得到N组(Aci,Eci,Tci,Azi,Ezi)。进一步的优选方案，所述一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法，其特征在于：采用N.-M.单形直接法对指标函数进行优化求解。有益效果本专利技术针对三轴转台式天线的三个旋转轴，引入新的角度误差系数，构建了准确且精度满足要求的三轴转台式天线角度标校模型，进而实现了三轴转台式天线的星体标校，还可以解决传统标校塔远程距离不满足需求的问题，对于满足建设条件的，则可以省去标校塔建设成本，从系统建设上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：选择标校源：在天球中选择位置精确已知，且满足三轴转台式测控天线G/T增益指标的若干射电星作为标校源；对于某一射电星而言，G/T值通过以下公式计算：

【技术特征摘要】
1.一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：选择标校源：在天球中选择位置精确已知，且满足三轴转台式测控天线G/T增益指标的若干射电星作为标校源；对于某一射电星而言，G/T值通过以下公式计算：其中k为波尔兹曼常数，Y因子采用公式计算，P1为三轴转台式测控天线对射电星的测量值，P2为三轴转台式测控天线对冷空的测量值，φ(f)为射电星在测试频率f上的辐射通量密度，λ为工作波长，K1,K2,K3分别为大气衰减修正系数、射电星角扩展修正系数和射电星通量密度随时间而变的修正系数；步骤2：控制三轴转台式测控天线指向选择的标校源进行扫描，得到天线对应于最大功率值的天线系统方位角测量值Ac、天线系统俯仰角测量值Ec以及第三轴角度测量值Tc，并得到此时标校源的方位角真值Az和俯仰角真值Ez；步骤3：重复步骤2，获得N组(Aci,Eci,Tci,Azi,Ezi)，i＝1,2,…,N；步骤4：建立三轴转台式天线角度标校模型：所建立的大地坐标系下的三轴转台式天线角度标校模型为：其中Az为目标方位角真值，Ez为目标俯仰角真值，δ为天线方位轴与俯仰轴的不正交度，θM为天线座大盘不水平的最大值，AM为天线座大盘不水平的最大值所处的方位角，X，Y，Z为大地坐标系与测量坐标系的转换矩阵变量：T为第三轴角度真值，θ为第三轴倾斜角真值，第三轴的误差模型为：T＝Tc+T0θ＝θ0+ΔθTc为第三轴角度读数，T0为第三轴零值误差，θ0是为第三轴倾斜角理论值，Δθ为第三轴倾斜角误差；而A#和E#为测量坐标系下天线系统方位角和俯仰角的测量真值：A#＝Ac+A0+δtgEc+KbsecEcE#＝Ec+E0+EgcosE+EdcotE式中Ac为天线系统方位角测量值，A0为天线系统方位角零位误差，Ec...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，谭元飞，高昕，洪宇，胡红军，张垚，张宏，赵大鹏，侯锦，赵天宇，闫妍，高福民，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十九研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61