不依赖于卫星导航信息的卫星天线自主测控方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种不依赖于卫星导航信息的卫星天线自主测控方法及系统。该方法首先根据加速度计测量值获取俯仰角和横滚角初始值，开始寻星，对上目标卫星之后反推计算确定初始航向角，而后进入到稳定跟踪状态；在卫星天线稳定跟踪状态下，根据加速度计和陀螺测量值进行姿态角融合估计，确定方位转盘的俯仰角和横滚角估计值；并采用跟踪获取的航向角误差对方位转盘的航向角进行修正估计；最终根据三个姿态角估计值调节方位转盘的三维姿态角度，保持卫星天线与目标卫星之间的视线瞄准，实现卫星天线自主测控。本发明专利技术方法采用简单和实用的算法即可实现无卫星导航信息辅助情况下的自主测控，在卫星导航信息使用受限以及军用情况下具有重要的现实意义。

Satellite antenna autonomous measurement and control method and system independent of satellite navigation information

【技术实现步骤摘要】
不依赖于卫星导航信息的卫星天线自主测控方法及系统
本专利技术涉及移动卫星通信
，特别是涉及一种不依赖于卫星导航信息的卫星天线自主测控方法及系统。
技术介绍
随着经济全球化和信息化的发展，人们迫切需要在旅途中的任何地方、任何时间都能实时传递或接收宽带、大容量的语音、数据、图像、视频等多媒体信息，以便更快、更准确地掌握瞬息万变的时局。卫星通信是唯一能在不同环境下同时提供不同业务需求的通信系统。由于ITU(InternationalTelecommunicationUnion，国际电信联盟)分配给卫星移动业务的带宽较低，很难满足宽带通信业务的需求。基于卫星固定业务的“动中通”通信系统为这一理想的实现提供了可能。动中通卫星通信系统是指安装卫星天线的移动载体(如汽车、火车、飞机、轮船等)能够与静止卫星(即同步轨道卫星)建立通信链路并能够在载体快速运动的过程中保持通信链路的畅通以实现实时通信的系统。简单的说，就是将固定卫星地球站放置于不停运动的载体上，在此过程中，始终保持天线与卫星之间的视线瞄准就成为测控系统需要解决的任务。测控系统保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不依赖于卫星导航信息的卫星天线自主测控方法，其特征在于，所述卫星天线自主测控方法基于一种微机械惯性测量单元；所述微机械惯性测量单元安装于卫星天线的方位转盘上；所述微机械惯性测量单元内部包含三轴正交放置的陀螺和加速度计；所述卫星天线自主测控方法包括：/n获取所述加速度计采集的加速度计测量值；/n根据所述加速度计测量值确定所述方位转盘的俯仰角初始值和横滚角初始值；/n根据所述俯仰角初始值和所述横滚角初始值开始寻星，对上目标卫星之后反推计算确定初始航向角；/n根据所述初始航向角调整所述卫星天线对准目标卫星，进入到稳定跟踪状态；/n获取所述卫星天线稳定跟踪状态下所述陀螺采集的陀螺测量值；/n根...

【技术特征摘要】
1.一种不依赖于卫星导航信息的卫星天线自主测控方法，其特征在于，所述卫星天线自主测控方法基于一种微机械惯性测量单元；所述微机械惯性测量单元安装于卫星天线的方位转盘上；所述微机械惯性测量单元内部包含三轴正交放置的陀螺和加速度计；所述卫星天线自主测控方法包括：
获取所述加速度计采集的加速度计测量值；
根据所述加速度计测量值确定所述方位转盘的俯仰角初始值和横滚角初始值；
根据所述俯仰角初始值和所述横滚角初始值开始寻星，对上目标卫星之后反推计算确定初始航向角；
根据所述初始航向角调整所述卫星天线对准目标卫星，进入到稳定跟踪状态；
获取所述卫星天线稳定跟踪状态下所述陀螺采集的陀螺测量值；
根据所述加速度计测量值和所述陀螺测量值进行姿态角融合估计，确定所述方位转盘的俯仰角估计值和横滚角估计值；
采用卫星信号极大值跟踪方法获取航向角误差；
采用所述航向角误差对所述方位转盘的航向角进行修正估计，得到航向角估计值；
根据所述俯仰角估计值、所述横滚角估计值和所述航向角估计值调节所述方位转盘的三维姿态角度，保持所述卫星天线与所述目标卫星之间的视线瞄准，实现卫星天线自主测控。


2.根据权利要求1所述的卫星天线自主测控方法，其特征在于，所述根据所述加速度计测量值确定所述方位转盘的俯仰角初始值和横滚角初始值，具体包括：
根据所述加速度计测量值，采用公式确定所述方位转盘的俯仰角初始值；
采用公式确定所述方位转盘的横滚角初始值；其中ax,ay,az分别为三个正交放置的加速度计采集的加速度计测量值；g为重力加速度值；令P0＝Pa,R0＝Ra，P0为俯仰角初始值，R0为横滚角初始值。


3.根据权利要求2所述的卫星天线自主测控方法，其特征在于，所述根据所述俯仰角初始值和所述横滚角初始值开始寻星，对上卫星之后反推计算确定初始航向角，具体包括：
令P＝R0，R＝R0，H＝H0＝0，采用公式计算得到此时卫星天线在转盘上需要调整的俯仰角和极化角β，γ；其中表示从地理坐标系到天线指向坐标系的变换矩阵，A、E、V分别表示固定卫星地球站对准目标卫星的方位角、俯仰角和极化角；表示从天线转台坐标系到天线指向坐标系的变换矩阵；表示从地理坐标系到转台坐标系的变换矩阵，H、P、R分别表示方位转台的航向角、俯仰角、横滚角；
根据所述β，γ调整卫星天线至所述俯仰角和极化角处，转动方位转盘开始方位扫描；
扫描一周结束后，判断卫星信标接收到的信标机信号强度是否大于卫星捕获阈值XT，获得第一判断结果；
若所述第一判断结果为接收到的信标机信号强度小于或等于卫星捕获阈值XT，则调整俯仰角角度为β+(-1)n2n，返回所述根据所述β，γ调整卫星天线至所述俯仰角和极化角处，转动方位转盘开始方位扫描的步骤；其中n为旋转圈数；
若所述第一判断结果为接收到的信标机信号强度大于卫星捕获阈值XT，则根据卫星信号强度最大值处编码器指示的β,γ，采用公式反推计算出当前方位转台的航向角H主；
将所述航向角H主的取值区间转换至航向角的真实取值区间，得到所述初始航向角。


4.根据权利要求3所述的卫星天线自主测控方法，其特征在于，所述根据所述加速度计测量值和所述陀螺测量值进行姿态角融合估计，确定所述方位转盘的俯仰角估计值和横滚角估计值，具体包括：
根据所述加速度计测量值和所述陀螺测量值，采用公式确定载体机动判断调节参数μ；其中ΔP为陀螺积分俯仰角与加速度计测量的俯仰角之间的差值，ΔR为陀螺积分横滚角与加速度计测量的横滚角之间的差值；ξ1为第一阈值，ξ2为第二阈值；
根据所述加速度计测量值、所述陀螺测量值以及所述载体机动判断调节参数μ，采用公式
确定所述方位转盘的俯仰角估计值和横滚角估计值；其中Pa,k-1为第k-1个时间点所述方位转盘的俯仰角初始值；Ra,k-1为第k-1个时间点所述方位转盘的横滚角初始值；Pk-1为第k-1个时间点所述方位转盘的俯仰角估计值；Rk-1为第k-1个时间点所述方位转盘的横滚角估计值；kp为第一融合加权参数，ki为第二融合加权参数；δt表示计算间隔时间；ωx，k-1、ωy，k-1、ωz，k-1分别表示正交安装的三个陀螺在第k-1个时间点采集的陀螺测量值；Pk为第k个时间点所述方位转盘的俯仰角估计值；Rk为第k个时间点所述方位转盘的横滚角估计值。


5.根据权利要求4所述的卫星天线自主测控方法，其特征在于，所述采用所述航向角误差对所述方位转盘的航向角进行修正估计，得到航向角估计值，具体包括：
根据所述航向角误差，采用航向角修正算法



对所述方位转盘的航向角进行修正估计，得到航向角估计值；其中Δθa，k-1为第k-1个时间点的方位跟踪偏差角；βk-1为第k-1个时间点卫星天线的俯仰角；ΔHk-1为第k-1个时间点的航向角误差；kp，H为比例积分校正的比例系数，ki，H为比例积分校正的积分系数；Hk-1为第k-1个时间点所述方位转盘的航向角估计值；Hk第k个时间点所述方位转盘的航向角估计值。


6.一种不依赖于卫星导航信息的卫星天...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍宗伟，沈晓卫，袁丁，张峰干，金伟，朱丰超，姚敏立，贾维敏，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61