本發(fā)明涉及一種基于任務(wù)時(shí)空分布特性的點(diǎn)波束天線控制方法，適用于配置兩副對地二維機(jī)械掃描點(diǎn)波束天線的高分辨率遙感衛(wèi)星。

背景技術(shù)：

高分辨率遙感衛(wèi)星采用成像記錄模式，將境外對地觀測數(shù)據(jù)記錄至星上固態(tài)存儲(chǔ)器，衛(wèi)星入境后，再擇機(jī)將境外數(shù)據(jù)回放至地面站。在相同幅寬、相同量化位數(shù)的條件下，遙感衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)量與成像分辨率的平方成反比關(guān)系。隨著遙感衛(wèi)星圖像空間分辨率的大幅提高，對地?cái)?shù)傳能力成為制約衛(wèi)星在軌使用效能的核心因素。為保證遙感衛(wèi)星海量圖像數(shù)據(jù)下傳，國內(nèi)外高分辨率遙感衛(wèi)星普遍采用高增益二維機(jī)械掃描點(diǎn)波束天線實(shí)現(xiàn)對地?cái)?shù)傳通道的高速傳輸。

除了數(shù)傳通道的數(shù)據(jù)率外，數(shù)傳弧段的數(shù)量和使用效率也是提升衛(wèi)星使用效能的核心要素。美國國家航空航天局(nationalaeronautics&spaceadministration，簡稱為nasa)在全球設(shè)地面站，歐洲航天局(europeanspaceagency，簡稱為esa)、俄羅斯等在北極地區(qū)建立地面站，衛(wèi)星每天可用數(shù)傳弧段多，實(shí)現(xiàn)高分辨率遙感衛(wèi)星的海量圖像數(shù)據(jù)下傳。目前，我國遙感衛(wèi)星地面站國際化運(yùn)行水平不高，主要依賴國內(nèi)地面站接收遙感圖像數(shù)據(jù)。我國國內(nèi)地面站的分布特點(diǎn)導(dǎo)致衛(wèi)星每天可用的數(shù)傳弧段少，提升數(shù)傳弧段的使用效率可以極大地提升衛(wèi)星的在軌使用效能。

然而，星地建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路前需要衛(wèi)星完成點(diǎn)波束天線預(yù)置，采用大力矩電機(jī)將增加衛(wèi)星重量，加大研制成本，而采用小規(guī)模電機(jī)則必然導(dǎo)致衛(wèi)星的預(yù)置時(shí)間長，從而浪費(fèi)寶貴的數(shù)傳弧段。因此，二維點(diǎn)波束天線使用策略設(shè)計(jì)對我國高分辨率衛(wèi)星在軌高效率應(yīng)用具有重要意義。

然而，在目前的現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有針對點(diǎn)波束天線使用策略研究的文獻(xiàn)資料。文獻(xiàn)“‘資源三號’衛(wèi)星遙感技術(shù)”(《航天返回與遙感》，2012年6月刊)給出了衛(wèi)星數(shù)傳天線的配置方案，通過采用高極化隔離度、高跟蹤精度的二維機(jī)械掃描點(diǎn)波束天線，衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了雙通道共900mbit/s的對地傳輸速率。但該文獻(xiàn)中并未給出二維機(jī)械掃描點(diǎn)波束天線的使用策略。

文獻(xiàn)“面向動(dòng)作序列的敏捷衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃問題”(《國防科技大學(xué)學(xué)報(bào)》，2012年12月刊)針對新一代敏捷衛(wèi)星對地觀測任務(wù)規(guī)劃問題，考慮了直拍直傳、立體成像、多條帶拼接等復(fù)雜任務(wù)需求和觀測、數(shù)據(jù)下傳、對日定向等9種衛(wèi)星動(dòng)作，在任務(wù)規(guī)劃的同時(shí)進(jìn)行衛(wèi)星動(dòng)作規(guī)劃，通過設(shè)計(jì)的前瞻啟發(fā)式構(gòu)造算法，滿足衛(wèi)星存儲(chǔ)、能量等復(fù)雜約束，在前瞻過程中每次決定當(dāng)前任務(wù)是否安排，并采用基于專家知識的多種啟發(fā)式規(guī)則決定任務(wù)安排，但該文獻(xiàn)并未考慮到二維機(jī)械掃描點(diǎn)波束天線轉(zhuǎn)動(dòng)角速度限制引起的預(yù)置時(shí)間約束問題。

此外，由于部分重要成像目標(biāo)和地面站同時(shí)位于國內(nèi)，目前我國衛(wèi)星還普遍支持邊成像記錄邊數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ髂Ｊ?。一方面，如果天線預(yù)置時(shí)間過長，則將占用寶貴的成像任務(wù)時(shí)間段，影響衛(wèi)星的在軌成像效率。另一方面，衛(wèi)星大型點(diǎn)波束天線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩縮短天線預(yù)置時(shí)間，但擾振對高分辨率相機(jī)成像質(zhì)量的影響也不可忽視。文獻(xiàn)“光學(xué)遙感衛(wèi)星微振動(dòng)抑制方法及關(guān)鍵技術(shù)”(《宇航學(xué)報(bào)》，2015年2月刊)針對星上設(shè)備擾振對高分辨率圖像質(zhì)量的影響，提出了針對控制力矩陀螺等微振動(dòng)源設(shè)備優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，如降低高速轉(zhuǎn)子的靜、動(dòng)不平衡量等，有效降低擾動(dòng)源輸出的擾動(dòng)力。但是在該文獻(xiàn)中，并未考慮到大型二維點(diǎn)波束天線快速預(yù)置擾振對衛(wèi)星圖像質(zhì)量的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于任務(wù)時(shí)空分布特性的點(diǎn)波束天線控制方案，針對衛(wèi)星配置兩副二維機(jī)械掃描點(diǎn)波束天線的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合高分辨率遙感衛(wèi)星的任務(wù)時(shí)空分布特性，按照連續(xù)兩次傳輸任務(wù)的天線總預(yù)置時(shí)間最小的原則，選擇首次傳輸天線和接力傳輸天線，并基于衛(wèi)星任務(wù)的時(shí)空分布特性，利用任務(wù)空閑時(shí)間段，在非成像時(shí)間段提前完成首次傳輸天線的預(yù)置動(dòng)作，最后利用數(shù)據(jù)傳輸弧段時(shí)長遠(yuǎn)大于天線預(yù)置時(shí)間的特點(diǎn)，采用盡量小的預(yù)置角速度，完成另一副天線的預(yù)置動(dòng)作。

通過提前預(yù)置、交叉使用的天線控制策略設(shè)計(jì)，避免了天線預(yù)置時(shí)間過長占用寶貴的成像弧段、數(shù)傳弧段使用效率低的問題，同時(shí)盡量減小了轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的輸出力矩，降低了轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的成本，并降低了天線擾動(dòng)對高分辨率相機(jī)成像質(zhì)量的影響。

本發(fā)明提供了一種基于任務(wù)時(shí)空分布特性的點(diǎn)波束天線控制方法，適用于配置有兩副對地二維機(jī)械掃描點(diǎn)波束天線的高分辨率遙感衛(wèi)星，該方法包括：步驟一，根據(jù)天線轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力和對地跟蹤的要求，將對地二維機(jī)械點(diǎn)波束天線的最大預(yù)置角速度設(shè)置為對地二維機(jī)械點(diǎn)波束天線在軌的最大跟蹤角速度；步驟二，根據(jù)兩副對地二維機(jī)械點(diǎn)波束天線的角度信息，計(jì)算兩副對地二維機(jī)械點(diǎn)波束天線的兩種傳輸組合模式下的總預(yù)置時(shí)間，選擇總預(yù)置時(shí)間小的組合模式作為兩副對地二維機(jī)械點(diǎn)波束天線的使用次序；步驟三，根據(jù)首次傳輸任務(wù)所選的首次天線的預(yù)置角度和最大預(yù)置角速度確定首次天線的預(yù)置時(shí)間，當(dāng)任務(wù)空閑時(shí)長大于所述首次傳輸任務(wù)所選的所述首次天線完成預(yù)置所需的時(shí)長時(shí)，采用最大預(yù)置角速度完成所述首次天線的預(yù)置動(dòng)作；步驟四，根據(jù)接力傳輸任務(wù)所選的接力天線的預(yù)置角度和首次傳輸任務(wù)時(shí)長確定接力天線的最小預(yù)置角速度，并以最小預(yù)置角速度完成所述接力天線的預(yù)置動(dòng)作；以及步驟五，基于接力傳輸任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，完成高分辨率遙感衛(wèi)星上的載荷數(shù)據(jù)的接力傳輸。

在本發(fā)明中，兩副對地二維機(jī)械點(diǎn)波束天線的角度信息至少包括：兩副對地二維機(jī)械點(diǎn)波束天線的雙軸當(dāng)前角度信息、首次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻所需的天線指向角度信息和接力數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻所需的天線指向角度信息。

具體地，在步驟二中執(zhí)行：初始設(shè)置初選首次天線和初選接力天線；根據(jù)角度信息，分別計(jì)算初選首次天線和初選接力天線對兩個(gè)地面站的預(yù)置時(shí)間；計(jì)算初選首次天線和初選接力天線在兩種傳輸組合模式下的總預(yù)置時(shí)間；在將初選首次天線作為首次天線而將初選接力天線作為接力天線的第一傳輸組合模式下，計(jì)算連續(xù)兩次數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的第一天線總預(yù)置時(shí)間；在將初選首次天線作為接力天線而將初選接力天線作為首次天線的第二傳輸組合模式下，計(jì)算連續(xù)兩次數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的第二天線總預(yù)置時(shí)間；以及對第一天線總預(yù)置時(shí)間和第二天線總預(yù)置時(shí)間進(jìn)行比較并選擇其中時(shí)間少的傳輸模式，作為兩副對地二維機(jī)械點(diǎn)波束天線的使用次序。

在步驟三中執(zhí)行：判斷高分辨率遙感衛(wèi)星當(dāng)前是否正在執(zhí)行成像任務(wù)；當(dāng)高分辨率遙感衛(wèi)星當(dāng)前正在執(zhí)行成像任務(wù)時(shí)，等待成像任務(wù)結(jié)束；在成像任務(wù)結(jié)束后，采用所述首次天線的首次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻所需的天線指向角度信息與所述首次天線的初始角度之差作為所述首次天線的預(yù)置角度，并采用所述最大預(yù)置角速度作為所述首次天線的預(yù)置角速度，計(jì)算預(yù)置首次天線所需要的時(shí)間；以及在成像任務(wù)空閑的時(shí)間段大于預(yù)置首次天線所需要的時(shí)間的前提下，完成首次天線的預(yù)置動(dòng)作。

在步驟四中執(zhí)行：在首次傳輸任務(wù)開始后，首次天線立即跟蹤地面站，并啟動(dòng)與首次天線相對應(yīng)的射頻通道；采用接力天線的接力數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻所需的天線指向角度信息與接力天線的初始角度之差作為接力天線的預(yù)置角度，采用首次傳輸任務(wù)時(shí)長作為接力天線的預(yù)置時(shí)長，計(jì)算接力天線的最小預(yù)置角速度；以最小預(yù)置角速度，完成接力天線的預(yù)置動(dòng)作。

在步驟五中執(zhí)行：判斷執(zhí)行接力傳輸任務(wù)的時(shí)間是否達(dá)到；當(dāng)接力傳輸任務(wù)的時(shí)間達(dá)到時(shí)，立即啟動(dòng)接力天線跟蹤地面站，并開啟與接力天線對應(yīng)的射頻通道；以及停止首次天線的跟蹤動(dòng)作，并關(guān)閉與首次天線相對應(yīng)的射頻通道。

因此，相對于現(xiàn)有技術(shù)，采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果：

1)通過兩副天線交替使用，有效解決了單付二維點(diǎn)波束天線轉(zhuǎn)動(dòng)角速度有限導(dǎo)致的無法快速實(shí)現(xiàn)對地傳輸?shù)膯栴}，其中，利用任務(wù)空閑時(shí)間段提前完成天線預(yù)置，避免衛(wèi)星入境前天線預(yù)置占用寶貴的成像任務(wù)弧段，同時(shí)利用上一次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間段完成下一次天線的預(yù)置動(dòng)作，避免載荷數(shù)據(jù)接力傳輸過程中，天線預(yù)置時(shí)間浪費(fèi)寶貴的數(shù)傳弧段資源；

2)通過嚴(yán)格限制天線的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，避免天線快速預(yù)置過程中產(chǎn)生的擾振影響高分辨率相機(jī)的成像質(zhì)量；

3)采用小規(guī)模轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)即可滿足接力傳輸?shù)膽?yīng)用需求，降低了設(shè)備重量和系統(tǒng)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所涉及的二維點(diǎn)波束天線數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的時(shí)空分布特性圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的二維點(diǎn)波束天線控制方法的實(shí)施流程圖；以及

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的二維點(diǎn)波束天線控制方法的控制信息傳遞圖。

具體實(shí)施方式

應(yīng)了解，本發(fā)明的基于任務(wù)時(shí)空分布特性的點(diǎn)波束天線控制方法適用于配置兩副對地二維機(jī)械掃描點(diǎn)波束天線的高分辨率遙感衛(wèi)星。本發(fā)明的點(diǎn)波束天線控制方法的大體思路如下：

衛(wèi)星入境前，根據(jù)兩副對地天線雙軸當(dāng)前角度信息、首次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻所需要的目標(biāo)角度信息、接力數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻所需要的目標(biāo)角度信息等，計(jì)算連續(xù)兩次數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的天線總預(yù)置時(shí)間，按照總預(yù)置時(shí)間最小的原則，分別選擇首次數(shù)據(jù)傳輸天線和接力傳輸天線；

在星上不執(zhí)行成像任務(wù)的時(shí)間段，且該空閑時(shí)間段大于天線預(yù)置時(shí)間時(shí)，完成首次數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的天線預(yù)置動(dòng)作；

執(zhí)行首次數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)時(shí)，采用首次數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的天線跟蹤地面站并啟動(dòng)該天線對應(yīng)的射頻通道；

同時(shí)，根據(jù)接力天線的接力數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻所需的天線指向角度、接力天線的初始角度、首次天線的首次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長等參數(shù)，計(jì)算接力傳輸任務(wù)所需要的最小預(yù)置角速度，并采用該角速度完成接力傳輸天線的預(yù)置動(dòng)作；

首次數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)結(jié)束后，立即啟動(dòng)接力天線跟蹤地面站，并開啟接力天線對應(yīng)的射頻通道；

之后，停止首次傳輸天線的跟蹤動(dòng)作，并關(guān)閉首次傳輸天線對應(yīng)的射頻通道。

可見，本發(fā)明利用高分辨率敏捷衛(wèi)星的成像任務(wù)時(shí)空分布特性，通過提前預(yù)置、交叉使用的天線使用策略，采用小規(guī)模電機(jī)即可滿足點(diǎn)波束天線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅哂邢到y(tǒng)集成成本低、對地?cái)?shù)傳弧段利用率高、天線預(yù)置擾振對高分辨率相機(jī)成像質(zhì)量影響小的優(yōu)點(diǎn)。

因此，本發(fā)明的天線控制方法的概括流程如下：

首先，設(shè)置天線預(yù)置角速度——根據(jù)天線轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力和對地跟蹤的要求，將天線的最大預(yù)置角速度設(shè)置為天線在軌的最大跟蹤角速度。

接下來，確定天線使用次序——根據(jù)兩副對地天線(分別記為天線a、天線b)雙軸當(dāng)前角度信息、首次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻所需要的目標(biāo)角度信息、接力數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻所需要的目標(biāo)角度信息等，計(jì)算連續(xù)兩次傳輸任務(wù)的天線總預(yù)置時(shí)間，首次任務(wù)選擇天線a、接力任務(wù)選擇天線b的總預(yù)置時(shí)間大于首次任務(wù)選擇天線b、接力任務(wù)選擇天線a的總預(yù)置時(shí)間，則首次傳輸任務(wù)選擇天線b，接力傳輸任務(wù)選擇天線a；否則，首次傳輸任務(wù)選擇天線a，接力傳輸任務(wù)選擇天線b。

然后，完成首次傳輸任務(wù)的天線預(yù)置動(dòng)作——判斷當(dāng)前是否正在執(zhí)行成像任務(wù)，如果正在執(zhí)行成像任務(wù)，等待成像任務(wù)結(jié)束；成像任務(wù)結(jié)束后，計(jì)算首次天線預(yù)置所需要的時(shí)間，在任務(wù)空閑時(shí)間段大于天線預(yù)置所需時(shí)長的前提下，完成首次傳輸天線的預(yù)置動(dòng)作。

再次，完成接力任務(wù)的天線預(yù)置動(dòng)作——首次傳輸任務(wù)開始后，首次傳輸天線立即跟蹤地面站，并啟動(dòng)首次傳輸天線對應(yīng)的射頻通道；同時(shí)，根據(jù)接力天線的接力數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻所需的天線指向角度、接力天線的初始角度、首次天線的首次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長等參數(shù)計(jì)算接力天線所需要的最小預(yù)置角速度，并采用該角速度完成接力天線的預(yù)置動(dòng)作。

最后，完成載荷數(shù)據(jù)的接力傳輸——判斷執(zhí)行接力傳輸任務(wù)的時(shí)間是否到，如是，立即啟動(dòng)接力天線跟蹤地面站，并開啟接力天線對應(yīng)的射頻通道；之后，停止首次傳輸天線的跟蹤動(dòng)作，并關(guān)閉首次傳輸天線對應(yīng)的射頻通道。

下面結(jié)合附圖1-3及具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

注意，為了描述方便，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中定義了以下變量：

第i次數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的開始時(shí)刻

tsat衛(wèi)星當(dāng)前時(shí)間

antennaeⁱ第i次數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)所選擇的天線

orgxx對地天線x(x＝a或b)的x軸初始角度

orgyx對地天線x(x＝a或b)的y軸初始角度

對地天線x(x＝a或b)時(shí)刻的x軸角度

對地天線x(x＝a或b)時(shí)刻的y軸角度

第i次數(shù)傳任務(wù)采用天線x(x＝a或b)的預(yù)置時(shí)間

天線x軸的最高轉(zhuǎn)速

天線y軸的最高轉(zhuǎn)速

第i次數(shù)傳任務(wù)的傳輸時(shí)長

為了確?？煽啃?，高分辨率遙感衛(wèi)星一般配置兩副點(diǎn)波束對地?cái)?shù)傳天線。相比地球匹配賦型天線，二維機(jī)械掃描點(diǎn)波束天線具有更高的增益，但天線主瓣寬度較窄。對于軌道高度500公里左右的遙感衛(wèi)星，其波束中心在地面僅能覆蓋直徑約數(shù)公里的近似圓形區(qū)域。

以五個(gè)地面站(牡丹江、北京、喀什、昆明、三亞)為例，任意兩個(gè)地面站間距為數(shù)千公里，單付天線無法同時(shí)覆蓋多個(gè)地面站。圖1給出了二維點(diǎn)波束天線數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的時(shí)空分布特性圖。如圖1所示，五個(gè)圓圈(細(xì)實(shí)線)是五個(gè)地面站條件下的可用數(shù)傳弧段示意圖，每個(gè)地面站對衛(wèi)星的可視時(shí)間最大值不足9分鐘，可傳弧段平均時(shí)間約為7分鐘左右。

采用多站接力傳輸時(shí)(粗點(diǎn)線)，可傳弧段時(shí)間最大值約16分鐘。當(dāng)衛(wèi)星離開當(dāng)前地面站接收范圍并進(jìn)入其它地面站接收范圍時(shí)，出于對可傳輸弧段利用率的考慮，需要對地?cái)?shù)傳天線快速轉(zhuǎn)動(dòng)并跟蹤下一地面站。天線對地跟蹤的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度不超過0.6°/s，采用該檔角速度實(shí)現(xiàn)天線預(yù)置，按照180°框架角估算，二維點(diǎn)波束天線的預(yù)置時(shí)間長達(dá)5分鐘，如果按照冷備份策略使用對地?cái)?shù)傳天線，天線預(yù)置時(shí)間將至少浪費(fèi)31％的對地傳輸弧段。

高分辨率遙感衛(wèi)星一般采用太陽同步軌道，軌道高度500公里左右，衛(wèi)星運(yùn)行一圈的時(shí)間約90分鐘，陸地面積僅占30％，衛(wèi)星在軌無任務(wù)的空閑時(shí)間段很長，衛(wèi)星對首個(gè)地面站傳輸前，有足夠多的空閑任務(wù)時(shí)間段完成天線預(yù)置。地面站對衛(wèi)星的平均可視時(shí)間約7分鐘，多站接力傳輸可傳弧段時(shí)間最長16分鐘，考慮到地面站的使用效率，地面任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)可確保衛(wèi)星對每個(gè)地面站的傳輸時(shí)間約7分鐘左右，可以利用數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間段完成下一次傳輸任務(wù)所用天線的預(yù)置動(dòng)作。由高分辨率成像衛(wèi)星的任務(wù)時(shí)空分布特性可知，利用衛(wèi)星任務(wù)的時(shí)空分布特性，通過提前預(yù)置、交叉使用的點(diǎn)波束天線使用策略，可以避免天線預(yù)置時(shí)間占用寶貴的成像弧段和數(shù)傳弧段。

如圖2所示，本發(fā)明的控制方法實(shí)施例的具體實(shí)施流程如下所述。

天線最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度設(shè)置

將天線x軸、y軸的最大預(yù)置角速度和設(shè)置為對地?cái)?shù)傳天線對地跟蹤的最大x軸角速度和最大y軸角速度，確保天線預(yù)置過程滿足高分辨率圖像對天線擾振幅度的要求。

初始天線選擇

根據(jù)數(shù)傳對地天線a/b的當(dāng)前位置信息，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻兩副天線的x軸、y軸角度，分別計(jì)算兩副天線對首個(gè)傳輸?shù)孛嬲?、接力傳輸?shù)孛嬲镜念A(yù)置時(shí)間：

初始數(shù)傳天線選擇的判據(jù)為：如果即首次傳輸任務(wù)選擇天線a、接力傳輸任務(wù)選擇天線b的總預(yù)置時(shí)間大于首次傳輸任務(wù)選擇天線b、接力傳輸任務(wù)選擇天線a的總預(yù)置時(shí)間，則首次傳輸任務(wù)天線antennae¹選擇天線b，接力傳輸任務(wù)天線antennae²選擇天線a；否則，antennae¹選擇天線a，antennae²選擇天線b。

首次傳輸任務(wù)的天線預(yù)置

首先，判斷當(dāng)前是否正在執(zhí)行成像任務(wù)，如果正在執(zhí)行成像任務(wù)，等待成像任務(wù)結(jié)束；如果成像任務(wù)結(jié)束，計(jì)算首次傳輸任務(wù)天線antennae¹按照最大預(yù)置角速度完成天線預(yù)置所需的時(shí)間，即其中，λ為一個(gè)大于1的固定系數(shù)，其數(shù)值根據(jù)型號特點(diǎn)設(shè)置。如果任務(wù)空閑時(shí)間段大于該時(shí)間段，則在時(shí)間內(nèi)完成天線antennae¹的預(yù)置動(dòng)作。

接力傳輸任務(wù)的天線預(yù)置

首先，判斷執(zhí)行首次傳輸任務(wù)的時(shí)間是否到，其判據(jù)為如是，立即啟動(dòng)首次傳輸天線跟蹤地面站，并開啟首次傳輸天線對應(yīng)的射頻通道；同時(shí)，計(jì)算接力天線的預(yù)置角速度，x軸預(yù)置角速度為：y軸預(yù)置角速度為其中，α，β為大于1的固定系數(shù)，其數(shù)值根據(jù)型號特點(diǎn)設(shè)置。按照本次數(shù)傳任務(wù)時(shí)長啟動(dòng)接力天線的預(yù)置動(dòng)作，通過降低天線預(yù)置角速度的方法，盡量降低天線擾振對高分辨率相機(jī)成像質(zhì)量的影響。

完成載荷數(shù)據(jù)的接力傳輸

判斷執(zhí)行接力傳輸任務(wù)的時(shí)間是否到，其判據(jù)為如是，立即啟動(dòng)接力天線跟蹤地面站，并開啟接力天線對應(yīng)的射頻通道；之后，停止首次傳輸天線的跟蹤動(dòng)作，并關(guān)閉首次傳輸天線對應(yīng)的射頻通道。

如圖3所示，本發(fā)明的控制信息傳遞關(guān)系包括上行遙控指令1、天線預(yù)置指令分發(fā)和天線位置信息獲取2、對地天線當(dāng)前位置信息采集和預(yù)置控制操作產(chǎn)生3、控制分系統(tǒng)指令分發(fā)4、對地天線跟蹤控制5。

星務(wù)計(jì)算機(jī)通過測控系統(tǒng)接收“上行遙控指令1”，包括設(shè)置兩副對地?cái)?shù)傳天線的最大預(yù)置角速度和對地?cái)?shù)據(jù)傳輸任務(wù)對應(yīng)的地面站，任務(wù)開始時(shí)刻傳輸時(shí)長任務(wù)起點(diǎn)時(shí)刻的x、y軸角度等信息。

星務(wù)計(jì)算機(jī)通過“天線預(yù)置指令分發(fā)和天線位置信息獲取2”，從伺服控制器a/b獲取天線a/b的初始位置orgyx和orgxx(x＝a/b)。根據(jù)對地?cái)?shù)傳天線的最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度和以及時(shí)刻x、y軸的角度分別計(jì)算兩副天線的對首次傳輸?shù)孛嬲?、接力傳輸?shù)孛嬲镜念A(yù)置時(shí)間，并根據(jù)兩次總預(yù)置時(shí)間最短的原則，選擇首次傳輸和接力傳輸對應(yīng)的天線。在滿足預(yù)置動(dòng)作指令的發(fā)出條件時(shí)，將天線預(yù)置指令發(fā)送給伺服控制單元a/b。

伺服控制器a/b通過“對地天線當(dāng)前位置信息采集和預(yù)置控制操作產(chǎn)生3”實(shí)現(xiàn)對地天線的控制操作，該操作即為對地?cái)?shù)傳天線預(yù)置或跟蹤地面站動(dòng)作，是點(diǎn)波束天線轉(zhuǎn)動(dòng)控制的直接操作者。同時(shí)，完成對地天線當(dāng)前位置信息的采集、編碼轉(zhuǎn)換和零點(diǎn)補(bǔ)償?shù)裙δ?，并將天線當(dāng)前位置信息傳遞給星務(wù)計(jì)算機(jī)和控制計(jì)算機(jī)。

星務(wù)計(jì)算機(jī)通過“控制分系統(tǒng)指令分發(fā)4”，在天線完成預(yù)置后，將數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)對應(yīng)的地面站，傳輸開始時(shí)刻傳輸時(shí)長等信息發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)。

控制計(jì)算機(jī)通過“對地天線跟蹤控制5”，實(shí)時(shí)采集來自伺服控制器a/b的天線位置信息，并根據(jù)星務(wù)計(jì)算機(jī)的指令要求，控制對地?cái)?shù)傳天線a/b實(shí)時(shí)跟蹤地面站。

不同單元之間指令和信息的傳遞由星上總線和星上通信協(xié)議完成。

如果采用多于兩個(gè)地面站執(zhí)行接力數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，在對第二個(gè)地面站傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，預(yù)置承擔(dān)首次傳輸任務(wù)的天線完成對第三個(gè)地面站的預(yù)置動(dòng)作，在對第三個(gè)地面站傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，預(yù)置承擔(dān)第二次傳輸任務(wù)的天線完成對第四個(gè)地面站的預(yù)置動(dòng)作，天線的初始位置為該天線上次傳輸任務(wù)結(jié)束時(shí)刻的位置，依次類推。

綜上所述，本發(fā)明有效解決了單付二維點(diǎn)波束天線轉(zhuǎn)動(dòng)角速度有限導(dǎo)致的無法快速實(shí)現(xiàn)對地傳輸?shù)膯栴}，通過嚴(yán)格限制天線的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，避免了天線快速預(yù)置過程中產(chǎn)生的擾振影響高分辨率相機(jī)的成像質(zhì)量，并且采用小規(guī)模轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)即可滿足接力傳輸?shù)膽?yīng)用需求，降低了設(shè)備重量和系統(tǒng)成本。

本發(fā)明中未說明部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。