船載a-e-c三軸衛(wèi)星通信天線極化偏差角實時修正方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種船載A-E-C三軸衛(wèi)星通信天線極化偏差角實時修正方法，屬于航天測控技術之試驗通信【技術領域】。本發(fā)明應用船載A-E-C三軸穩(wěn)定衛(wèi)星通信天線坐標計算的數(shù)學模型，推導出動態(tài)條件下船載A-E-C三軸衛(wèi)星通信天線實時極化角的精確計算公式，應用該計算結(jié)果對船載衛(wèi)星通信地球站天線實施實時控制，提高了船載衛(wèi)通天線的交叉極化隔離度，優(yōu)化了船載衛(wèi)星通信天線伺服控制系統(tǒng)，進一步提高測量船海上航天測控試驗任務的通信保障能力。
【專利說明】船載A-E-C三軸衛(wèi)星通信天線極化偏差角實時修正方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船載三軸穩(wěn)定天線伺服控制技術，具體是涉及一種船載A-E-C三軸衛(wèi)星通信天線極化偏差角實時修正方法，屬于航天測控技術之試驗通信【技術領域】。
【背景技術】
[0002]三軸穩(wěn)定衛(wèi)星通信天線具有獨特的優(yōu)點，它能夠有效地克服船體運動帶來的擾動，可靠地跟蹤過天頂目標，實現(xiàn)波束的理想穩(wěn)定。但由于結(jié)構和軸系運動比較復雜，因而對天線控制也提出了較高的要求。
[0003]船載衛(wèi)星通信地球站天線座架一般采用A-E-C三軸形式，在方位軸(A軸)與俯仰軸(E軸)之間增加了一根第三軸-交叉軸(C軸)，它與俯仰軸在空間正交，C軸可利用正割補償效應，使天線能夠可靠地跟蹤過天頂目標，三軸天線的結(jié)構如圖1所示。
[0004]某型測量船船載衛(wèi)星通信地球站天線伺服系統(tǒng)采用三軸穩(wěn)定、兩軸跟蹤體制。三軸穩(wěn)定是指方位隨動航向，隔離航向變化對天線指向的影響，俯仰、交叉軸隔離船體的縱傾和橫滾對天線指向的影響；兩軸跟蹤是指接收機通過天線接收衛(wèi)星信標信號，解調(diào)出對星的誤差信號，通過俯仰、交叉軸實現(xiàn)對星跟蹤。
[0005]船載衛(wèi)星地球站設計之初，根據(jù)當時衛(wèi)星資源情況，船載衛(wèi)星通信以使用圓極化方式工作為主，因此在設計中沒有考慮天線電軸滾動的影響；且當時船用慣導還不能隨時向船載衛(wèi)星通信地球站提供精確的船姿船位信息，衛(wèi)通天線伺服系統(tǒng)需立足于自身穩(wěn)定，依靠安裝在天線上的陀螺提供穩(wěn)定平臺隔離船體搖擺擾動。根據(jù)這一系列設計思想，船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C三軸天線僅在搜索捕獲衛(wèi)星時需要簡單的坐標計算，捕獲目標后天線由自跟蹤環(huán)閉環(huán)控制，無需計算軸系角度來引導天線，所以長期以來船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C三軸天線的精確坐標計算一直被忽視。
[0006]但隨著在海上使用線極化衛(wèi)星通信的應用發(fā)展越來越深入，原來的天線穩(wěn)定跟蹤體制逐漸暴露出天線坐標計算不完善所帶來的一系列問題，如:惡劣海況下捕獲目標因難、極化角誤差不能實時修正。
[0007]建立船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C三軸天線坐標計算數(shù)學模型，利用船用慣導系統(tǒng)信號進行相關計算并作為外部穩(wěn)定平臺控制天線，實現(xiàn)數(shù)字引導跟蹤，是船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C天線克服以上缺陷、完善伺服跟蹤控制系統(tǒng)的迫切需要。
[0008]本發(fā)明專利通過理論分析，采用旋轉(zhuǎn)矩陣變換的方法。建立了一套完備的適用于船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C三軸天線坐標計算的數(shù)學模型，實現(xiàn)了對船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C天線指向角和極化角的數(shù)字引導跟蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種船載A-E-C三軸衛(wèi)星通信天線極化偏差角實時修正方法，它有效利用船用慣導系統(tǒng)可以為船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C天線提供精確船體姿態(tài)信息的有利條件，系統(tǒng)地分析船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C天線座架結(jié)構和運動規(guī)律，建立天線坐標系，并通過推導地理坐標系、甲板坐標系和天線坐標系之間的轉(zhuǎn)換關系，建立一套完備的船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C天線坐標計算數(shù)學模型，實現(xiàn)天線指向角和極化角的數(shù)字引導跟蹤，解決船載衛(wèi)星通信地球站海上動態(tài)條件下伺服控制系統(tǒng)面臨的諸多實際問題。
[0010]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:本發(fā)明一種船載A-E-C三軸衛(wèi)星通信天線極化偏差角實時修正方法，它包括以下三部分內(nèi)容:
1)、坐標系定義
對于船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C三軸天線，定義天線坐標系原點O位于天線穩(wěn)定平臺三軸中心，天線指向軸OZ垂直于俯仰軸與交叉軸所在的平面，OX軸平行于俯仰軸，OY軸平行于交叉軸，OX、OY與OZ軸滿足右手法則，當天線方位和交叉為0°、俯仰為90°時，天線坐標系與甲板坐標系重合；
2)、船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C三軸天線地理坐標系、甲板坐標系和天線坐標系間的轉(zhuǎn)換方法
定義地理坐標系0ΧΥΖ，原點O位于天線穩(wěn)定平臺三軸中心，OX軸平行于水平面指向正東，OY軸平行于水平面指向正北，OZ軸垂直于平面0ΧΥ，鉛垂向上為正。
[0011]定義甲板坐標系OXdYdZd，原點O位于天線穩(wěn)定平臺三軸中心，OYd軸平行于艏艉線指向船艏為正，OXd軸與OYd垂直且平行于甲板平面，指向右舷為正，OZd軸與0Xd、OYd構成右手直角坐標系。
[0012]船舶載體的航向變化、縱搖變化、橫搖變化用矩陣形式來描述，分別為航向變換矩陣mh、縱搖變換矩陣mp、橫搖變換矩陣HV:
【權利要求】
1.一種船載A-E-C三軸衛(wèi)星通信天線極化偏差角實時修正方法，其特征在于它由以下三個部分組成: (1)坐標系定義 對于船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C三軸天線，定義天線坐標系原點O位于天線穩(wěn)定平臺三軸中心，天線指向軸OZ垂直于俯仰軸與交叉軸所在的平面，OX軸平行于俯仰軸，OY軸平行于交叉軸，OX、OY與OZ軸滿足右手法則，當天線方位和交叉為0°、俯仰為90°時，天線坐標系與甲板坐標系重合； (2)數(shù)字引導跟蹤坐標計算方法 根據(jù)船載衛(wèi)星通信地球站A-E-C三軸穩(wěn)定天線的結(jié)構特點和船用慣性導航信號習慣取值方式，建立方位旋轉(zhuǎn)矩陣、俯仰旋轉(zhuǎn)矩陣和交叉旋轉(zhuǎn)矩陣可表示為:
2.根據(jù)權利要求1所述的一種船載A-E-C三軸衛(wèi)星通信天線極化偏差角實時修正方法，其特征在于:對于A、E兩軸跟蹤，對天線極化補償角的一般計算公式中取C=O即可。
【文檔編號】H01Q1/18GK103985952SQ201410110299
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權日:2014年3月24日
【發(fā)明者】黃昆, 陳雪軍, 張滬玲, 趙乾宏, 胡湘江, 周建峰, 吉慶, 張建飛, 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人:中國人民解放軍63680部隊