一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法与流程

1.本发明属于天馈伺技术领域，尤其涉及一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法。


背景技术：

2.低轨卫星跟踪装置天馈伺装置由于传动存在误差，导致天馈伺装置的机电轴零位与理想计算出机电轴零位不一致，从而需要重新标定操作。但是，现有的天馈伺机电轴标校方法操作复杂，标校精度差，从而严重影响其使用效果。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法，以解决现有天馈伺机电轴标校方法操作复杂，标校精度低的问题。
4.本发明采用以下技术方案：
5.本发明提供了一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法，该标校方法包括：
6.根据天馈伺转台的经度和卫星的经度计算天馈伺转台的地理坐标系中的第一方位角和第一俯仰角；
7.根据第一方位角和第一俯仰角分别计算天馈伺转台的载体坐标系下的第二方位角和第二俯仰角；
8.根据第二方位角和第三方位角计算方位角误差，第三方位角为一个采集周期中信号最强处对应的方位角；根据第二俯仰角和第三俯仰角计算俯仰角误差，第三俯仰角为一个采集周期中信号最强处对应的俯仰角；
9.根据方位角误差确定梯度下降法中的方位角增量，根据俯仰角误差确定梯度下降法中的俯仰角增量；
10.基于方位角增量和俯仰角增量，采用梯度下降法更新天馈伺转台的机电轴姿态。
11.可选地，根据天馈伺转台的经度和卫星的经度计算天馈伺转台的地理坐标系中的第一方位角和第一俯仰角的计算方式为：
[0012][0013]
其中，λ为卫星的经度，λn为天馈伺转台的经度，a为第一方位角，re为地球半径，h为卫星距海平面的高度，e为第一俯仰角。
[0014]
可选地，根据第一方位角和第一俯仰角分别计算天馈伺转台的载体坐标系下的第二方位角和第二俯仰角的计算方式为：
[0015][0016]
其中，h为天伺转台的航海角，p为天伺转台的纵摇角，r为天伺转台的横滚角,an为第二方位角，en为第二俯仰角。
[0017]
可选地，根据第二方位角和第三方位角计算方位角误差包括：
[0018]
获取天馈伺转台一个采集周期中信号最强处对应的第三方位角；
[0019]
计算第二方位角与第三方位角的差值，获得方位角误差。
[0020]
可选地，根据第二俯仰角和第三俯仰角计算俯仰角误差包括：
[0021]
获取天馈伺转台一个采集周期中信号最强处对应的第三俯仰角；
[0022]
计算第二俯仰角与第三俯仰角的差值，获得俯仰角误差。
[0023]
可选地，根据方位角误差对天馈伺机电轴的方位角进行标校包括：
[0024]
根据方位角误差，计算方位角增量；
[0025]
根据方位角增量计算方位梯度；
[0026]
基于方位梯度，采用梯度下降法更新天馈伺转台的机电轴的方位角。
[0027]
可选地，根据俯仰角误差对天馈伺机电轴的俯仰角进行标校包括：
[0028]
根据俯仰角误差，计算俯仰角增量；
[0029]
根据俯仰角增量计算俯仰梯度；
[0030]
基于俯仰梯度，采用梯度下降法更新所述天馈伺转台的机电轴的俯仰角。
[0031]
本发明的有益效果是：根据天馈伺转台的经度和卫星的经度，分别计算出地理坐标系和载体坐标系下天馈伺转台的方位角和俯仰角，相比传统对卫星姿态估计、分析后再确定天馈伺转台指向卫星的方位角和俯仰角更为简单，并且避免各个环节的误差累积，进一步计算出载体坐标系下方位角总误差和俯仰角总误差，对两种误差分别采用梯度下降法进行标校，实现天馈伺机电轴对应方位角和俯仰角的标校，与现有的天馈伺机电轴的标校方法相比，本发明提供的方法操作更为简单、标校精度高，简化了标校方法，减小标校时间。
附图说明
[0032]
图1为本发明提供的一种基于固定卫星的天馈伺机电轴的标定方法步骤示意图；
[0033]
图2为本发明提供的一种基于固定卫星的天馈伺机电轴的标定工作流程图。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0035]
本发明提供了一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法，如图1所示，结合图2，该标校方法包括：
[0036]
步骤101，根据天馈伺转台的经度和卫星的经度计算天馈伺转台的地理坐标系中的第一方位角和第一俯仰角；
[0037]
在一种实施例中，在本发明提供的基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法中，需
要获取天馈伺转台和卫星的相关参数，可以直接根据天馈伺转台的经度和卫星的经度计算天馈伺转台在地理坐标系0误差下的指向卫星的角度，包括：第一方位角和第一俯仰角。
[0038]
需要说明的是，在获取天馈伺转台和卫星的相关参数前，还进行了如下几个步骤，如图1所示，具体包括：第一步，通过倾角仪将天馈伺转台底部调平，保证采集的初始数据在地理坐标系下0误差；第二步，通过gps测量天馈伺转台信息，包括天馈伺转台的经度λn、距海平面的高度hn和航向角h；第三步，查找与天馈伺天线同频段的固定卫星，获取卫星的信息，包括卫星的经度λ、距海平面的高度h。
[0039]
最后，根据天馈伺转台的经度λn、距海平面的高度hn、航向角h和卫星的经度λ、距海平面的高度h，计算天馈伺转台在地理坐标系中指向卫星的第一角度方位角a和第一俯仰角e。
[0040]
在本实施例中，可以直接根据天馈伺转台的经度、卫星的经度，以及其他可直接获得的参数计算出大地坐标系下天馈伺转台指向卫星的第一方位角和第一俯仰角，该方法更为简单、直接，方便。
[0041]
步骤102，根据第一方位角和第一俯仰角分别计算天馈伺转台的载体坐标系下的第二方位角和第二俯仰角；
[0042]
在一种实施例中，根据上述计算出来的第一方位角和第一俯仰角进一步进行坐标转换，将地理坐标系下的第一方位角和第一俯仰角，转换成载体坐标系下的第二方位角和第二俯仰角。
[0043]
步骤103，根据第二方位角和第三方位角计算方位角误差，第三方位角为一个采集周期中信号最强处对应的方位角；
[0044]
在一种实施例中，为了准确标校天馈伺转台的方位角的零位，需要计算出载体坐标系下方位角误差，具体地，记录此时信号最大处的第三方位角a
′n与当前时刻接收的第二方位角an，计算方位角误差δan＝a
′
n-an，其中，a
′n为载体坐标系下的第三方位角，an为当前时刻接收载体坐标系下的第二方位角。
[0045]
步骤104，根据第二俯仰角和第三俯仰角计算俯仰角误差，第三俯仰角为一个采集周期中信号最强处对应的俯仰角；
[0046]
在一种实施例中，为了准确标校天馈伺转台的俯仰角的零位，需要计算出载体坐标系下俯仰角误差。具体地，记录此时信号最大处的第三俯仰角e
′n与当前时刻接收的第二俯仰角en，并计算俯仰角误差δen＝e
′
n-en，其中，e
′n为载体坐标系下的第三俯仰角，en为当前时刻接收载体坐标系下的第二俯仰角。
[0047]
步骤105，根据方位角误差确定梯度下降法中的方位角增量，根据俯仰角误差确定梯度下降法中的俯仰角增量；
[0048]
在一种实施例中，根据已经计算得出的方位角误差和俯仰角误差，为了采用梯度下降法，符合方法设计，设置一个方位角作为方位角增量，该方位角增量一般不超过计算处的方位角误差，通常根据算法的迭代次数(3～5次)，可设置方位角增量为例如迭代五次，则方位角增量为方位角误差的1/5；同理，俯仰角增量为
[0049]
步骤106，基于方位角增量和俯仰角增量，采用梯度下降法更新天馈伺转台的机电
轴姿态。
[0050]
在一种实施例中，为了消除在计算不同坐标系下的方位角和俯仰角时产生的方位角误差和俯仰角误差，分别给定一个方位角增量和一个俯仰角增量，通过计算当前时刻方位角的初始值与方位角增量的和，得到下一时刻的方位角；同时记录两个时刻方位角对应的接收电平，通过计算两个时刻电平差值与两个时刻方位角的差值，获得方位梯度，根据梯度下降法，直至方位梯度满足一个预设极小的方位阈值为止，此时得到的方位角则为控制天馈伺机电轴指向卫星信号最大处的方位角，实现对天馈伺转台方位角的标校。同理，首先计算出俯仰角的俯仰梯度，然后采用梯度下降法，直至俯仰梯度满足一个预设极小的俯仰阈值为止，此时得到的俯仰角则为控制天馈伺机电轴指向卫星信号最大处的俯仰角，更新天馈伺转台的机电轴姿态，实现对天馈伺转台俯仰角的标校。
[0051]
在一种实施例中，根据天馈伺转台的经度和卫星的经度计算天馈伺转台的地理坐标系中的第一方位角和第一俯仰角的计算方式为：
[0052][0053]
其中，λ为卫星的经度，λn为天馈伺转台的经度，a为第一方位角，re为地球半径，h为卫星距海平面的高度，e为第一俯仰角。
[0054]
在一种实施例中，根据第一方位角和第一俯仰角分别计算天馈伺转台的载体坐标系下的第二方位角和第二俯仰角的计算方式为：
[0055][0056]
其中，h为天伺转台的航海角，p为天伺转台的纵摇角，r为天伺转台的横滚角,an为第二方位角，en为第二俯仰角。
[0057]
可选地，根据第二方位角和第三方位角计算方位角误差包括：
[0058]
获取天馈伺转台一个采集周期中信号最强处对应的第三方位角；
[0059]
计算第二方位角与第三方位角的差值，获得方位角误差。
[0060]
在一种实施例中，记录此时信号最大处的第二方位角a
′n与当前时刻接收的第二方位角an，计算方位角误差δan＝a
′
n-an，其中，a
′n为载体坐标系下的第二方位角，an为当前时刻接收的初始方位角。
[0061]
可选地，根据第二俯仰角和第三俯仰角计算俯仰角误差包括：
[0062]
获取天馈伺转台一个采集周期中信号最强处对应的第三俯仰角；
[0063]
计算第二俯仰角与第三俯仰角的差值，获得俯仰角误差。
[0064]
在一种实施例中，记录此时信号最大处的第三俯仰角e
′n与当前时刻接收的第二
俯仰角en，并计算俯仰角误差δen＝e
′
n-en，其中，e
′n为载体坐标系下的第三俯仰角，en为当前时刻接收载体坐标系下的第二俯仰角。
[0065]
可选地，基于方位角增量，采用梯度下降法更新所述天馈伺转台的机电轴姿态包括：
[0066]
根据方位角误差，计算方位角增量；
[0067]
根据方位角增量计算方位梯度；
[0068]
基于方位梯度，采用梯度下降法更新天馈伺转台的机电轴的方位角。
[0069]
在一种实施例中，天馈伺机电轴的方位自动标校过程如下：接收一个初始方位角为a1，记录下对应接收电平为u
a1
；根据方位角误差设置一个天馈伺转台的方位角增量δa，需要说明的是，在进行方位角标校是为了消除存在的方位角误差，但为了避免在实际中将方位角标校成负值，需要根据计算出的方位角误差合理设置一个方位角增量，例如方位角增量为方位角误差的1/5；然后在初始方位角的基础上加上方位角增量获得下一时刻的方位角，例如：a2＝a1+δa，其中，δa为方位角增量，a2为下一时刻的方位角，并记录下与a2对应的电平u
a2
；
[0070]
在方位角增量的基础上进一步计算出方位梯度其中，a
2-a1＝δa；
[0071]
随着方位角梯度下降的方向，不断更新每一时刻的方位角ka为第一设定常数；
[0072]
执行上述步骤更新a4、a5，直至ε为设定的第一任意小数，此时完成天馈伺机电轴的方位角自动标校。
[0073]
可选地，基于俯仰角增量，采用梯度下降法更新天馈伺转台的机电轴姿态包括：
[0074]
根据俯仰角误差，计算俯仰角增量；
[0075]
根据俯仰角增量计算俯仰梯度；
[0076]
基于俯仰梯度，采用梯度下降法更新天馈伺转台的机电轴的俯仰角。
[0077]
在一种实施例中，俯仰自动标校过程如下：首先接收一个初始俯仰角为e1，记录下对应接收电平为u
e1
；根据俯仰角误差预先设置一个天馈伺转台的俯仰角增量δe，同理为了避免在实际中将俯仰角标校成负值，需要根据计算出的俯仰角误差合理设置一个俯仰角增量，例如俯仰角增量为俯仰角误差的1/5；然后在初俯仰角的基础上加上俯仰角增量获得下一时刻的俯仰角，例如：e2＝e1+δe，其中δe为俯仰角增量，e2为下一时刻的俯仰角，并记录下与e2对应的电平u
e2
；在方位角增量的基础上计算出俯仰梯度其中e
2-e1＝δe；
[0078]
随着俯仰角梯度下降的方向，不断更新每一时刻的俯仰角算出ke为设定常数；
[0079]
执行上述步骤更新e4、e5，直至ε为设定的任意小数，此时完成天馈伺机电轴的方位角自动标校。

技术特征：
1.一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法，其特征在于，包括：根据天馈伺转台的经度和卫星的经度计算所述天馈伺转台在地理坐标系中的第一方位角和第一俯仰角；根据所述第一方位角和所述第一俯仰角分别计算所述天馈伺转台在载体坐标系下的第二方位角和第二俯仰角；根据所述第二方位角和第三方位角计算方位角误差，所述第三方位角为一个采集周期中信号最强处对应的方位角；根据所述第二俯仰角和第三俯仰角计算俯仰角误差，所述第三俯仰角为一个采集周期中信号最强处对应的俯仰角；根据所述方位角误差确定梯度下降法中的方位角增量，根据所述俯仰角误差确定梯度下降法中的俯仰角增量；基于所述方位角增量和俯仰角增量，采用梯度下降法更新所述天馈伺转台的机电轴姿态。2.如权利要求1所述的一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法，其特征在于，根据天馈伺转台的经度和卫星的经度计算所述天馈伺转台在地理坐标系中的第一方位角和第一俯仰角的计算方式为：其中，λ为所述卫星的经度，λ
n
为所述天馈伺转台的经度，a为所述第一方位角，r
e
为地球半径，h为所述卫星距海平面的高度，e为所述第一俯仰角。3.如权利要求2所述的一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法，其特征在于，根据所述第一方位角和所述第一俯仰角分别计算所述天馈伺转台的载体坐标系下的第二方位角和第二俯仰角的计算方式为：其中，h为所述天伺转台的航海角，p为所述天馈伺转台的纵摇角，r为所述天馈伺转台的横滚角,a
n
为所述第二方位角，e
n
为所述第二俯仰角。4.如权利要求1所述的一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法，其特征在于，根据所述第二方位角和第三方位角计算方位角误差包括：获取所述天馈伺转台一个采集周期中信号最强处对应的所述第三方位角；计算所述第二方位角与所述第三方位角的差值，获得所述方位角误差。5.如权利要求1所述的一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法，其特征在于，根据所述第二俯仰角和第三俯仰角计算俯仰角误差包括：
获取所述天馈伺转台一个采集周期中信号最强处对应的所述第三俯仰角；计算所述第二俯仰角与所述第三俯仰角的差值，获得所述俯仰角误差。6.如权利要求1所述的一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法，其特征在于，基于所述方位角增量，采用梯度下降法更新所述天馈伺转台的机电轴姿态包括：根据所述方位角误差，计算方位角增量；根据所述方位角增量计算方位梯度；基于所述方位梯度，采用梯度下降法更新所述天馈伺转台的机电轴的方位角。7.如权利要求1所述的一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法，其特征在于，基于所述俯仰角增量，采用梯度下降法更新所述天馈伺转台的机电轴姿态包括：根据所述俯仰角误差，计算俯仰角增量；根据所述俯仰角增量计算俯仰梯度；基于所述俯仰梯度，采用梯度下降法更新所述天馈伺转台的机电轴的俯仰角。

技术总结
本发明公开了一种基于固定卫星的天馈伺机电轴标校方法，该标校方法包括：根据天馈伺转台的经度和卫星的经度计算天馈伺转台的地理坐标系中的第一方位角和第一俯仰角；根据第一方位角和第一俯仰角分别计算天馈伺转台的载体坐标系下的第二方位角和第二俯仰角；根据第二方位角计算方位角误差；根据第二俯仰角计算俯仰角误差；采用梯度下降法，分别根据方位角误差对天馈伺机电轴的方位角进行标校，根据俯仰角误差对天馈伺机电轴的俯仰角进行标校。以解决现有天馈伺机电轴标校方法操作复杂，标校精度低的问题。校精度低的问题。校精度低的问题。


技术研发人员：刘迎喜 吴书猛 李崇林 王金林 伍捍东
受保护的技术使用者：西安恒达微波技术开发有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/9/5