一種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法
【專利摘要】本發明公開了一種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法，針對衛星任務規劃中計算衛星星體遮擋對地數傳天線時間的問題，考慮衛星姿態信息、衛星位置以及地面站位置，設計了一種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法。該方法將星體遮擋對地數傳天線的動作抽象為空間幾何關系，然后利用向量工具為該幾何關系建立模型，最后輸入衛星姿態信息、衛星瞬時精軌根數、衛星過地面站時間、地面站位置等信息，利用模型輸出的數據進行計算，最終得到星體遮擋對地數傳天線的時間。該方法具有計算效率高、易于實現、易于擴展、兼容性強的特點。
【專利說明】
一種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法，特別適用于衛星任務規劃領域中計算衛星星體遮擋對地數傳天線時間的問題。
【背景技術】
[0002]衛星在執行回放、實傳以及邊記邊放等任務期間需要進行側擺、俯仰等衛星姿態調整。由于衛星對地數傳天線安裝位置的限制，使得衛星星體在某些情況下會限制衛星對地數傳天線對可傳轉角的范圍。為了保證順利的執行衛星任務以及正確的規劃衛星任務，需要對衛星對地數傳發生遮擋的時間進行精確計算。
[0003]計算衛星星體遮擋對地數傳的時間的目的在于提前判定衛星在特定姿態下與指定地面站是否具有可通信的能力，若發生了星體遮擋對地數傳天線的情況出現，則需要在衛星任務規劃中提前規避遮擋時段，采取衛星換站下傳等措施。使用傳統的基于坐標系轉換的計算方法判斷星體是否遮擋對地數傳天線的過程復雜且抽象、不易進行錯誤調試與檢查、兼容不高。
【發明內容】
[0004]本發明所需解決的技術問題在于避免上述【背景技術】中的不足之處而提供一種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法。本發明具有邏輯清晰可見、計算效率高、易于實現與調試、易于擴展、兼容性強等特點。
[0005]本發明所要解決的技術問題是由以下技術方案實現的:
[0006]—種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法，包括以下步驟:
[0007](I)根據衛星星體結構設計，分析得到衛星星體遮擋對地數傳天線時的衛星星體與對地數傳天線波束之間的幾何運動關系；
[0008](2)建立空間向量模型:根據衛星星體與對地數傳天線波束之間的幾何運動關系建立衛星本體坐標系并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量;建立對地數傳天線視場坐標軸，并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量在對地數傳天線視場坐標軸Y軸與Z軸平面上的投影向量，將該投影向量與對地數傳天線視場坐標軸Z軸之間的夾角作為第一夾角，將該投影向量與對地數傳天線視場坐標軸Y軸之間的夾角作為第二夾角；
[0009](3)向步驟(2)建立的空間向量模型輸入衛星瞬時精軌根數、衛星過地面站時間和地面站位置，利用空間向量模型輸出的第一夾角和第二夾角的值計算衛星星體遮擋對地數傳天線的時間；
[0010]完成衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算。
[0011]其中，步驟(2)中根據衛星星體與對地數傳天線波束之間的幾何運動關系建立衛星本體坐標系并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量;建立對地數傳天線視場坐標軸，并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量在對地數傳天線視場坐標軸Y軸與Z軸平面上的投影向量，具體包括以下步驟:
[0012](201)在衛星上建立衛星本體坐標軸;所述的衛星本體坐標軸中衛星飛行方向為X軸，衛星中心指向地心的方向為Z軸，衛星飛行方向的右側為Y軸，構成右手坐標系；
[0013](202)根據星體姿態信息修正衛星本體坐標軸，在修正后的衛星本體坐標軸上建立衛星本體坐標系；
[0014](203)根據衛星星體實際尺寸計算出對地數傳天線波束發射點在衛星本體坐標系中的坐標，根據坐標在衛星本體坐標系中建立對地數傳天線波束發射點，并建立對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量；
[0015](204)在衛星上建立對地數傳天線視場坐標軸;所述的對地數傳天線視場坐標軸中中衛星飛行方向為X軸，衛星中心指向地心的方向為Z軸，衛星飛行方向的右側為Y軸，構成右手坐標系；
[0016](205)建立對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量在對地數傳天線視場坐標軸Y軸與Z軸組成的平面上的投影向量。
[0017]其中，步驟(3)具體為:
[0018]向該空間向量模型輸入衛星瞬時精軌根數、衛星過地面站時間和地面站位置，利用模型計算衛星過地面站時間內每一時刻第一夾角與第二夾角的值，利用第二夾角的大小判定第一夾角的正負，得到判定后每一時刻第一夾角的值，判斷判定后每一時刻第一夾角的值是否超出規定的對地數傳可傳轉角范圍，所有超出對地數傳可傳轉角范圍的時刻即為發生衛星星體遮擋對地數傳天線的時刻，這些時刻組成了最終的遮擋時段。
[0019]其中，利用第二夾角的大小判定第一夾角的正負具體為:
[0020]當第二夾角大于等于90°時，第一夾角為負方向轉角，當第二夾角小于90°時，第一夾角為正方向轉角。
[0021 ]本發明與【背景技術】相比具有如下優點:
[0022]1、本發明使用空間向量工具建立模型模擬星體遮擋對地數傳天線的過程，邏輯清晰可見；
[0023]2、本發明計算效率高且穩定；
[0024]3、本發明還具有易于實現與調試的特點；
[0025]4、本發明具有易于擴展、兼容性強的特點。
【附圖說明】
[0026]圖1為衛星向內飛行遮擋發生時衛星星體與對地數傳波束幾何關系示意圖；
[0027]圖2為衛星建立本體坐標軸并加入衛星姿態信息示意圖；
[0028]圖3為建立對地數傳天線波束發射點與地面站連線向量示意圖；
[0029]圖4為I旲型完成不意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面，結合圖1至圖4對本發明作進一步說明。
[0031]一種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法，包括以下步驟:
[0032](I)根據衛星星體結構設計，分析發生遮擋時衛星星體與對地數傳天線波束的幾何關系，衛星對地數傳天線安裝在星體的一側，當衛星向另一側側擺時，衛星星體會進入對地數傳天線對地可傳視場，限制了對地數傳天線在衛星軌道面垂直的平面內以衛星飛行方向為軸的轉動范圍。以本實施方案為例，使其可傳轉動范圍由65°?-65°變為65°?-35°，其正負關系為指向地心方向為零位，衛星飛行方向左側為正，右側為負。根據對地數傳天線與地面站連線向量在衛星軌道面垂直的平面內以衛星飛行方向為軸的轉角大小是否超出上述范圍判定其是否發生衛星星體遮擋，如圖1所示。
[0033](2)使用空間向量工具中的空間要素(2)建立空間向量模型:根據衛星星體與對地數傳天線波束之間的幾何運動關系建立衛星本體坐標系并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量;建立對地數傳天線視場坐標軸，并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量在對地數傳天線視場坐標軸Y軸與Z軸平面上的投影向量，將該投影向量與對地數傳天線視場坐標軸Z軸之間的夾角作為第一夾角，將該投影向量與對地數傳天線視場坐標軸Y軸之間的夾角作為第二夾角;具體包括以下步驟:
[0034](201)在衛星上建立衛星本體坐標軸RoIIBodyAexs ；所述的衛星本體坐標軸RollBodyAexs中衛星飛行方向為X軸，衛星中心指向地心的方向為Z軸，衛星飛行方向的右側為Y軸，構成右手坐標系；
[0035](202)如圖2，根據星體姿態信息修正衛星本體坐標軸，在修正后的衛星本體坐標軸上建立衛星本體坐標系Rol lBodySystem，根據衛星星體實際尺寸計算出對地數傳天線的波束發射點AntennaPoint在衛星本體坐標系中的坐標，根據坐標在衛星本體坐標系中建立對地數傳天線波束發射點，并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量AntennaToFacilityVector，如圖 2;
[0036](203)在衛星上建立對地數傳天線視場坐標軸ViewAexs;所述的對地數傳天線視場坐標軸中的衛星飛行方向為X軸，衛星中心指向地心的方向為Z軸，衛星飛行方向的右側為Y軸，構成右手坐標系；
[0037]( 2 O 4 )作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量AntennaToFaciIityVector在對地數傳天線視場坐標軸Y軸與Z軸組成的平面ViewYZ上的投影向量VectorYZ，如圖3，建立該投影向量與對地數傳天線視場坐標軸Z軸之間的夾角，作為第一夾角XAngle，建立該投影向量與對地數傳天線視場坐標軸Y軸之間的夾角，作為第二夾角TempXAngle，模型建立完成，如圖4。
[0038](3)向向步驟(2)建立的空間向量模型輸入衛星瞬時精軌根數、衛星過地面站時間和地面站位置，利用模型計算衛星過地面站時間內每一時刻第一夾角與第二夾角的值，利用第二夾角的大小判定第一夾角的正負，當第二夾角大于等于90°時，第一夾角為負方向轉角，當第二夾角小于90°時，第一夾角為正方向轉角;得到判定后每一時刻第一夾角的值，判斷判定后每一時刻第一夾角的值是否超出了-35°至65°的范圍，所有超出對地數傳可傳轉角范圍的時刻即為發生衛星星體遮擋對地數傳天線的時刻，這些時刻組成了最終的遮擋時段。
【主權項】
1.一種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據衛星星體結構設計，分析得到衛星星體遮擋對地數傳天線時的衛星星體與對地數傳天線波束之間的幾何運動關系； (2)建立空間向量模型:根據衛星星體與對地數傳天線波束之間的幾何運動關系建立衛星本體坐標系并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量;建立對地數傳天線視場坐標軸，并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量在對地數傳天線視場坐標軸Y軸與Z軸平面上的投影向量;將該投影向量與對地數傳天線視場坐標軸Z軸之間的夾角作為第一夾角，將該投影向量與對地數傳天線視場坐標軸Y軸之間的夾角作為第二夾角； (3)向步驟(2)建立的空間向量模型輸入衛星瞬時精軌根數、衛星過地面站時間和地面站位置，利用空間向量模型輸出的第一夾角和第二夾角的值計算衛星星體遮擋對地數傳天線的時間； 完成衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算。2.根據權利要求1所述的一種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法，其特征在于:步驟(2)中根據衛星星體與對地數傳天線波束之間的幾何運動關系建立衛星本體坐標系并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量;建立對地數傳天線視場坐標軸，并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量在對地數傳天線視場坐標軸Y軸與Z軸平面上的投影向量，具體包括以下步驟: (201)在衛星上建立衛星本體坐標軸;所述的衛星本體坐標軸中衛星飛行方向為X軸，衛星中心指向地心的方向為Z軸，構成右手坐標系； (202)根據星體姿態信息修正衛星本體坐標軸，在修正后的衛星本體坐標軸上建立衛星本體坐標系； (203)根據衛星星體實際尺寸計算出對地數傳天線波束發射點在衛星本體坐標系中的坐標，將坐標位置作為對地數傳天線波束發射點，并作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量； (204)在衛星上建立對地數傳天線視場坐標軸；所述的對地數傳天線視場坐標軸中中衛星飛行方向為X軸，衛星中心指向地心的方向為Z軸，構成右手坐標系； (205)作對地數傳天線波束發射點與地面站連線的向量在對地數傳天線視場坐標軸Y軸與Z軸組成的平面上的投影向量。3.根據權利要求2所述的一種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法，其特征在于，步驟(3)具體為: 向該空間向量模型輸入衛星瞬時精軌根數、衛星過地面站時間和地面站位置，利用空間向量模型計算衛星過地面站時間內每一時刻第一夾角與第二夾角的值;利用第二夾角的大小判定第一夾角的正負，得到判定后每一時刻第一夾角的值，判斷判定后每一時刻第一夾角的值是否超出規定的對地數傳可傳轉角范圍，所有超出對地數傳可傳轉角范圍的時刻即為發生衛星星體遮擋對地數傳天線的時刻，這些時刻組成了最終的遮擋時段。4.根據權利要求3所述的一種衛星星體遮擋對地數傳天線時間的計算方法，其特征在于，利用第二夾角的大小判定第一夾角的正負具體為: 當第二夾角大于等于90°時，第一夾角為負方向轉角，當第二夾角小于90°時，第一夾角為正方向轉角。
【文檔編號】G06F17/16GK106095731SQ201610683147
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月18日 公開號201610683147.4, CN 106095731 A, CN 106095731A, CN 201610683147, CN-A-106095731, CN106095731 A, CN106095731A, CN201610683147, CN201610683147.4
【發明人】彭會湘, 杜楚, 李峰, 劉讓國
【申請人】中國電子科技集團公司第五十四研究所