GEO衛星軌道傾角變大后天線(xiàn)跟蹤方法研究

　　通過(guò)進(jìn)一步研究分析和試驗，發(fā)現問(wèn)題是由于GEO 衛星軌道傾角變大后，衛星軌道傾角超出了靜止軌道衛星正常工作時(shí)設計指標要求， 因此研究中需將衛星看作非靜止軌道衛星， 在此前提下研究天線(xiàn)指向計算方法。

　　設φe 為天線(xiàn)俯仰角， φa 為天線(xiàn)方位角，其計算公式為：

　　利用此公式解算獲得天線(xiàn)的指向數據跟實(shí)際天線(xiàn)指向數據進(jìn)行比較，所得數據精度為0. 01°，滿(mǎn)足使用要求。

　　此公式中，由于要使用到衛星的星下點(diǎn)經(jīng)維度，首先要利用坐標轉換將衛星星歷數據XYZ 轉換成BLH 坐標。計算公式如下：

　　式中， N 為橢球面卯酉圈的曲率半徑; e 為橢球的第一偏心率; a 、b 為橢球的長(cháng)短半徑; f 為橢球扁率;W 為第一輔助系數。

　　3 　天線(xiàn)跟蹤策略

　　天線(xiàn)跟蹤策略主要研究天線(xiàn)指向調整指令的發(fā)送時(shí)機。步進(jìn)跟蹤方式中調整的判別依據有2 個(gè)：

　　一是預先設定跟蹤頻度，當達到設定的時(shí)間節點(diǎn)時(shí)，進(jìn)行步進(jìn)式跟蹤; 二是當AGC 電平低于門(mén)限值時(shí)，進(jìn)行步進(jìn)式跟蹤。由于GEO 衛星相對地球靜止，在一段時(shí)間內偏離角度較小，因而設置30 min 的頻度就能較好地保證天線(xiàn)對衛星的跟蹤。AGC 電壓在軌道傾角較小的情況下具有相對平穩性，衛星傾角變大后波動(dòng)較大， 造成系統頻繁啟動(dòng)步進(jìn)跟蹤，30 min的頻度間隔已不能滿(mǎn)足系統穩定工作的要求，且13 m 桁架式天線(xiàn)頻繁跟蹤衛星會(huì )加大天線(xiàn)的磨損，降低天線(xiàn)使用壽命。因此，頻度設置需要考慮天線(xiàn)調整次數與系統穩定性之間的矛盾。調整過(guò)于頻繁，則會(huì )加大桁架式天線(xiàn)的磨損;若調整時(shí)間間隔過(guò)大，則影響系統參數的穩定性，系統不能穩定工作，為了解決這一矛盾，提出采用程序跟蹤、檔位和控制頻度相結合的控制模式。檔位的含義是：，其其中ΔAZ 為方位角的計算值與實(shí)際值的差值，ΔEL 為俯仰角的計算值與實(shí)際值的差值。檔位與天線(xiàn)波束偏離衛星可接受的偏差角度有關(guān)，即與天線(xiàn)波束偏離衛星所造成的衛星接收功率下降的可接受程度有關(guān)。依據該天線(xiàn)特性，天線(xiàn)的3 dB 半波束寬度為0112°，2 dB 半波束寬度為0110°，1 dB 半波束寬度為0108°。如果將門(mén)限θ設置為0112°、0110°或0108°，衛星接收上行功率對應下降3 dB、2 dB、1 dB?？刂祁l度是天線(xiàn)調整的時(shí)間間隔，根據不同衛星的狀態(tài)確定不同的控制頻度，并通過(guò)試驗找到最佳的控制頻度。

　　在跟蹤過(guò)程中，天線(xiàn)的實(shí)時(shí)指向數據將通過(guò)網(wǎng)絡(luò )反饋到控制軟件，與解算出的天線(xiàn)指向數據進(jìn)行檔位的計算，結合頻度形成控制策略?？刂屏鞒倘鐖D2 所示。

圖2 　程序跟蹤控制流程

　　根據以上分析，采用0. 08°、0. 10°、0. 12°3 個(gè)檔位進(jìn)行跟蹤試驗，則天線(xiàn)的調整頻度最快分別為10 min/ 次、13 min/ 次、15 min/ 次，為減少對天線(xiàn)的磨損，選取0. 15°、0. 12°兩個(gè)檔位進(jìn)行試驗。

　　(1) 檔位為0. 15°

　　衛星螺流值最大為3. 24 mA ，最小為1. 1 mA。另一個(gè)通道螺流值最大為3. 75 mA ，最小為1. 00 mA。

　　衛星由北向南過(guò)赤道時(shí)螺流變化率最大，天線(xiàn)調整頻度為16 min/ 次。試驗期間螺流變化示意圖如圖3所示。

圖3 　檔位0. 15°時(shí)螺流一天內變化圖