GEO衛(wèi)星軌道傾角變大后天線跟蹤方法研究

　　通過進一步研究分析和試驗，發(fā)現(xiàn)問題是由于GEO 衛(wèi)星軌道傾角變大后，衛(wèi)星軌道傾角超出了靜止軌道衛(wèi)星正常工作時設(shè)計指標要求， 因此研究中需將衛(wèi)星看作非靜止軌道衛(wèi)星， 在此前提下研究天線指向計算方法。

　　設(shè)φe 為天線俯仰角， φa 為天線方位角，其計算公式為：

　　利用此公式解算獲得天線的指向數(shù)據(jù)跟實際天線指向數(shù)據(jù)進行比較，所得數(shù)據(jù)精度為0. 01°，滿足使用要求。

　　此公式中，由于要使用到衛(wèi)星的星下點經(jīng)維度，首先要利用坐標轉(zhuǎn)換將衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)XYZ 轉(zhuǎn)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 為橢球的長短半徑; f 為橢球扁率;W 為第一輔助系數(shù)。

　　3 　天線跟蹤策略

　　天線跟蹤策略主要研究天線指向調(diào)整指令的發(fā)送時機。步進跟蹤方式中調(diào)整的判別依據(jù)有2 個：

　　一是預(yù)先設(shè)定跟蹤頻度，當(dāng)達到設(shè)定的時間節(jié)點時，進行步進式跟蹤; 二是當(dāng)AGC 電平低于門限值時，進行步進式跟蹤。由于GEO 衛(wèi)星相對地球靜止，在一段時間內(nèi)偏離角度較小，因而設(shè)置30 min 的頻度就能較好地保證天線對衛(wèi)星的跟蹤。AGC 電壓在軌道傾角較小的情況下具有相對平穩(wěn)性，衛(wèi)星傾角變大后波動較大， 造成系統(tǒng)頻繁啟動步進跟蹤，30 min的頻度間隔已不能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定工作的要求，且13 m 桁架式天線頻繁跟蹤衛(wèi)星會加大天線的磨損，降低天線使用壽命。因此，頻度設(shè)置需要考慮天線調(diào)整次數(shù)與系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的矛盾。調(diào)整過于頻繁，則會加大桁架式天線的磨損;若調(diào)整時間間隔過大，則影響系統(tǒng)參數(shù)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)不能穩(wěn)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(jié)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際值的差值，ΔEL 為俯仰角的計算值與實際值的差值。檔位與天線波束偏離衛(wèi)星可接受的偏差角度有關(guān)，即與天線波束偏離衛(wèi)星所造成的衛(wèi)星接收功率下降的可接受程度有關(guān)。依據(jù)該天線特性，天線的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°。如果將門限θ設(shè)置為0112°、0110°或0108°，衛(wèi)星接收上行功率對應(yīng)下降3 dB、2 dB、1 dB。控制頻度是天線調(diào)整的時間間隔，根據(jù)不同衛(wèi)星的狀態(tài)確定不同的控制頻度，并通過試驗找到最佳的控制頻度。

　　在跟蹤過程中，天線的實時指向數(shù)據(jù)將通過網(wǎng)絡(luò)反饋到控制軟件，與解算出的天線指向數(shù)據(jù)進行檔位的計算，結(jié)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(jù)以上分析，采用0. 08°、0. 10°、0. 12°3 個檔位進行跟蹤試驗，則天線的調(diào)整頻度最快分別為10 min/ 次、13 min/ 次、15 min/ 次，為減少對天線的磨損，選取0. 15°、0. 12°兩個檔位進行試驗。

　　(1) 檔位為0. 15°

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

　　衛(wèi)星由北向南過赤道時螺流變化率最大，天線調(diào)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°時螺流一天內(nèi)變化圖