面向小倾角近圆低轨卫星的DBF波束指向角研究-论文.pdf

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1、a叶技2014年第27卷第4期ElectronicSci．＆Tech．／Apr．15．2014面向小倾角近圆低轨卫星的DBF波束指向角研究赵永辉，方青(中国电子科技集团公司第38研究所数字技术部，安徽合肥230088)摘要研究了DBF开环跟踪过程中面向小倾角近圆低轨卫星的波束指向角问题，为避免采用数据拟合进行轨道预测出现的奇点问题，文中引入改进的第二类无奇点根数代替经典开普勒根数，将地心惯性坐标系下的卫星位置速度转化为瞬时轨道根数。采用最小二乘法拟舍得到平均轨道根数，以此为参数计算出航天器和中继星的位置，并给出了DBF波束指向角的计算流程。仿真结果验证了文中算法的正确性和

2、有效性。关键词波束指向角；无奇点；最小二乘拟合；轨道根数中图分类号TN828．5文献标识码A文章编号1007—7820(2014)04—091—04StudyofDBFPointingAngleforSmallInclinationandNear-CircularLEOSatelliteZHAOYonghui，FANGQing(DepartmentofDigitalTechnology，No．38ResearchInstituteofChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation，Hefei230088，China)AbstractT

3、hebeampointingangleofsmallinclinationandnear-circularLEOsatelliteduringopenlooptrack·-ingofdigitalbeamforming(DBF)isstudied．InsteadoftheclassicKeplerelements，improvedelementsbasedonthesecondclassofno·-singularityelementsareproposedandsatellitepositionandvelocityinEarthCenteredInertialcoor

4、dinateareconvertedintoinstantaneousorbitelementstoavoidthesingularityproblemwhichoccursinorbitdeter—minationwithdatafitting．Thepositionofspacecraftandrelaysatellitearecalculatedwithmeanorbitelementsob—tainedbyleast-squarefitting．FinallythecomputationprocessofbeampointingangleforDBFisprese

5、nted．Thesimulationresultsdemonstratetheaccuracyandeficiencyofthealgorithm．Keywordsbeampointingangle；no—singularity；least-squarefitting；orbitelements中继星能够为中、低轨道的航天器与航天器之间、动力影响，包括地球形状非球形和质量不均产生的附航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨道加引力、太阳和月亮的引力等，卫星运行轨道不断发生精确测控服务，为使中继星真正地执行透明转发，地面变化造成卫星位置也在随时间变化，采用星历参数拟站会

6、采用地面波束合成技术(DigitalBeamForming，和法是研究大部分卫星实时位置的有效方法J，但当DBF)在航天器、中继星与地面站之间形成返向链路用出现小倾角的近圆或近赤道情况，天体运动将出现一于航天器实时信息的传输。DBF根据航天器相对于天些不确定性，即第二类奇点问题_6j。本文主要研究在线阵面的位置信息及阵元特性调整DBF加权系数，形开环跟踪模式下如何利用第二类无奇点根数预测某时成多波束完成对目标的跟踪，即开环跟踪⋯。通常地刻航天器相对于中继星天线阵面的方位角和俯仰角送面站通过改变天线转轴的角度实现对目标的跟踪，此DBF，从而完成开环波束的跟踪。时指向角参考点

7、是固定的。而中继星指向角的坐标1天体坐标系参数定义系原点是不断变化的，需综合考虑中继星天线坐标系和惯性坐标系的变化计算出天线指向-41。解决DBF如图1所示，地心惯性坐标系0一X，y，z，和地心波束指向角的首要问题是能准确计算出航天器和中继轨道坐标系。一XoYoz。的原点为地球球心o。x，指向星预测点位置。理想状态下的卫星运动可认为是一种J2000．0的平春分点，z，指向此时的平北极，构成右二体运动，但实际情况下由于受到空间环境的各种摄手直角坐标系，，指向近地点P，Z。过原点垂直于基准面，服从右手定则。以下各参数均是在这两种坐