基于前饋的遙感衛(wèi)星地面接收天線伺服控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及衛(wèi)星地面數(shù)據(jù)接收站技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種基于前饋的遙 感衛(wèi)星地面接收天線伺服控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對(duì)地觀測(cè)技術(shù)及應(yīng)用需求的發(fā)展，星地鏈路需要傳輸?shù)男畔⑺俾试絹碓礁撸?占用的帶寬也越來越寬，寬帶高速傳輸已經(jīng)成為星地?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)谋厝悔厔?shì)。為適應(yīng)海量數(shù) 據(jù)的傳輸需求，傳輸信道所使用的頻段也不斷提高，星地?cái)?shù)傳信道逐漸由X頻段向Ka頻段過 渡。Ka頻段可用的帶寬較寬，可以滿足較大的傳輸帶寬和較高碼速率的傳輸需要，已成為星 地?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展方向。
[0003] Ka頻段波束非常窄，且低軌道極軌衛(wèi)星目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度很快。而大型天線考慮安 全及功率等因素，天線系統(tǒng)速度、加速度受到一定的限制，存在一定的動(dòng)態(tài)滯后，特別是在 過頂前后這個(gè)問題更為突出。目前低軌道極軌衛(wèi)星地面接收天線大多采用誤差控制的閉環(huán) 伺服系統(tǒng)，這種控制方式已難以滿足上述高動(dòng)態(tài)、高精度的要求。
[0004] 為了提高伺服系統(tǒng)的控制精度，一是盡量提高系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)諧振頻率，提高系統(tǒng)的 加速度誤差常數(shù)；二是采用高階無靜差系統(tǒng);三是采用復(fù)合控制方法，提高系統(tǒng)的無靜差 度。前兩種措施受到許多因數(shù)的制約，限制了伺服系統(tǒng)控制精度的提高。
[0005] 低軌遙感衛(wèi)星其軌道高度一般在300km-1000km之間，對(duì)方位-俯仰-7°傾角斜轉(zhuǎn)臺(tái) 的三軸天線座架，目標(biāo)在正過頂時(shí)所需天線方位最大角速度為：
(1)
[0007]方位最大角加速度：
(2)
[0009] Ka頻段(按27GHz、12米口徑天線計(jì)算)允許的動(dòng)態(tài)滯后誤差為(保精度跟蹤）：
[0010] e<(0i/2/lO)=O.00625° (3)
[0011]加速度誤差系數(shù)K為：
(4)
[0013] 因此，為實(shí)現(xiàn)Ka頻段過頂時(shí)的保精度跟蹤，所需的加速度誤差系數(shù)K須大于36.63 (1/s2)。
[0014] 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在沒有復(fù)合控制的情況下，一個(gè)12米天線系統(tǒng)的加速度誤差常數(shù) 一般能達(dá)到8左右。由此可見，對(duì)于工作在25~27GHz頻段的大口徑天線來說，這種控制方式 已難以滿足上述要求，目標(biāo)過頂前后速度和加速度的急劇變化會(huì)使天線產(chǎn)生動(dòng)態(tài)滯后，不 能精確對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)甚至丟失目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于前饋的遙感衛(wèi)星地面接收天線伺服 控制方法及系統(tǒng)，以解決上述【背景技術(shù)】中所提出的問題。
[0016] 本發(fā)明提供一種基于前饋的遙感衛(wèi)星地面接收天線伺服控制方法，包括：
[0017] 步驟1:計(jì)算衛(wèi)星的實(shí)時(shí)方位角Aj和俯仰角Ej;其中，
[0018]在程序引導(dǎo)方式下，衛(wèi)星的實(shí)時(shí)方位角幻為衛(wèi)星軌道預(yù)報(bào)的方位角，衛(wèi)星的實(shí)時(shí) 俯仰角Ej為衛(wèi)星軌道預(yù)報(bào)的俯仰角；
[0019]在自動(dòng)跟蹤方式模式下，利用方位角誤差電壓仏和俯仰角誤差電壓Ue，計(jì)算衛(wèi)星的 實(shí)時(shí)方位角Aj和俯仰角Ej;
[0020]首先，根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的定向靈敏度系數(shù)M分別將跟蹤接收機(jī)實(shí)時(shí)輸出的方位角誤 差電壓Ua和俯仰角誤差電壓仏折算為方位角位置差A(yù)、和俯仰角位置差A(yù) & ;其中，
[0021 ]方位角位置差的折算公式為：
[0022] A Aj = Ua/M；
[0023]俯仰角位置差的折算公式為：
[0024] AEj = Ue/M；
[0025]然后，步驟2:利用方位角位置差A(yù)、和俯仰角位置差A(yù) &，計(jì)算衛(wèi)星的實(shí)時(shí)方位角 Aj和俯仰角匕，計(jì)算公式如下：
[0026] Aj = Ao+ A Aj ；
[0027] Ej = Eo+ A Ej ；
[0028]其中，Ao和Eo為軸角編碼器實(shí)時(shí)輸出的測(cè)角；
[0029]步驟2:對(duì)方位角、、俯仰角&和星地距離心進(jìn)行極坐標(biāo)到直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲得直角 坐標(biāo)參數(shù)Xj、Yj和Zj，再對(duì)直角坐標(biāo)參數(shù)Xj、Yj和Zj進(jìn)行微分濾波，獲得過濾后的直角坐標(biāo)參 數(shù) Xj'Xj.'HZj'Zj.;
[0030]步驟3:對(duì)過濾后的直角坐標(biāo)參數(shù)XpX/J^^'ZhZ/進(jìn)行直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換，計(jì)算目標(biāo)的方位角速度A/和俯仰角速度E/ ;
[0033]步驟4:將方位角速度A/與1/Kv2相乘獲得方位軸的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償，以及將俯 仰角速度Ej '與1/K&相乘獲得俯仰軸的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償;其中，Kv2為方位控制環(huán)路速率環(huán) 的增益，K&為俯仰控制環(huán)路速率環(huán)的增益；
[0034]步驟5:將方位軸的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償和俯仰軸的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償作為前饋量 分別饋入到方位速率環(huán)路和俯仰速率環(huán)路的輸入端，進(jìn)行復(fù)合控制。
[0035]本發(fā)明還提供一種基于前饋的遙感衛(wèi)星地面接收天線伺服控制系統(tǒng)，包括：
[0036]角位置差折算單元，用于根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的定向靈敏度系數(shù)M分別將跟蹤接收機(jī)實(shí) 時(shí)輸出的方位角誤差電壓ua和俯仰角誤差電壓仏折算為方位角位置差A(yù)、和俯仰角位置差 AEj;其中，
[0037]方位角位置差的折算公式為：
[0038] A Aj = Ua/M ；
[0039]俯仰角位置差的折算公式為：
[0040] AEj = Ue/M；
[0041 ]方位角計(jì)算單元，用于根據(jù)角位置差A(yù)、和A &，計(jì)算衛(wèi)星的實(shí)時(shí)方位角、和俯仰 角Ej，計(jì)算公式如下：
[0042] Aj = Ao+AAj;
[0043] Ej = Eo+ A Ej ；
[0044] 其中，Ao和Eo為軸角編碼器實(shí)時(shí)輸出的測(cè)角；
[0045]極坐標(biāo)到直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)方位角、、俯仰角^和星地距離心進(jìn)行直角坐 標(biāo)變換，獲得直角坐標(biāo)參數(shù)Xj、Yj和Zj;、
[0046]微分濾波單元，用于對(duì)直角坐標(biāo)參數(shù)XpYdPZj進(jìn)行微分濾波，獲得過濾后的直角 坐標(biāo)參數(shù) Xj、Xj.、Yj、Yj.、Zj、Zj.;
[0047]直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算單元，用于對(duì)過濾后的直角坐標(biāo)參數(shù) Zj、Z/進(jìn)行極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計(jì)算目標(biāo)的方位角速度A/和俯仰角速度E/;計(jì)算公式如下：
[0050] 動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償計(jì)算單元，用于將方位角速度A/與1/Kv2相乘獲得方位軸的實(shí)時(shí)動(dòng) 態(tài)誤差補(bǔ)償，以及將俯仰角速度E/與1/K&相乘獲得俯仰軸的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償;其中，K v2 為方位控制環(huán)路速率環(huán)的增益，Ke2為俯仰控制環(huán)路速率環(huán)的增益；
[0051] 前饋量輸入單元，用于將方位軸的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償和俯仰軸的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ) 償作為前饋量分別饋入到方位速率環(huán)路和俯仰速率環(huán)路的輸入端，進(jìn)行復(fù)合控制。
[0052]本發(fā)明提供的基于前饋的遙感衛(wèi)星地面接收天線伺服控制方法及系統(tǒng)，根據(jù)跟蹤 接收機(jī)實(shí)時(shí)輸出的方位角誤差電壓ua、俯仰角誤差電壓Ue,、測(cè)角Ao、側(cè)角Eo,通過極坐標(biāo)到直 角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換、微分濾波、再從直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲得目標(biāo)方位軸和俯仰軸的實(shí)時(shí)動(dòng) 態(tài)誤差補(bǔ)償，并兩種補(bǔ)償作為前饋量疊加到速率環(huán)路的輸入端，使一個(gè)二階無靜差系統(tǒng)變 成一個(gè)等效的三階無靜差系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的等效無靜差度，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，實(shí) 現(xiàn)對(duì)高動(dòng)態(tài)、窄波束目標(biāo)的高精度跟蹤。
[0053]為了實(shí)現(xiàn)上述以及相關(guān)目的，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面包括后面將詳細(xì)說明并在 權(quán)利要求中特別指出的特征。下面的說明以及附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的某些示例性方面。 然而，這些方面指示的僅僅是可使用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些方式。此外，本發(fā)明 旨在包括所有這些方面以及它們的等同物。
【附圖說明】
[0054] 通過參考以下結(jié)合附圖的說明