【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及航天器并行測控，尤其涉及一種同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法。
技術(shù)介紹
1、航天活動中存在為多個航天器提供并行測控的場景，如飛船與空間站的交會對接與分離撤離、運載火箭主動段與航天器入軌初期、一箭多星入軌初期等。由于位于不同位置的航天器或運載火箭相互之間的運動方向、速度不同，無法構(gòu)成穩(wěn)定的多目標(biāo)測控條件，因此，目前的多目標(biāo)測控技術(shù)主要適用于位于同軌道的多個航天器或運載火箭。在進行多目標(biāo)測控時，通常選擇一個主目標(biāo)，將中繼衛(wèi)星星間天線波束指向主目標(biāo)，利用測控波束在半功率波束范圍內(nèi)增益變化不大于3db的特性，認(rèn)為位于星間天線半功率波束范圍內(nèi)的其他目標(biāo)具備了并行測控的基礎(chǔ)條件，再通過頻分、空分、碼分等多種復(fù)用手段實現(xiàn)多目標(biāo)間電磁兼容，最終實現(xiàn)多目標(biāo)并行測控。
2、上述多目標(biāo)測控方法在實際應(yīng)用中存在以下問題：
3、1、航天器/運載火箭實際測控鏈路余量可能較大或者小于3db，以中繼衛(wèi)星星間天線半功率波束為基準(zhǔn)的邊界條件不準(zhǔn)確；
4、2、邊界條件通常定義為主目標(biāo)與其他目標(biāo)間的空間距離，即以主目標(biāo)為中心、空間距離為半徑、垂直于主目標(biāo)與測控設(shè)備連接線的圓，未考慮航天器的軌道特性，即航天器運行軌道并不位于上述圓內(nèi)，邊界定義不嚴(yán)謹(jǐn)；
5、3、航天器在中繼測控區(qū)內(nèi)與中繼衛(wèi)星的空間距離由遠(yuǎn)及近、再由近到遠(yuǎn)，空間距離的變化帶來了測控鏈路余量的變化，以600km軌道高度衛(wèi)星為例，在中繼測控區(qū)鏈路余量變化可達(dá)1.5db；此外，主目標(biāo)、邊界與中繼衛(wèi)星的空間距離關(guān)系變化也會帶來鏈路余量差異，邊界計算
6、因此，在交會對接與分離撤離、航天器發(fā)射入軌等航天活動中存在為多個航天器提供并行測控的場景，傳統(tǒng)計算方法以中繼衛(wèi)星星間天線半功率波束為邊界，且未考慮空間距離變化帶來的鏈路余量變化，在普適性、針對性、準(zhǔn)確性等方面還有待完善。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，可適用于任意軌道高度航天器與任意余量測控鏈路。
2、為實現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)提供一種同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，包括以下步驟：
3、步驟s1、計算中繼衛(wèi)星星間天線半功率波束寬度；
4、步驟s2、計算測控過程中主目標(biāo)與中繼衛(wèi)星之間的最大星間距離；
5、步驟s3、根據(jù)測控鏈路預(yù)算余量和測控鏈路允許最低余量，計算測控鏈路最大允許衰減值；
6、步驟s4、根據(jù)指向主目標(biāo)時中繼衛(wèi)星星間天線轉(zhuǎn)動角，計算中繼衛(wèi)星與主目標(biāo)之間的實際星間距離、修正后的測控鏈路最大允許衰減值及其對應(yīng)的中繼衛(wèi)星星間天線角度偏差；
7、步驟s5、根據(jù)中繼衛(wèi)星與主目標(biāo)之間的實際星間距離、修正后的測控鏈路最大允許衰減值及其對應(yīng)的中繼衛(wèi)星星間天線角度偏差，計算測控邊界條件；
8、步驟s6、將計算得到的測控邊界條件歸一化至軌道空間目標(biāo)距離。
9、根據(jù)本專利技術(shù)的一個技術(shù)方案，還包括：
10、步驟s7、從中繼衛(wèi)星星間天線負(fù)向最大轉(zhuǎn)動角開始，按固定步長依次增加星間天線轉(zhuǎn)動角，并根據(jù)每次增加星間天線轉(zhuǎn)動角，重復(fù)步驟s4至步驟s6，直至星間天線轉(zhuǎn)動角達(dá)到正向最大轉(zhuǎn)動角。
11、根據(jù)本專利技術(shù)的一個技術(shù)方案，所述中繼衛(wèi)星星間天線半功率波束寬度hpbw通過波束角度描述，其計算公式為
12、
13、其中，c為光速，λ為中繼測控信號的波長，d為天線直徑，f為中繼測控鏈路頻率。
14、根據(jù)本專利技術(shù)的一個技術(shù)方案，定義αt為所述主目標(biāo)與所述中繼衛(wèi)星的連接線與主目標(biāo)飛行方向的垂直線之間的角度，rt為所述主目標(biāo)與所述中繼衛(wèi)星的星間距離，其計算公式如下：
15、
16、其中，re為地球平均半徑，h為主目標(biāo)軌道高度，h為中繼衛(wèi)星軌道高度，et為中繼衛(wèi)星星間天線轉(zhuǎn)動角。
17、根據(jù)本專利技術(shù)的一個技術(shù)方案，在所述步驟s3中，所述測控鏈路最大允許衰減值δm的計算公式如下：
18、δm＝m-mmin?(4)
19、其中，m為測控鏈路預(yù)算余量，mmin為測控鏈路允許最低余量；
20、所述測控鏈路最大允許衰減值δm對應(yīng)的中繼衛(wèi)星星間天線角度偏差θ的計算公式如下：
21、
22、根據(jù)本專利技術(shù)的一個技術(shù)方案，在所述步驟s2中，以中繼衛(wèi)星和主目標(biāo)的連接線與主目標(biāo)軌道相切時對應(yīng)的中繼衛(wèi)星星間天線轉(zhuǎn)動角為主目標(biāo)測控所需最大轉(zhuǎn)動角，計算測控過程中中繼衛(wèi)星與主目標(biāo)之間的最大星間距離。
23、根據(jù)本專利技術(shù)的一個技術(shù)方案，定義修正后的測控鏈路最大允許衰減值為δm′，其中繼衛(wèi)星星間天線角度偏差為θ′，修正后的測控鏈路最大允許衰減值δm′的計算公式為：
24、δm′＝δm+20log(rtmax)-20log(r)?(7)
25、其中，r表示測控時主目標(biāo)與中繼衛(wèi)星的實際星間距離,rtmax表示所述主目標(biāo)與所述中繼衛(wèi)星的最大星間距離。
26、根據(jù)本專利技術(shù)的一個技術(shù)方案，在所述步驟s5中，具體包括：
27、對于主目標(biāo)飛行方向的前后兩個邊界θ1和θ2，取值θ′作為初始值，根據(jù)中繼衛(wèi)星與主目標(biāo)的位置幾何關(guān)系，前邊界對應(yīng)中繼衛(wèi)星星間天線轉(zhuǎn)動角為et+θ1，主目標(biāo)位于前邊界時主目標(biāo)與中繼衛(wèi)星的星間距離為r1，主目標(biāo)位于前邊界時修正后的測控鏈路最大允許衰減值為δm1′，在
28、[0.5×θ1,1.5×θ1]范圍內(nèi)，通過二分法迭代收斂θ1，直至下式(8)成立；
29、后邊界對應(yīng)中繼衛(wèi)星星間天線轉(zhuǎn)動角為et-θ2，主目標(biāo)位于前邊界時主目標(biāo)與中繼衛(wèi)星的星間距離為r2，主目標(biāo)位于后邊界時修正后的測控鏈路最大允許衰減值為δm2′，在[0.5×θ2,1.5×θ2]范圍內(nèi)，通過二分法迭代收斂θ2，直至下式(9)成立；
30、
31、其中，ε為允許的數(shù)值偏差。
32、根據(jù)本專利技術(shù)的一個技術(shù)方案，在所述步驟s6中，飛行方向上前邊界軌道內(nèi)空間目標(biāo)距離和前邊界軌道內(nèi)空間目標(biāo)距離分別為d1和d2，其計算公式如下：
33、
34、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
35、本專利技術(shù)結(jié)合航天器測控天線增益、航天器與中繼衛(wèi)星間空間位置幾何關(guān)系以及無線信號空間傳輸特性，通過中繼衛(wèi)星星間天線指向偏差增益差值計算與空間傳輸鏈路損耗差值修正，形成了多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法與流程。相較于傳統(tǒng)方法中以中繼衛(wèi)星星間天線半功率波束為邊界的計算方式，本專利技術(shù)可適用于任意軌道高度航天器與任意余量測控鏈路。
36、同時，本專利技術(shù)還將邊界條件歸一化至軌道內(nèi)空間目標(biāo)距離，解決了傳統(tǒng)方法邊界條件通常定義為以主目標(biāo)為中心、垂直于主目標(biāo)與中繼衛(wèi)星連接線的圓為基礎(chǔ)獲得的方式，避免邊界位于航天器軌道外，導(dǎo)致測控針對性差的的問題。
37、本專利技術(shù)，基于空間衰減與指向偏差，對邊界的計算公式進本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，還包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，所述中繼衛(wèi)星星間天線半功率波束寬度HPBW通過波束角度描述，其計算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，定義αT為所述主目標(biāo)與所述中繼衛(wèi)星的連接線與主目標(biāo)飛行方向的垂直線之間的角度，RT為所述主目標(biāo)與所述中繼衛(wèi)星的星間距離，其計算公式如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，在所述步驟S3中，所述測控鏈路最大允許衰減值ΔM的計算公式如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，在所述步驟S2中，以中繼衛(wèi)星和主目標(biāo)的連接線與主目標(biāo)軌道相切時對應(yīng)的中繼衛(wèi)星星間天線轉(zhuǎn)動角為主目標(biāo)測控所需最大轉(zhuǎn)動角，計算測控過程中中繼衛(wèi)星與主目標(biāo)之間的最大星間距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，在所述步驟S5中，具體包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，在所述步驟S6中，飛行方向上前邊界軌道內(nèi)空間目標(biāo)距離和前邊界軌道內(nèi)空間目標(biāo)距離分別為D1和D2，其計算公式如下：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，還包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，所述中繼衛(wèi)星星間天線半功率波束寬度hpbw通過波束角度描述，其計算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，定義αt為所述主目標(biāo)與所述中繼衛(wèi)星的連接線與主目標(biāo)飛行方向的垂直線之間的角度，rt為所述主目標(biāo)與所述中繼衛(wèi)星的星間距離，其計算公式如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同軌道多目標(biāo)天基測控邊界條件計算方法，其特征在于，在所述步驟s3中，所述測控鏈路最大允許衰減值δm的計算公式如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的同軌...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：湯達(dá)，李瑭，萬鵬，王志生，馮昱澍，周靖凱，張謙謙，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍六三九二一部隊，
類型：發(fā)明
國別省市：
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