CN116743224A - 卫星自动跟踪方法、卫星跟踪***及卫星跟踪装置 - Google Patents

卫星自动跟踪方法、卫星跟踪***及卫星跟踪装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及卫星通信技术领域，具体公开了一种卫星自动跟踪方法、卫星跟踪***及卫星跟踪装置，所述卫星自动跟踪方法包括：接收相控阵天线的天线参数，所述天线参数包括天线航向角H、天线经度λD、天线纬度以及天线高度；根据所述天线参数与已知的卫星参数，计算卫星相对于所述相控阵天线在当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E；根据当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，选择目标卫星，并在所述相控阵天线中选择目标阵面；本申请能够提升计算结果的准确性，使得相控阵天线能够对卫星进行快速精确的跟踪。

Description

卫星自动跟踪方法、卫星跟踪***及卫星跟踪装置
技术领域
本申请涉及卫星通信技术领域，具体而言，涉及一种卫星自动跟踪方法、卫星跟踪***及卫星跟踪装置。
背景技术
建立地面站天线与卫星之间的通信，相控阵天线需要具备自动跟踪卫星的能力，以保证天线波束始终指向卫星。对于低轨卫星通讯来说，由于距离地面近，轨道周期短，出现在视野中只有十分钟左右的时间，并且一直保持运动，因此需要相控阵天线能够随着卫星的运动快速做出响应，也即是需要天线快速精确的跟踪卫星，以确保通信过程的高质量完成。现有技术中相控阵天线通常采用机械方式调整天线方向，通过机械转台使得天线随过境卫星一同运动实现跟踪，缺点是是机械驱动误差大精度低。另一种方法是基于陀螺仪传感器进行卫星跟踪，而陀螺仪传感器需要隔一两天就进行校准，负责会导致跟踪精度的降低。另外，由于在追踪角度的计算中，现有技术采用的追踪计算方法需要频繁对天线的姿态角进行校正，容易导致最终的计算结果响应较慢或误差较大，使得天线无法实现对卫星的快速精确跟踪。
发明内容
本申请的目的在于提供一种卫星自动跟踪方法以及卫星跟踪***，其通过对计算方法的改进，避免频繁对姿态角进行修正，使得相控阵天线能够对卫星进行快速精确的跟踪。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种卫星自动跟踪方法，应用于卫星跟踪***中的控制端，所述卫星跟踪***还包括：相控阵天线，所述相控阵天线与所述控制端通信连接，所述方法包括：
接收相控阵天线的天线参数，所述天线参数包括天线航向角H、天线经度λD、天线纬度以及天线高度；
根据所述天线参数与已知的卫星参数，计算卫星相对于所述相控阵天线在当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E；其中，所述已知的卫星参数包括卫星经度λS、卫星纬度以及卫星高度h；
根据当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，选择目标卫星，并在所述相控阵天线中选择目标阵面；
向所述目标阵面分配对应的波束，并指示所述目标阵面跟踪所述目标卫星。
作为一种可选的实施方式，所述在所述相控阵天线中选择目标阵面之前，还包括：
根据当前地理坐标系下的所述第一方位角A、第一俯仰角E以及所述天线航向角H，计算卫星在载体坐标系下的第二方位角Aj和第二俯仰角Ej；
通过所述第二方位角Aj和第二俯仰角Ej，计算天线阵面球坐标系下的俯仰角θ和方位角。
作为一种可选的实施方式，所述向所述目标阵面分配对应的波束，包括：
根据天线阵面球坐标系下的俯仰角θ和方位角，向所述目标阵面分配对应的波束。
作为一种可选的实施方式，所述根据所述天线参数与已知的卫星参数，计算卫星相对于所述相控阵天线在当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，包括：
根据计算所述相控阵天线到地心的连线与卫星星下点到地心的连线的夹角β；
根据计算所述卫星相对于所述相控阵天线在当地地理坐标系下的第一方位角A，其中，Δλ为卫星经度λS与天线经度λD的差值，Δλ=|λS-λD|；
根据计算第一俯仰角E，其中，rs为卫星到地心的距离，rE为相控阵天线所在的地面点到地心的距离，rs=rE+卫星高度h。
作为一种可选的实施方式，所述根据当前地理坐标系下的所述第一方位角A、第一俯仰角E以及所述航向角H，计算卫星在载体坐标系下的第二方位角Aj和第二俯仰角Ej，包括：
根据计算得到卫星在所述载体坐标系下的第二俯仰角Ej；
根据计算得到卫星在所述载体坐标系下的第二方位角Aj；其中，R为天线横滚角，P为天线俯仰角，且均由天线参数获取。
作为一种可选的实施方式，所述通过所述第二方位角Aj和第二俯仰角Ej计算出天线阵面球坐标系下的俯仰角θ和方位角，包括：
根据计算得到天线阵面球坐标系下的俯仰角θ；
根据计算得到天线阵面球坐标系下的方位角。
第二方面，本申请实施例公开了一种卫星跟踪***，包括相控阵天线和控制端；所述控制端用于执行上述第一方面的方法。
作为一种可选的实施方式，所述相控阵天线包括主阵面和侧阵面；所述侧阵面有多个且围设在所述主阵面周围，所述侧阵面与所述主阵面垂直设置。
作为一种可选的实施方式，有四个所述侧阵面，四个所述侧阵面与所述主阵面围成开口向下的矩形天线阵面；所述侧阵面与主阵面均设置有多个波束。
第三方面，本申请实施例提供了一种卫星跟踪装置，应用于卫星跟踪***中的控制端，所述卫星跟踪***还包括：相控阵天线，所述相控阵天线与所述控制端通信连接，所述装置包括：
通信模块，用于接收相控阵天线的天线参数，所述天线参数包括天线航向角H、天线经度λD、天线纬度以及天线高度；
计算模块，用于根据所述天线参数与已知的卫星参数，计算卫星相对于所述相控阵天线在当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E；其中，所述已知的卫星参数包括卫星经度λS、卫星纬度以及卫星高度h；
选择模块，用于根据当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，选择目标卫星，并在所述相控阵天线中选择目标阵面；
分配模块，用于向所述目标阵面分配对应的波束，以指示所述目标阵面跟踪所述目标卫星。
本申请实施例的有益效果包括：
本申请实施例提供的卫星自动跟踪方法，根据天线参数与已知的卫星参数，计算卫星相对于相控阵天线在当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，进而根据当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，选择目标卫星，并在所述相控阵天线中选择目标阵面；向所述目标阵面分配对应的波束，并指示所述目标阵面跟踪所述目标卫星。相较于现有技术，本申请能够避免频繁对姿态角进行修正，简化计算过程，提升俯仰角θ和方位角输出结果的准确性，使得相控阵天线能够对卫星进行快速精确的跟踪。
本申请提供的卫星跟踪***的包括相控阵天线和控制端；相较于现有技术，基于上述的卫星自动跟踪方法，使得追踪***的追踪角度与相控阵天线载体的姿态无关，也即是使得相控阵天线的俯仰角θ和方位角的与载体的姿态无关，因此本申请提供的卫星跟踪***能够避免采用陀螺仪提供相控阵天线的载体姿态角，从而避免对载体姿态角的修正。本申请能够避免频繁对姿态角进行修正，使得相控阵天线能够对卫星进行快速精确的跟踪。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例卫星跟踪***的结构示意图；
图2为本申请实施例卫星自动跟踪方法的流程示意图；
图3为卫星在当前地理坐标系下的方位俯仰示意图；
图4为本申请实施例卫星自动跟踪方法的流程示意图；
图5为卫星在天线阵面球坐标系下的方位俯仰示意图；
图6为本申请实施例卫星跟踪***的结构示意图；
图7为本申请实施例卫星跟踪装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请实施例可以应用于卫星跟踪***，以解决相控阵天线无法实现对卫星的快速精确跟踪的技术问题。
图1为本申请实施例提供的卫星跟踪***的结构示意图，如图1所示，该卫星跟踪***包括：相控阵天线101和控制端102，其中，控制端102可以是计算机、服务器等处理设备，在此不作限制。
可选地，本申请实施例中，天线端可以通过司南导航（GNSS接收机）双天线接收GPGGA、GPTRA格式的GPS数据包，解析出当地经纬高、航向角等信息发送到控制端，由控制端进行下一步处理，以实现对卫星的跟踪。
图2为本申请一实施例提供的卫星自动跟踪方法流程示意图，参照图2所示，应用于上述控制端102，包括：
S201、接收相控阵天线101的天线参数。
其中，天线参数可以包括航向角H、天线经度λD、天线纬度以及天线高度；天线参数可以是根据设置在相控阵天线101上的导航设备得到。
S202、根据天线参数与已知的卫星参数，计算卫星相对于相控阵天线101在当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E。
其中，已知的卫星参数包括卫星经度λS、卫星纬度以及卫星高度h；卫星参数可以是控制端102的SGP4算法根据轨道根数文件TLE解析得到，轨道根数文件TLE可以预先通过相关部门或人员对在轨的空间目标进行监控获取，也可根据其他组织对在轨的空间目标进行监控获取，在此不作限制。
本申请实施例中，控制端可以实时监测两行轨道根数文件更新，若文件更新，则重新导入到***中。可选地，两行轨道根数文件及来自GNSS接收机的GPGGA/GPTRA数据包按照格式进行解析，并计算出所有卫星此刻以预设间隔（例如500ms）前后一小时的当地地理坐标系下的方位俯仰参数。
一种可选的计算方式如下：
根据计算相控阵天线101到地心的连线与卫星星下点到地心的连线的夹角β；
根据计算卫星相对于相控阵天线101在当地地理坐标系下的第一方位角A，其中，Δλ为卫星经度λS与天线经度λD的差值，Δλ=|λS-λD|；
根据计算第一俯仰角E，其中，rs为卫星到地心的距离，rE为相控阵天线101所在的地面点到地心的距离，rs=rE+卫星高度h。
参照图3所示，卫星在当前地理坐标系下的方位俯仰示意图。
其中，地理坐标系是原点位于相控阵天线101的载体所在的地球表面，是一轴与地理垂线重合的右手直角坐标系。通常称东北天坐标系的地理坐标系原点O选取在载体重心处,Ox指向东,Oy指向北，Oz沿垂线指向天。其中，载体可以是车辆或者其它承载装置。
S203、根据当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，选择目标卫星，并在相控阵天线中选择目标阵面。
需要说明的是，控制端102内置的SGP4算法根据轨道根数文件TLE解析得到在轨卫星的卫星参数，从而使得控制端102可将各个在轨卫星的卫星经度λS、卫星纬度以及卫星高度h呈现给用户，因此，用户可根据需要选择出目标卫星。
相控阵天线101包括多个阵面，不同阵面的朝向不同，为了更好的跟踪目标卫星，进一步选择目标阵面。
需要说明的是，可以将相控阵天线固定设置，使得每个阵面的姿态角成为定值，避免采用陀螺仪等检测设置检测每个阵面的姿态角。由于姿态角在计算中成为定值，也避免了对每个阵面姿态角的频繁修正。因此在选择目标卫星时，只需根据目标卫星相对于相控阵天线的俯仰角和方位角，在相控阵天线中选择与该俯仰角与方位角对应匹配的阵面，通过该阵面建立与目标卫星的信号传递。
其中，控制端可以根据所有卫星在当地地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E选择其中可见卫星并显示给用户进行选择目标卫星，对于低轨卫星选择该类卫星后即可自动切换到同类型下个卫星。
S204、向所述目标阵面分配对应的波束，并指示所述目标阵面跟踪所述目标卫星。
本实施例中，根据天线参数与已知的卫星参数，计算卫星相对于相控阵天线在当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，进而根据当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，选择目标卫星，并在所述相控阵天线中选择目标阵面；向所述目标阵面分配对应的波束，并指示所述目标阵面跟踪所述目标卫星。相较于现有技术，本申请能够避免频繁对姿态角进行修正，简化计算过程，提升俯仰角θ和方位角输出结果的准确性，使得相控阵天线能够对卫星进行快速精确的跟踪。
进一步地，可以以预设间隔（例如500ms）接收选择的目标卫星包括第一方位角A和第一俯仰角E在内的相关数据、以及来自GNSS接收机的航向角信息。相应地，可以将第一方位角A和第一俯仰角E转换到天线阵面球坐标系中的俯仰角θ和方位角。
图4为本申请另一实施例提供的卫星自动跟踪方法流程示意图，如图3所示，上述在所述相控阵天线中选择目标阵面之前，还包括：
S301、根据当前地理坐标系下的第一方位角A、第一俯仰角E以及天线航向角H，计算卫星在载体坐标系下的第二方位角Aj和第二俯仰角Ej。
其中，可选地公式可以参考：
根据计算得到卫星在载体坐标系下的第二俯仰角Ej；
根据计算得到卫星在载体坐标系下的第二方位角Aj；其中，R为天线横滚角，P为天线俯仰角，且均由天线参数获取。
在本申请实施例中，卫星在当前地理坐标系中的向量。
已知当前地理坐标系中的向量Pa，首先绕当前地理坐标系的Y轴旋转H角，再以欧拉角形式绕当前地理坐标系的Z轴旋转P角，再以欧拉角形式绕当前地理坐标系的X轴旋转R角，得到在载体坐标系中的向量Pb。
计算Pb的公式表示为：
进一步的，；根据向量Pb可计算得到第二方位角Aj和第二俯仰角Ej。
S302、通过第二方位角Aj和第二俯仰角Ej，计算天线阵面球坐标系下的俯仰角θ和方位角。例如：
根据计算得到天线阵面球坐标系下的俯仰角θ；
根据计算得到天线阵面球坐标系下的方位角。
参照图5所示，卫星在天线阵面球坐标系下的方位俯仰位置示意图。
其中，载体坐标系的原点是载体重心O，纵轴Oy沿载体首尾线方向并指向载体首部，横轴Ox指向载体的右边轴，Oz轴垂直于载体所在平面，坐标系构成右手直角坐标系。其中，天线航向角H是载体Oy轴与正北夹角，约定以正北为基准，顺时针为正。天线俯仰角P是载体的Oz轴与当地水平面之间的夹角，约定以向上为正。天线横滚角R是载体Ox轴相对于当地水平面倾斜的角度，约定载体右倾为正。天线阵面球坐标系原点为相控阵天线101的阵面中心，旋转天线阵面球坐标系坐标轴Xp与载体坐标系Oz轴重合，旋转天线阵面球坐标系坐标轴Yp与载体坐标轴Oy重合，旋转天线阵面球坐标系坐标轴Zp轴与载体坐标系Ox轴反向。
可选地，上述向所述目标阵面分配对应的波束，包括：根据天线阵面球坐标系下的俯仰角θ和方位角，向目标阵面分配对应的波束。
示例性的，若相控阵天线101的每个阵面可以在方位角为0-45°以及俯仰角θ为0-45°的区间内接收卫星波束。
举例说明，在轨多颗卫星中，其中一颗卫星方位角为0°，俯仰角θ为10°，即该卫星在相控阵天线101的正北，且俯仰角θ未超过45°。而相控阵天线101的2号阵面朝向正北，故该卫星被分配于2号阵面的波束1进行跟踪。若还有一颗卫星也在方位0°，俯仰角θ未超过45°，则该卫星也应分配到阵面2，此时波束1已被占用，故分配到2号阵面的波束2。
相较于现有技术，本申请实施例提供的卫星自动跟踪方法，能够避免频繁对姿态角进行修正，简化计算过程，提升俯仰角θ和方位角输出结果的准确性，使得相控阵天线101能够对卫星进行快速精确的跟踪。
参照图6所示，本申请提供的卫星跟踪***，相控阵天线101包括主阵面103和侧阵面104；侧阵面104有多个且围设在主阵面103周围，侧阵面104与主阵面103垂直设置。
参照图6所示，作为一种可选的实施方式，有四个侧阵面104，四个侧阵面104与主阵面103围成开口向下的矩形天线阵面；侧阵面104与主阵面103均设置有多个波束。
示例性的，主阵面103与水平面平行设置，第一侧阵面104相对于主阵面103的天线航向角H为180°、天线横滚角R为90°、天线俯仰角P为0°。
第二侧阵面104相对于主阵面103的天线航向角H为270°、天线横滚角R为90°、天线俯仰角P为0°。
第三侧阵面104相对于主阵面103的天线航向角H为0°、天线横滚角R为90°、天线俯仰角P为0°。
第四侧阵面104相对于主阵面103的天线航向角H为90°、天线横滚角R为90°、天线俯仰角P为0°。需要说明的是，每个阵面设有8个波束，因此本申请实施例提供的卫星跟踪***可对40颗卫星进行跟踪。
因此，在本申请的计算过程中无需对载体的姿态角进行实时检测，也无需在计算过程中对姿态角进行频繁修正，因此能够简化计算方法，并提升计算结果的准确性，使得相控阵天线101能够对卫星进行快速精确的跟踪。
参照图1所示，本申请实施例提供了一种卫星跟踪装置，应用于卫星跟踪***中的控制端102，卫星跟踪***还包括：相控阵天线101，相控阵天线101与控制端102通信连接，参照图7所示，该装置包括：
通信模块105，用于接收相控阵天线101的天线参数，天线参数包括天线航向角H、天线经度λD、天线纬度以及天线高度；
计算模块106，用于根据天线参数与已知的卫星参数，计算卫星相对于相控阵天线101在当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E；其中，已知的卫星参数包括卫星经度λS、卫星纬度以及卫星高度h；
选择模块107，用于根据当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，选择目标卫星，并在相控阵天线101中选择目标阵面；
分配模块108，用于向目标阵面分配对应的波束，以指示目标阵面跟踪目标卫星。
本实施例中，通过分配模块108将阵面、波束、俯仰角θ和方位角信息发送至相控阵天线101，使得相控阵天线101能够选择与卫星相对应最佳阵面，进行信息传递，从而避免相控阵天线101对卫星的转动跟踪，在结构上避免通过机械结构进行驱动，从而能够有效的提升跟踪的响应速度，消除机械结构的延迟干扰。
需要说明的是，现有技术中使通过陀螺仪采集相控阵天线101的姿态角参数，而陀螺仪则需要经常校准，否则会导致采集到的姿态角参数精度降低，导致误差产生，因此需要频繁修正。另外，现有技术所采用的追踪方法是，计算出相控阵天线101的追踪角度后，通过机械结构转动相控阵天线101使得相控阵天线101与卫星传递信号。对于机械结构的控制以及传动整个过程来说存在一定的延迟，不能实现快速响应，也即是无法实现对卫星快速精准的跟踪。
本申请实施例提供的卫星跟踪装置，相控阵天线101是静止的，不需要通过机械结构去驱动相控阵天线101进行转动，也不需要通过陀螺仪采集相控阵天线101的姿态角参数。由于整个相控阵天线101是静止的，也即是说相控阵天线101中的各个阵面的姿态是固定的，其各个阵面的姿态角为定量。因此不需要陀螺仪对姿态角（也即是天线航向角H、天线横滚角R以及天线俯仰角P）进行检测。因此本申请的计算方法中能够降低姿态角对计算过程的影响，并在简化计算方法的同时，提升计算结果的准确性。
相较于现有技术，基于上述的卫星自动跟踪方法，使得追踪***的追踪角度与相控阵天线101载体的姿态无关，也即是使得相控阵天线101的俯仰角θ和方位角的与载体的姿态无关，因此本申请提供的卫星跟踪***能够避免采用陀螺仪提供相控阵天线101的载体姿态角，从而避免对载体姿态角的修正。本申请能够避免频繁对姿态角进行修正，使得相控阵天线101能够对卫星进行快速精确的跟踪。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种卫星自动跟踪方法，其特征在于，应用于卫星跟踪***中的控制端，所述卫星跟踪***还包括：相控阵天线，所述相控阵天线与所述控制端通信连接，所述方法包括：
接收相控阵天线的天线参数，所述天线参数包括天线航向角H、天线经度λD、天线纬度以及天线高度；
根据所述天线参数与已知的卫星参数，计算卫星相对于所述相控阵天线在当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E；其中，所述已知的卫星参数包括卫星经度λS、卫星纬度以及卫星高度h；
根据当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，选择目标卫星，并在所述相控阵天线中选择目标阵面；
向所述目标阵面分配对应的波束，并指示所述目标阵面跟踪所述目标卫星。
2.根据权利要求1所述的卫星自动跟踪方法，其特征在于，所述在所述相控阵天线中选择目标阵面之前，还包括：
根据当前地理坐标系下的所述第一方位角A、第一俯仰角E以及所述天线航向角H，计算卫星在载体坐标系下的第二方位角Aj和第二俯仰角Ej；
通过所述第二方位角Aj和第二俯仰角Ej，计算天线阵面球坐标系下的俯仰角θ和方位角。
3.根据权利要求2所述的卫星自动跟踪方法，其特征在于，所述向所述目标阵面分配对应的波束，包括：
根据天线阵面球坐标系下的俯仰角θ和方位角，向所述目标阵面分配对应的波束。
4.根据权利要求2所述的卫星自动跟踪方法，其特征在于，所述根据所述天线参数与已知的卫星参数，计算卫星相对于所述相控阵天线在当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，包括：
根据计算所述相控阵天线到地心的连线与卫星星下点到地心的连线的夹角β；
根据计算所述卫星相对于所述相控阵天线在当地地理坐标系下的第一方位角A，其中，Δλ为卫星经度λS与天线经度λD的差值，Δλ=|λS-λD|；
根据计算第一俯仰角E，其中，rs为卫星到地心的距离，rE为相控阵天线所在的地面点到地心的距离，rs=rE+卫星高度h。
5.根据权利要求4所述的卫星自动跟踪方法，其特征在于，所述根据当前地理坐标系下的所述第一方位角A、第一俯仰角E以及所述航向角H，计算卫星在载体坐标系下的第二方位角Aj和第二俯仰角Ej，包括：
根据计算得到卫星在所述载体坐标系下的第二俯仰角Ej；
根据计算得到卫星在所述载体坐标系下的第二方位角Aj；其中，R为天线横滚角，P为天线俯仰角，且均由天线参数获取。
6.根据权利要求5所述的卫星自动跟踪方法，其特征在于，所述通过所述第二方位角Aj和第二俯仰角Ej计算出天线阵面球坐标系下的俯仰角θ和方位角，包括：
根据计算得到天线阵面球坐标系下的俯仰角θ；
根据计算得到天线阵面球坐标系下的方位角/>。
7.一种卫星跟踪***，其特征在于，包括相控阵天线和控制端；所述控制端用于执行权利要求1-6任一项所述的方法。
8.根据权利要求7所述的卫星跟踪***，其特征在于，所述相控阵天线包括主阵面和侧阵面；所述侧阵面有多个且围设在所述主阵面周围，所述侧阵面与所述主阵面垂直设置。
9.根据权利要求8所述的卫星跟踪***，其特征在于，有四个所述侧阵面，四个所述侧阵面与所述主阵面围成开口向下的矩形天线阵面；所述侧阵面与主阵面均设置有多个波束。
10.一种卫星跟踪装置，其特征在于，应用于卫星跟踪***中的控制端，所述卫星跟踪***还包括：相控阵天线，所述相控阵天线与所述控制端通信连接，所述装置包括：
通信模块，用于接收相控阵天线的天线参数，所述天线参数包括天线航向角H、天线经度λD、天线纬度以及天线高度；
计算模块，用于根据所述天线参数与已知的卫星参数，计算卫星相对于所述相控阵天线在当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E；其中，所述已知的卫星参数包括卫星经度λS、卫星纬度以及卫星高度h；
选择模块，用于根据当前地理坐标系下的第一方位角A和第一俯仰角E，选择目标卫星，并在所述相控阵天线中选择目标阵面；
分配模块，用于向所述目标阵面分配对应的波束，以指示所述目标阵面跟踪所述目标卫星。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2729932Y (zh) * 2004-08-27 2005-09-28 北京华夏宇通通信技术有限责任公司 一种混合相控阵卫星接收天线
US20060035588A1 (en) * 2004-08-10 2006-02-16 Chapelle Michael D L Low data rate mobile platform communication system and method
CN1741316A (zh) * 2004-08-27 2006-03-01 北京华夏宇通通信技术有限责任公司 一种无馈源卫星接收天线的极化匹配方法
CN113009526A (zh) * 2021-02-23 2021-06-22 重庆两江卫星移动通信有限公司 一种低轨卫星的地面跟踪装置和方法
CN113237456A (zh) * 2021-05-31 2021-08-10 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 动中通天线初始安装角测量方法
CN115175204A (zh) * 2022-06-30 2022-10-11 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于大型可旋转阵面的多星对准方法
CN115278794A (zh) * 2022-07-13 2022-11-01 北京九天微星科技发展有限公司 低轨卫星的通信切换***及方法
US20220416846A1 (en) * 2019-11-12 2022-12-29 Viasat, Inc. Yaw drift compensation for pointing an antenna
CN116248152A (zh) * 2022-12-19 2023-06-09 成都中科微信息技术研究院有限公司 一种基于多阵面毫米波相控阵波束指向方法及***

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060035588A1 (en) * 2004-08-10 2006-02-16 Chapelle Michael D L Low data rate mobile platform communication system and method
CN2729932Y (zh) * 2004-08-27 2005-09-28 北京华夏宇通通信技术有限责任公司 一种混合相控阵卫星接收天线
CN1741316A (zh) * 2004-08-27 2006-03-01 北京华夏宇通通信技术有限责任公司 一种无馈源卫星接收天线的极化匹配方法
US20220416846A1 (en) * 2019-11-12 2022-12-29 Viasat, Inc. Yaw drift compensation for pointing an antenna
CN113009526A (zh) * 2021-02-23 2021-06-22 重庆两江卫星移动通信有限公司 一种低轨卫星的地面跟踪装置和方法
CN113237456A (zh) * 2021-05-31 2021-08-10 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 动中通天线初始安装角测量方法
CN115175204A (zh) * 2022-06-30 2022-10-11 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于大型可旋转阵面的多星对准方法
CN115278794A (zh) * 2022-07-13 2022-11-01 北京九天微星科技发展有限公司 低轨卫星的通信切换***及方法
CN116248152A (zh) * 2022-12-19 2023-06-09 成都中科微信息技术研究院有限公司 一种基于多阵面毫米波相控阵波束指向方法及***

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
姜雯献;李朝海;: "相控阵跟踪***测角与角度跟踪算法", 雷达科学与技术, no. 02 *
罗珊;唐猛;李忠平;: "卡尔曼预测及姿态补偿算法研究及在机载天线稳定跟踪***扰动隔离应用", 计算机测量与控制, no. 04 *

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