GEO衛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，發現問題是由于GEO 衛星軌道傾角變大后，衛星軌道傾角超出了靜止軌道衛星正常工作時設計指標要求， 因此研究中需將衛星看作非靜止軌道衛星， 在此前提下研究天線指向計算方法。

　　設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據跟實際天線指向數據進行比較，所得數據精度為0. 01°，滿足使用要求。

　　此公式中，由于要使用到衛星的星下點經維度，首先要利用坐標轉換將衛星星歷數據XYZ 轉換成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。

　　3 　天線跟蹤策略

　　天線跟蹤策略主要研究天線指向調整指令的發送時機。步進跟蹤方式中調整的判別依據有2 個：

　　一是預先設定跟蹤頻度，當達到設定的時間節點時，進行步進式跟蹤; 二是當AGC 電平低于門限值時，進行步進式跟蹤。由于GEO 衛星相對地球靜止，在一段時間內偏離角度較小，因而設置30 min 的頻度就能較好地保證天線對衛星的跟蹤。AGC 電壓在軌道傾角較小的情況下具有相對平穩性，衛星傾角變大后波動較大， 造成系統頻繁啟動步進跟蹤，30 min的頻度間隔已不能滿足系統穩定工作的要求，且13 m 桁架式天線頻繁跟蹤衛星會加大天線的磨損，降低天線使用壽命。因此，頻度設置需要考慮天線調整次數與系統穩定性之間的矛盾。調整過于頻繁，則會加大桁架式天線的磨損;若調整時間間隔過大，則影響系統參數的穩定性，系統不能穩定工作，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星可接受的偏差角度有關，即與天線波束偏離衛星所造成的衛星接收功率下降的可接受程度有關。依據該天線特性，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設置為0112°、0110°或0108°，衛星接收上行功率對應下降3 dB、2 dB、1 dB。控制頻度是天線調整的時間間隔，根據不同衛星的狀態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，天線的實時指向數據將通過網絡反饋到控制軟件，與解算出的天線指向數據進行檔位的計算，結合頻度形成控制策略。控制流程如圖2 所示。

圖2 　程序跟蹤控制流程

　　根據以上分析，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。

　　衛星由北向南過赤道時螺流變化率最大，天線調整頻度為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°時螺流一天內變化圖