本發(fā)明涉及星間鏈路atp(acquisitiontrackingandpointing，捕獲跟蹤瞄準(zhǔn))技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種星間鏈路天線掃描捕獲裝置及方法。

背景技術(shù)：

星間鏈路atp技術(shù)用于兩顆衛(wèi)星需要建立星間鏈路進(jìn)行通信時，實現(xiàn)它們的天線快速且精確地對準(zhǔn)，精確對準(zhǔn)的過程主要分為三個階段：捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)。第一階段天線的捕獲是指通信鏈路的其中一端發(fā)射信號，另一端衛(wèi)星天線先指向軌道預(yù)報的對方衛(wèi)星位置，由于天線指向存在一定誤差，需要在此位置附近區(qū)域進(jìn)行搜索，最終成功捕獲對方衛(wèi)星信號；第二階段天線的跟蹤是兩顆衛(wèi)星天線實現(xiàn)信號捕獲后，依據(jù)軌道預(yù)報的位置變化來控制天線跟蹤系統(tǒng)，達(dá)到兩顆衛(wèi)星之間的天線信號不因軌道運動而中斷的目的；第三階段天線的瞄準(zhǔn)是指兩顆衛(wèi)星天線能夠穩(wěn)定地跟蹤后進(jìn)一步調(diào)整天線的指向，使天線能夠精確對準(zhǔn)，更穩(wěn)定更準(zhǔn)確地傳輸信息。星間鏈路atp技術(shù)是衛(wèi)星建立星間鏈路的關(guān)鍵技術(shù)，對衛(wèi)星能否進(jìn)行通信和通信的質(zhì)量十分重要。本發(fā)明主要研究星間鏈路atp技術(shù)的第一階段即兩顆衛(wèi)星天線的捕獲。天線的捕獲是atp技術(shù)的核心部分，也是建立星間鏈路過程中所需時間最大的部分，減少兩顆衛(wèi)星天線的捕獲時間可增加衛(wèi)星之間進(jìn)行通信的時間，增大信息傳輸量，有效改善星間鏈路的性能。

目前，在星間鏈路atp技術(shù)中最普遍的天線捕獲方法是通信鏈路其中一端的衛(wèi)星天線按照一定的軌跡對另一端衛(wèi)星的天線信號可能出現(xiàn)的區(qū)域進(jìn)行掃描，而另一端衛(wèi)星的天線不進(jìn)行掃描，從而完成捕獲過程。然而，上述方法雖然可以達(dá)到不漏掃的目的，但所需的捕獲時間較長，減小了鏈路的信息傳輸效率，對一些可見時間較短的衛(wèi)星之間的信息傳輸影響較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種星間鏈路天線掃描捕獲裝置，該裝置可以有效減小捕獲時間，并提高在短時間內(nèi)捕獲成功的概率。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種星間鏈路天線掃描捕獲方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出了一種星間鏈路天線掃描捕獲裝置，包括：軌道預(yù)報模塊，用于根據(jù)軌道位置信息預(yù)報天線參數(shù)，其中，所述天線參數(shù)包括天線指向方向以及天線方位角、俯仰角變化中的一種或多種；掃描參數(shù)設(shè)置模塊，用于根據(jù)所述天線參數(shù)得到掃描參數(shù)，其中，所述掃描參數(shù)包括掃描螺距、掃描線速度和天線掃描范圍中的一種或多種；最大捕獲時間計算模塊，在兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向都轉(zhuǎn)動時，用于根據(jù)所述天線參數(shù)得到所述兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向轉(zhuǎn)動時掃描完整個不確定區(qū)域所需的時間；定時器模塊，用于限定所述兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動掃描的時間；第一掃描策略模塊，用于對所述兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向轉(zhuǎn)動進(jìn)行掃描，并判定能否成功捕獲；第二掃描策略模塊，用于在最大捕獲時間內(nèi)所述兩顆衛(wèi)星天線不能成功捕獲時，所述兩顆衛(wèi)星天線按恒定的線速度回到軌道預(yù)報的對方天線的方向，并按僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動的方式進(jìn)行掃描，并判定能否成功捕獲。

本發(fā)明實施例的星間鏈路天線掃描捕獲裝置，充分利用軌道預(yù)報提供的信息，不但考慮兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況，并對只有一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動和兩顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動的兩種策略進(jìn)行評估，通過結(jié)合兩種掃描方式，從而有效減小捕獲時間，并提高在短時間內(nèi)捕獲成功的概率。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的星間鏈路天線掃描捕獲裝置還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取所述掃描螺距的標(biāo)準(zhǔn)為保證天線3db波束橫截面掃過的區(qū)域不重復(fù)也不遺漏待掃描的區(qū)域。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取所述掃描線速度的標(biāo)準(zhǔn)為在不影響衛(wèi)星姿態(tài)的條件下，使對方衛(wèi)星天線通過3db波束范圍內(nèi)的時間是信號接收處理所產(chǎn)生遲滯時間的預(yù)設(shè)倍數(shù)，以提高天線掃描線速度，并減小掃描時間。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取所述天線掃描范圍的標(biāo)準(zhǔn)為天線指向誤差為來自衛(wèi)星姿態(tài)控制誤差。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，在所述兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況下，獲取所述最大捕獲時間的方法為所述兩顆衛(wèi)星天線同時按相反方向進(jìn)行掃描，其中，如果所述兩顆衛(wèi)星天線指向角度的距離小于天線波束寬度的一半時，則為成功捕獲，掃描完所述整個不確定區(qū)域所需的時間為所述最大捕獲時間。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明另一方面實施例提出了一種星間鏈路天線掃描捕獲方法，包括以下步驟：根據(jù)軌道位置信息預(yù)報天線參數(shù)，其中，所述天線參數(shù)包括天線指向方向以及天線方位角、俯仰角變化中的一種或多種；根據(jù)所述天線參數(shù)得到掃描參數(shù)，其中，所述掃描參數(shù)包括掃描螺距、掃描線速度和天線掃描范圍中的一種或多種；在兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向都轉(zhuǎn)動時，用于根據(jù)所述天線參數(shù)得到所述兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向轉(zhuǎn)動時掃描完整個不確定區(qū)域所需的時間；限定所述兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動掃描的時間；用于對所述兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向轉(zhuǎn)動進(jìn)行掃描，并判定能否成功捕獲；在最大捕獲時間內(nèi)所述兩顆衛(wèi)星天線不能成功捕獲時，所述兩顆衛(wèi)星天線按恒定的線速度回到軌道預(yù)報的對方天線的方向，并按僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動的方式進(jìn)行掃描，并判定能否成功捕獲。

本發(fā)明實施例的星間鏈路天線掃描捕獲方法，充分利用軌道預(yù)報提供的信息，不但考慮兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況，并對只有一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動和兩顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動的兩種策略進(jìn)行評估，通過結(jié)合兩種掃描方式，從而有效減小捕獲時間，并提高在短時間內(nèi)捕獲成功的概率。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的星間鏈路天線掃描捕獲方法還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取所述掃描螺距的標(biāo)準(zhǔn)為保證天線3db波束橫截面掃過的區(qū)域不重復(fù)也不遺漏待掃描的區(qū)域。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取所述掃描線速度的標(biāo)準(zhǔn)為在不影響衛(wèi)星姿態(tài)的條件下，使對方衛(wèi)星天線通過3db波束范圍內(nèi)的時間是信號接收處理所產(chǎn)生遲滯時間的預(yù)設(shè)倍數(shù)，以提高天線掃描線速度，并減小掃描時間。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取所述天線掃描范圍的標(biāo)準(zhǔn)為天線指向誤差為來自衛(wèi)星姿態(tài)控制誤差。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，在所述兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況下，獲取所述最大捕獲時間的方法為所述兩顆衛(wèi)星天線同時按相反方向進(jìn)行掃描，其中，如果所述兩顆衛(wèi)星天線指向角度的距離小于天線波束寬度的一半時，則為成功捕獲，掃描完所述整個不確定區(qū)域所需的時間為所述最大捕獲時間。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的星間鏈路天線掃描捕獲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的星間鏈路天線掃描捕獲裝置的原理示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的天線按阿基米德螺線掃描的軌跡示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的對方衛(wèi)星天線指向轉(zhuǎn)換到w11本體坐標(biāo)系流程圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動掃描不到的區(qū)域示意圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的捕獲時間分布頻數(shù)直方圖；

圖7為根據(jù)本發(fā)明實施例的星間鏈路天線掃描捕獲方法的流程圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例提出的星間鏈路天線掃描捕獲裝置及方法，首先將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例提出的星間鏈路天線掃描捕獲裝置。

圖1是本發(fā)明實施例的星間鏈路天線掃描捕獲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，該星間鏈路天線掃描捕獲裝置10包括：軌道預(yù)報模塊100、掃描參數(shù)設(shè)置模塊200、最大捕獲時間計算模塊300、定時器模塊400、第一掃描策略模塊500和第二掃描策略模塊600。

其中，軌道預(yù)報模塊100用于根據(jù)軌道位置信息預(yù)報天線參數(shù)，其中，天線參數(shù)包括天線指向方向以及天線方位角、俯仰角變化中的一種或多種。掃描參數(shù)設(shè)置模塊200用于根據(jù)天線參數(shù)得到掃描參數(shù)，其中，掃描參數(shù)包括掃描螺距、掃描線速度和天線掃描范圍中的一種或多種。在兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向都轉(zhuǎn)動時，最大捕獲時間計算模塊300用于根據(jù)天線參數(shù)得到兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向轉(zhuǎn)動時掃描完整個不確定區(qū)域所需的時間。定時器模塊400用于限定兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動掃描的時間。第一掃描策略模塊500用于對兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向轉(zhuǎn)動進(jìn)行掃描，并判定能否成功捕獲。第二掃描策略模塊600用于在最大捕獲時間內(nèi)兩顆衛(wèi)星天線不能成功捕獲時，兩顆衛(wèi)星天線按恒定的線速度回到軌道預(yù)報的對方天線的方向，并按僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動的方式進(jìn)行掃描，并判定能否成功捕獲。本發(fā)明實施例的裝置10可以有效減小捕獲時間，并提高在短時間內(nèi)捕獲成功的概率。

可以理解的是，軌道預(yù)報模塊100用于提供軌道位置信息，以確定天線指向方向以及預(yù)測天線方位角、俯仰角變化。掃描參數(shù)設(shè)置模塊200用于根據(jù)天線參數(shù)計算并設(shè)置掃描螺距、掃描線速度、天線掃描范圍等參數(shù)。最大捕獲時間計算模塊300用于計算兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向都轉(zhuǎn)動的情況下，掃描完整個不確定區(qū)域所需要的時間。定時器模塊400用于限定兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動掃描的時間。第一掃描策略模塊500用于兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向轉(zhuǎn)動進(jìn)行掃描并判定是否能成功進(jìn)行捕獲。第二掃描策略模塊600用于在最大捕獲時間內(nèi)兩顆衛(wèi)星天線不能成功捕獲時，兩顆衛(wèi)星的天線按恒定的線速度回到軌道預(yù)報的對方天線的方向，然后按僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動的方式進(jìn)行掃描并判定能否成功捕獲。

例如，根據(jù)軌道預(yù)報選取合適的螺距、線速度、掃描范圍等掃描參數(shù)，計算兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況下能夠成功捕獲的最大時間，然后天線按阿基米德螺線轉(zhuǎn)動進(jìn)行恒線速度掃描，若能在此時間內(nèi)成功捕獲則記錄捕獲時間，若不能則兩顆衛(wèi)星的天線按掃描線速度回到軌道預(yù)報的對準(zhǔn)位置，然后僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動掃描，可保證成功捕獲。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取掃描螺距的標(biāo)準(zhǔn)為保證天線3db波束橫截面掃過的區(qū)域不重復(fù)也不遺漏待掃描的區(qū)域。

可以理解的是，選取掃描螺距的標(biāo)準(zhǔn)是：保證天線3db波束橫截面掃過的區(qū)域盡可能不重復(fù)也不遺漏待掃描的區(qū)域。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取掃描線速度的標(biāo)準(zhǔn)為在不影響衛(wèi)星姿態(tài)的條件下，使對方衛(wèi)星天線通過3db波束范圍內(nèi)的時間是信號接收處理所產(chǎn)生遲滯時間的預(yù)設(shè)倍數(shù)，以提高天線掃描線速度，并減小掃描時間。

可以理解的是，選取天線掃描線速度的標(biāo)準(zhǔn)是：在不影響衛(wèi)星姿態(tài)的條件下，并且使對方衛(wèi)星天線通過3db波束范圍內(nèi)的時間是信號接收處理所產(chǎn)生遲滯時間的2～3倍，天線掃描線速度盡量大一些，這樣可以有效減小掃描時間。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取天線掃描范圍的標(biāo)準(zhǔn)為天線指向誤差為來自衛(wèi)星姿態(tài)控制誤差?？梢岳斫獾氖牵炀€指向誤差為可以來自衛(wèi)星姿態(tài)控制誤差，但主要是來自衛(wèi)星姿態(tài)控制誤差，在此不作具體限定。

可以理解的是，選取天線掃描范圍的標(biāo)準(zhǔn)是：天線指向誤差主要來自衛(wèi)星姿態(tài)控制誤差，設(shè)衛(wèi)星姿態(tài)控制精度為σrss，選取天線掃描范圍為-3σrss～3σrss時，能可靠捕獲到對方衛(wèi)星信號。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，在兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況下，獲取最大捕獲時間的方法為兩顆衛(wèi)星天線同時按相反方向進(jìn)行掃描，其中，如果兩顆衛(wèi)星天線指向角度的距離小于天線波束寬度的一半時，則為成功捕獲，掃描完整個不確定區(qū)域所需的時間為最大捕獲時間。

也就是說，計算兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況下能夠成功捕獲的最大時間的方法是兩顆衛(wèi)星天線同時按相反方向進(jìn)行掃描，當(dāng)兩顆衛(wèi)星天線指向角度的距離小于天線波束寬度的一半時，則為成功捕獲，掃描完整個不確定區(qū)域所需的時間為成功捕獲的最大時間。

具體而言，在本發(fā)明的實施例中，首先根據(jù)軌道預(yù)報選取合適的掃描參數(shù)，計算兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況下能夠成功捕獲的最大時間，然后天線按阿基米德螺線轉(zhuǎn)動進(jìn)行恒線速度掃描，若能在此時間內(nèi)成功捕獲則記錄捕獲時間，若不能則兩顆衛(wèi)星的天線按掃描線速度回到軌道預(yù)報的對準(zhǔn)位置，然后僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動掃描，可保證成功捕獲，比于傳統(tǒng)的僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動掃描的方案，可以大大縮短捕獲時間。

如圖2所示，下面對本發(fā)明實施例的工作原理進(jìn)行詳細(xì)描述。

軌道預(yù)報模塊100用于提供兩顆衛(wèi)星的實時位置信息，通過軌道預(yù)報可獲知天線對準(zhǔn)位置，但由于衛(wèi)星姿態(tài)控制精度以及天線轉(zhuǎn)軸機械設(shè)計誤差等因素，導(dǎo)致軌道預(yù)報的天線對準(zhǔn)位置并不完全精確，以下將軌道預(yù)報信息得到的天線對準(zhǔn)位置稱為零位。天線在不確定范圍內(nèi)進(jìn)行掃描的同時，衛(wèi)星的方位也在發(fā)生變化，可利用軌道預(yù)報在天線掃描時疊加上衛(wèi)星運動造成的方位角和俯仰角變化。

掃描參數(shù)設(shè)置模塊200主要包括：

掃描螺距設(shè)置：保證天線3db波束橫截面掃過的區(qū)域盡可能不重復(fù)也不遺漏待掃描的區(qū)域，如圖2所示。若衛(wèi)星天線直徑為lm，工作頻率為fhz的天線3db波束寬度為其中c為光速，可選取螺距這樣相鄰的兩個掃描跡線間剛好不會出現(xiàn)漏掃。

掃描線速度設(shè)置：在不影響衛(wèi)星姿態(tài)的條件下，并且使對方衛(wèi)星天線通過3db波束范圍內(nèi)的時間是信號接收處理所產(chǎn)生遲滯時間的2～3倍，天線掃描線速度v盡量大一些，這樣可以有效減小掃描時間。

掃描范圍設(shè)置：衛(wèi)星姿態(tài)不正會造成天線方位角和俯仰角誤差，必須考慮衛(wèi)星姿態(tài)控制精度的影響。線指向誤差主要來自衛(wèi)星姿態(tài)控制誤差，設(shè)衛(wèi)星姿態(tài)控制精度為σrss，選取天線掃描范圍為-3σrss～3σrss時，能可靠捕獲到對方衛(wèi)星信號，為使結(jié)果更準(zhǔn)確，可再略微擴大掃描范圍。

根據(jù)掃描參數(shù)以及軌道預(yù)報信息可計算兩顆衛(wèi)星天線同時按反方向轉(zhuǎn)動實現(xiàn)捕獲的最大時間，下面以構(gòu)型為24/3/2的walker星座為例對具體計算方法進(jìn)行說明：

此星座中一共有24顆衛(wèi)星、3個軌道面，每個軌道面上均勻分布8顆衛(wèi)星，衛(wèi)星距離地面800km，軌道傾角取55°。星座中所有衛(wèi)星天線參數(shù)相同，選取螺距d＝0.8°，天線掃描線速度為0.25°/s，掃描范圍為-7°～7°，以衛(wèi)星w11為中心(wij指第i個軌道平面的第j顆衛(wèi)星)，在軌道預(yù)報的基礎(chǔ)上，由于天線指向誤差，對方衛(wèi)星天線發(fā)出的信號在w11天線的掃描范圍內(nèi)隨機分布，以天線方位角和俯仰角來說明天線指向角度，設(shè)對方天線信號在w11天線坐標(biāo)系的方位角為az0、俯仰角為e0，以下簡稱目標(biāo)方位角和目標(biāo)俯仰角。

計算中需要將兩顆衛(wèi)星天線的運動統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下，選取w11天線坐標(biāo)系為統(tǒng)一坐標(biāo)系進(jìn)行運算，將對方衛(wèi)星天線的位置信息轉(zhuǎn)換到w11天線坐標(biāo)系。在兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況下，由于星座中所有衛(wèi)星天線參數(shù)相同，對方衛(wèi)星的天線的掃描方式與參數(shù)與w11天線相同。

w11天線采用阿基米德螺線恒線速度掃描的方程(x軸用α表示，y軸用β表示)為：

為減小漏掃區(qū)域和縮短捕獲時間，對方天線轉(zhuǎn)動的方向與w11天線轉(zhuǎn)動方向相反，同樣地，在對方衛(wèi)星天線坐標(biāo)系下，其方位角α2和俯仰角β2可表示為：

以方位角和俯仰角來表示天線指向的變化，不涉及z軸方向上的角度變化，在對方衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中對方衛(wèi)星天線指向坐標(biāo)為[α2β20]’，須進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，變換到w11的本體坐標(biāo)系下。變換過程如圖4所示。

其中將地心赤道坐標(biāo)系變換為質(zhì)心軌道坐標(biāo)系的步驟是：設(shè)地心軌道坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸分別為xe、ye、ze，質(zhì)心軌道坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸分別為xc、yc、zc，衛(wèi)星的緯度輻角、軌道傾角、升交點赤經(jīng)分別為u、i、ω，先將地心軌道坐標(biāo)系下的坐標(biāo)乘以z方向轉(zhuǎn)換矩陣(繞ze軸旋轉(zhuǎn)ω)，再乘以x方向轉(zhuǎn)換矩陣(繞xe軸旋轉(zhuǎn)i)，然后乘以z方向轉(zhuǎn)換矩陣(繞ze軸旋轉(zhuǎn)u)，最后乘以反向矩陣roo1?？傓D(zhuǎn)換矩陣為：

其中roo1為反向矩陣：

分別為：

將質(zhì)心軌道坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的方法是乘以衛(wèi)星姿態(tài)矩陣b，衛(wèi)星姿態(tài)矩陣b為：

其中為滾動角，θ為俯仰角，φ為偏航角。

據(jù)此可得到對方衛(wèi)星天線坐標(biāo)在地心赤道坐標(biāo)系中為：

再轉(zhuǎn)化到w11的衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中為：

在初始目標(biāo)方位角和俯仰角的基礎(chǔ)上須疊加對方衛(wèi)星天線同時進(jìn)行轉(zhuǎn)動掃描產(chǎn)生的坐標(biāo)變化[x1y1z1]'，因此對于w11，目標(biāo)方位角和俯仰角變化為：

若w11與對方衛(wèi)星是異軌衛(wèi)星，不是相對靜止的，每時每刻都在發(fā)生相對運動，則還應(yīng)考慮w11與對方衛(wèi)星的方位角、俯仰角在整個掃描過程中由于軌道運動產(chǎn)生的變化，可根據(jù)軌道預(yù)報在目標(biāo)方位角和俯仰角上疊加軌道運動產(chǎn)生的變化。

判定能否成功捕獲的依據(jù)為：當(dāng)w11天線指向與對方衛(wèi)星天線指向角度的距離小于或等于天線半波束寬度認(rèn)為w11成功捕獲到對方衛(wèi)星天線發(fā)射信號，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

目標(biāo)方位角azf和俯仰角ef在不確定范圍內(nèi)，以0.1°為步進(jìn)，遍歷整個不確定范圍，即可得到兩顆衛(wèi)星天線同時轉(zhuǎn)動的最大捕獲時間ts，在不確定范圍內(nèi)有一些區(qū)域在1000s內(nèi)都無法被掃描到，稱這些區(qū)域為漏掃區(qū)域，如圖5所示，在這種情況下，最大捕獲時間取掃描除漏掃區(qū)域之外的范圍所需時間。

設(shè)置定時器的定時時間為最大捕獲時間ts，當(dāng)兩顆同時開始轉(zhuǎn)動時進(jìn)行計時，并采用第一掃描策略模塊500的掃描策略，若在定時時間結(jié)束前兩顆衛(wèi)星的天線能夠成功捕獲，則記下此次所用的捕獲時間；若定時時間結(jié)束還未成功捕獲，則采用第二掃描策略模塊600的掃描策略。

第一掃描策略模塊500在定時器定時時間內(nèi)啟用，采用兩顆衛(wèi)星天線同時按相反的方向進(jìn)行掃描的策略，對方衛(wèi)星相對w11的初始目標(biāo)方位角和俯仰角為在不確定范圍內(nèi)的隨機數(shù)，w11與對方衛(wèi)星分別同時按相反的方向進(jìn)行阿基米德螺線掃描，根據(jù)上文提到的捕獲判定方法進(jìn)行捕獲，若捕獲成功，則兩顆衛(wèi)星的天線進(jìn)入跟蹤環(huán)節(jié)。由于存在漏掃區(qū)域，可能會出現(xiàn)捕捉不到的情況，若在定時器定時時間結(jié)束后還未捕獲對方天線信號，則進(jìn)入第二掃描策略模塊600。

第二掃描策略模塊600用于當(dāng)定時器時間結(jié)束后兩顆衛(wèi)星天線還未成功捕獲對方天線信號時，兩顆衛(wèi)星的天線按掃描線速度以直線回到軌道預(yù)報提供的當(dāng)前預(yù)設(shè)的對準(zhǔn)位置，然后采用僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動進(jìn)行掃描的策略，即按現(xiàn)有的天線掃描策略進(jìn)行掃描。判定能否成功捕獲的標(biāo)準(zhǔn)為：

采用僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動進(jìn)行掃描的策略可保證不存在漏掃的區(qū)域，即可成功捕獲對方天線信號。

對本發(fā)明實施例的星間鏈路天線掃描捕獲和傳統(tǒng)的星間鏈路天線掃描捕獲進(jìn)行仿真，得到最大捕獲時間與平均捕獲時間，結(jié)果如表1所示，相較于傳統(tǒng)捕獲策略，對同軌衛(wèi)星而言，平均捕獲時間減少了65.2％，對異軌衛(wèi)星而言，平均捕獲時間減少了41.1％?？梢钥闯?，本發(fā)明實施例可顯著減小平均捕獲時間。需要說明的是，表1為本發(fā)明實施例與傳統(tǒng)的僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動的捕獲策略所用最大捕獲時間與平均捕獲時間表。

表1

作出捕獲時間分布的頻數(shù)直方圖，如圖6所示。目標(biāo)方位角與俯仰角的總點數(shù)為19881個點，僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動時的捕獲時間在100s內(nèi)的只有5851個點，占29.4％，而本發(fā)明提供的捕獲方案在兩顆衛(wèi)星為同軌衛(wèi)星時，捕獲時間在100s內(nèi)的點有15513個點，即有77.6％的概率可在100s實現(xiàn)捕獲，在兩顆衛(wèi)星為異軌衛(wèi)星時，捕獲時間在100s內(nèi)的點也有10205個點，有51.3％的概率可在100s內(nèi)實現(xiàn)捕獲，可以看出本發(fā)明實施例在短時間內(nèi)實現(xiàn)兩顆衛(wèi)星天線信號的成功捕獲的概率更高，顯著地優(yōu)化了捕獲系統(tǒng)的性能。

根據(jù)本發(fā)明實施例提出的星間鏈路天線掃描捕獲裝置，充分利用軌道預(yù)報提供的信息，不但考慮兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況，并對只有一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動和兩顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動的兩種策略進(jìn)行評估，通過結(jié)合兩種掃描方式，從而有效減小捕獲時間，并提高在短時間內(nèi)捕獲成功的概率。

其次參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例提出的星間鏈路天線掃描捕獲方法。

圖7是本發(fā)明實施例的星間鏈路天線掃描捕獲方法的流程圖。

如圖7所示，該星間鏈路天線掃描捕獲方法包括以下步驟：

步驟s701，根據(jù)軌道位置信息預(yù)報天線參數(shù)，其中，天線參數(shù)包括天線指向方向以及天線方位角、俯仰角變化中的一種或多種。

步驟s702，根據(jù)天線參數(shù)得到掃描參數(shù)，其中，掃描參數(shù)包括掃描螺距、掃描線速度和天線掃描范圍中的一種或多種。

步驟s703，在兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向都轉(zhuǎn)動時，用于根據(jù)天線參數(shù)得到兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向轉(zhuǎn)動時掃描完整個不確定區(qū)域所需的時間。

步驟s704，限定兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動掃描的時間。

步驟s705，用于對兩顆衛(wèi)星天線按相反的方向轉(zhuǎn)動進(jìn)行掃描，并判定能否成功捕獲。

步驟s706，在最大捕獲時間內(nèi)兩顆衛(wèi)星天線不能成功捕獲時，兩顆衛(wèi)星天線按恒定的線速度回到軌道預(yù)報的對方天線的方向，并按僅一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動的方式進(jìn)行掃描，并判定能否成功捕獲。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取掃描螺距的標(biāo)準(zhǔn)為保證天線3db波束橫截面掃過的區(qū)域不重復(fù)也不遺漏待掃描的區(qū)域。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取掃描線速度的標(biāo)準(zhǔn)為在不影響衛(wèi)星姿態(tài)的條件下，使對方衛(wèi)星天線通過3db波束范圍內(nèi)的時間是信號接收處理所產(chǎn)生遲滯時間的預(yù)設(shè)倍數(shù)，以提高天線掃描線速度，并減小掃描時間。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，選取天線掃描范圍的標(biāo)準(zhǔn)為天線指向誤差為來自衛(wèi)星姿態(tài)控制誤差。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，在兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況下，獲取最大捕獲時間的方法為兩顆衛(wèi)星天線同時按相反方向進(jìn)行掃描，其中，如果兩顆衛(wèi)星天線指向角度的距離小于天線波束寬度的一半時，則為成功捕獲，掃描完整個不確定區(qū)域所需的時間為最大捕獲時間。

需要說明的是，前述對星間鏈路天線掃描捕獲裝置實施例的解釋說明也適用于該實施例的星間鏈路天線掃描捕獲方法，此處不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明實施例提出的星間鏈路天線掃描捕獲方法，充分利用軌道預(yù)報提供的信息，不但考慮兩顆衛(wèi)星天線都轉(zhuǎn)動的情況，并對只有一顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動和兩顆衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)動的兩種策略進(jìn)行評估，通過結(jié)合兩種掃描方式，從而有效減小捕獲時間，并提高在短時間內(nèi)捕獲成功的概率。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。