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1、上海航天AERoSPACESHANGHAI第32卷2015年第4期文章編號:1006—1630(2015)04—0026—03GEO衛(wèi)星軌道傾角漂移對天線指向的影響分析及調(diào)整策略黃霄騰,賈瀟,李峰,何偉平(北京空間信息中繼傳輸技術(shù)研究中心,北京100094)摘要:分析了GEO衛(wèi)星軌道傾角變化對天線指向的影響,根據(jù)天線增益特性和軌道傾角,給出了補(bǔ)償增益損失的長期偏置和連續(xù)偏置等姿態(tài)偏置策略。關(guān)鍵詞:地球靜止軌道衛(wèi)星;傾角漂移;星地鏈路;姿態(tài)偏置中圖分類號:V448文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AAnalysisonInfluenceandAdjustmentStrateg
2、yofGEOSatellite’SInclinationDriftonAntennaPointingHUANGXiao—teng,JIAXiao,LIFeng,HEWei—ping(BeijingSpaceInformationRelayTransmissionTechnologyResearchCenter,Beijing100094,China)Abstract:Theeffectoftheorbitinclinationdriftontheantennapointingwasanalyzedinthispaper.Theattitudeoffse
3、tstrategiesincludingthelongtermoffsetandcontinuousoffsetweregivenoutaccordingtotthecharacteristicsoftheantennagainandorbitinclination.Keywords:GEOsatellite;Inclinationdrift;Satellite-groundlink;Attitudeoffset0引言一般的靜止衛(wèi)星定點(diǎn)后,必須進(jìn)行東西和南北方向位置保持,將其星下點(diǎn)經(jīng)度和緯度控制在規(guī)定范圍內(nèi)(±0.o),以保證通信、衛(wèi)星安全等需要。通常
4、情況下,南北位置保持燃料消耗占整個(gè)衛(wèi)星壽命期總?cè)剂舷牡?0%以上[1]。因此,在不影響使用前提下許多靜止軌道衛(wèi)星在入軌初期及壽命后期采用傾斜軌道運(yùn)行策略,盡可能減少南北位置保持控制次數(shù),有效提高衛(wèi)星壽命和可用度。隨著軌道傾角增大,衛(wèi)星星下點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡“8”字隨之增大,衛(wèi)星與地面站之間的相對位置關(guān)系不斷變化口。]。這種位置關(guān)系變化將導(dǎo)致星地鏈路天線指向偏離地面站,引起天線增益損失,影響衛(wèi)星與地面的通信質(zhì)量。因衛(wèi)星一般具備滾動(dòng)、俯仰姿態(tài)長期或連續(xù)偏置能力,當(dāng)衛(wèi)星定點(diǎn)位置改變時(shí)可通過收稿18期:2014—03—26;修回日期:2014一08—28作者簡介:黃
5、霄騰(1980一),女,碩士,主要研究方向?yàn)樾l(wèi)星工程測控。滾動(dòng)、俯仰姿態(tài)偏置控制衛(wèi)星天線波束范圍始終覆蓋地面站口]。通常是在地面站出天線波束覆蓋范圍時(shí),直接調(diào)整星地鏈路天線波束中心指向地面站,以達(dá)到覆蓋要求。當(dāng)衛(wèi)星傾角較大時(shí),用該法會因調(diào)整次數(shù)變多而增加地面操作。本文根據(jù)天線增益特性和軌道傾角,給出了補(bǔ)償增益損失的姿態(tài)偏置策略。1星地鏈路天線指向當(dāng)僅考慮軌道傾角引起的經(jīng)度偏差時(shí),衛(wèi)星漂移軌跡在當(dāng)?shù)氐仄矫鎯?nèi)隨時(shí)間變化滿足△A一一0.25i2sin(2(£J。£);(1)A9一isin(oJ。£).(2)式中:i為衛(wèi)星軌道傾角;叫。為軌道角速度;出,△∞分
6、別為衛(wèi)星相對定點(diǎn)位置的經(jīng)度和緯度偏差¨2
7、。正常情況下,星地鏈路天線固定指向地面站。隨著傾角的不斷增大,衛(wèi)星星下點(diǎn)振蕩幅度也逐漸增大,天線指向也會隨之偏離地面站,如圖1所示。若指向偏差超過天線的半波束角,則無法正常實(shí)施第32卷2015年第4期黃霄騰,等:GEO衛(wèi)星軌道傾角漂移對天線指向的影響分析及調(diào)整策略星地測控、數(shù)傳。圈1墨地鏈路天線指向Fig.1Antennapointingofsatellite-groundlinks衛(wèi)星的位置速度矢量分別為r=[工Yz-];}=[仉口,口。];軌道根數(shù)為(口,P,i,力,∞,,),分別為L.o1J醫(yī)黑oi蘭。引
8、sin/2].(5)仰角口,偏航角妒,軌道系至衛(wèi)星本體系轉(zhuǎn)換矩陣r1oo]RBo=l0COS妒sin妒I×Lo—sin伊cos一㈠習(xí)p掣sin;].(6,一sin。Eo。].c8,圖2天線指向Fig.2Antennapointing設(shè)任意時(shí)刻t,星地鏈路天線波束中心指向地rsinE1]面站的理論矢量r1=ICOSE。sinAlI,則不考慮衛(wèi)Lco。E,。o。A1J星姿態(tài)時(shí),指向夾角可表示為(如圖3所示)叩≈arcc。s(黼)一arcc。s[sinEosinEl+COSAoCOSAlcos(Ao—A1)].(9)固3天線指向偏移Fig.3Antennap
9、ointingoffset由此產(chǎn)生的增益損耗L口一一12(,7/01/2)2;(10)01/2