[发明专利]一种跟踪线极化卫星穿越赤道通信不中断控制方法

说明书

技术领域

本发明属于航天测控技术之自动控制领域，涉及卫星通信中地面站天线极化面控制技术，尤其涉及一种跟踪线极化卫星穿越赤道通信不中断控制方法。

背景技术

电磁波的极化是指在空间任一固定点上波的电场矢量空间取向随时间变化的方式。波的极化有三种，如果电场的矢端轨迹为直线，波为线极化波；如果电场的矢端轨迹为圆，波为圆极化波；如果电场的矢端轨迹为椭圆，波为椭圆极化波。线极化和圆极化是椭圆极化的特例，因此三种形式的极化均可用椭圆极化来表示。为了实现极化复用，线极化又可进一步分为水平极化和垂直极化。天线的极化由其辐射的电磁波的极化来确定。

卫星信号的极化与地面接收天线的极化定义基准不同，其中卫星信号的极化定义以卫星轴系为基准，而地面接收天线的极化定义以地平面为基准。卫星通信中为便于分析，通常认为天线波束中心与星下点重合，此时卫星发射信号到达地面站的水平极化方向定义为，垂直于电波的传播方向，并且与赤道平面平行；其垂直极化方向定义为，垂直于电波的传播方向，并且与波束中心轴线和地球地轴所构成的平面平行。地面站天线的水平极化方向定义为，垂直于电波的传播方向，并且平行于地面站的地平面；而其垂直极化方向定义为，垂直于电波的传播方向，并且与电波传播方向和地面站当地的铅垂线所构成的平面平行。直观地说，地面站天线的水平极化、垂直极化方向分别与馈线矩形波导口的窄边和宽边平行。

当地面站天线对准卫星时，卫星发射信号的水平极化方向与地面站天线的水平极化方向之间的夹角称为线极化偏转角，简称线极化角。设地球同步卫星星下点经度L_S，地面站经度为L_E、纬度为Φ，其中东经、北纬取正，西经、南纬取负，则该地面站相对卫星的线极化角θ表示为：

tanθ＝sin(L_E-L_S)/tanΦ…………………………………(1)

按照公式(1)，线极化角取值范围为-90°～+90°，在卫星覆盖范围内，以星下点为原点，以赤道向东为+x方向，过星下点子午线向北为+y方向，将地球表面分为四个象限，则1、3象限内极化角为正，2、4象限内极化角为负，y轴上极化角处处为0°，x轴上极化角为90°。正常情况下，为降低信号损耗，地面站通过馈线系统中的线极化面调整机构，以馈源中心轴为中心，沿天线指向卫星的方向看去，顺时针方向旋转角度θ(θ有正负)，使进入馈线矩形波导的信号极化方向与矩形波导的窄边或宽边平行，实现极化匹配。

传统的卫通天线极化面调整范围一般根据线极化角理论值设计为-90°～+90°，对于固定站和陆上移动站而言，能够满足使用需求。但对于远洋船舶等需在全球范围内大面积机动的移动地面站而言，采用上述传统设计，在穿越赤道时因极化角发生180°变化，天线极化面需随之反转180°，调整过程中会引起通信中断数分钟，尤其是执行特殊任务的远洋船舶使用线极化通信卫星长时间在赤道附近移动时，更容易出现天线极化面的频繁反转而引起通信中断的问题，从而严重影响任务完成的质量。现有技术中没有解决此问题保证穿越赤道时不出现通信中断的方法，为了解决该问题，人们亟待找到合适的方法。

发明内容

本发明针对航天测量船出海使用线极化通信卫星多次在赤道附近遇到的问题开展研究，为了有效解决卫星通信中移动地面站因穿越赤道所引起的通信中断问题，提高动载体在赤道附近执行任务的能力，在现有技术的基础上，提出了一种切实有效、实用性高的跟踪线极化卫星穿越赤道通信不中断控制方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种跟踪线极化卫星穿越赤道通信不中断控制方法，它由如下两个部分组成：

1)调整并定义天线极化面调整机构转动范围