[发明专利]一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法

权利要求书

1.一种静轨遥感卫星数传天线高精度实时对地指向控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(一)、计算地面站T点在地固坐标系中的精确位置

测量得到地面站T点的经度为λ，纬度为建立地固坐标系，计算地面站T点在地固坐标系中的坐标

式中，为地面站T点所在地心纬度的局部地球半径；

式中，R_E为地球赤道半径；

f_E为地球扁率；

步骤(二)、建立惯性坐标系和轨道坐标系，计算t时刻，惯性坐标系到轨道坐标系的转换矩阵C_oi；

S21：测量得到卫星在t时刻在惯性坐标系下的位置r和速度v；

S22：计算惯性坐标系下的卫星在轨道坐标系中的三个方向矢量u_x、u_y和u_z；得到惯性坐标系到轨道坐标系的转换矩阵

步骤(三)、建立卫星本体坐标系和东南坐标系；测量得到t时刻卫星在东南坐标系中的偏置滚动角为俯仰角为θ_bd；计算东南坐标系到卫星本体坐标系的姿态转换矩阵C_bd；计算轨道坐标系到东南坐标系的转换矩阵C_do；计算地固坐标系到惯性坐标系的转换矩阵C_im；计算地面站T点在本体坐标系下的位置矢量

步骤(四)、建立卫星天线方向角与地面站经纬度映射关系

S41：建立卫星天线控制坐标系和卫星天线坐标系；

S42：预先设定天线坐标系在本体系下的转换参数为p、天线转动控制坐标系相对于天线坐标系的转换参数为q；根据步骤(一)中地面站T点的经度为λ，纬度为计算天线的方向角实现天线实时对地面站的精确指向控制；

所述步骤(一)中，地固坐标系的建立方法为：原点O1为地球质心，X1轴固定地指向格林尼治子午线方向，Z1轴为地球自转轴并指向北极，Y1轴根据右手法则确定；

所述步骤(二)中，惯性坐标系的建立方法为：原点O2为地球质心，X2轴指向春分点，Z2轴为地球自转轴并指向北极，Y2轴根据右手法则确定；

轨道坐标系的建立方法为：原点O3为卫星质心，Z3轴为卫星质心到地心，X3轴为航天器的速度方向，Y3轴根据右手法则确定；

所述步骤(二)S22中，惯性坐标系下的卫星在轨道坐标系中Z3方向矢量惯性坐标系下的卫星在轨道坐标系中Y3方向矢量惯性坐标系下的卫星在轨道坐标系中X3方向矢量u_x＝u_y×u_z；

所述步骤(三)中，卫星本体坐标系的建立方法为：原点O4为卫星质心，X4轴垂直星箭分离面，沿卫星的纵轴方向；Z4轴在星箭分离面内，指向卫星对地面，Y4轴与X4、Z4构成右手坐标系；

东南坐标系的建立方法为：原点O5为卫星质心，Z5轴为卫星质心到地心，X5轴指向轨道平面内的正东方向，Y5轴根据右手法则确定；

所述步骤(三)中，东南坐标系到卫星本体坐标系的姿态转换矩阵C_bd的计算方法为：

轨道坐标系到东南坐标系的转换矩阵C_do的计算方法为：

式中，ξ＝tan^-1(cos(u)tan(i))，u为纬度幅角，i为轨道倾角；

地固坐标系到惯性坐标系的转换矩阵C_im的计算方法为：

式中，GST为格林尼治恒星时角；

所述步骤(四)中，卫星天线控制坐标系的建立方法为：卫星天线由两个电机驱动；坐标原点O6为馈源面中心点，坐标系Z6为天线波束中心线的方向，X6轴为其中一个电机转动轴方向，Y6轴为另一个电机转动轴方向；

卫星天线坐标系的建立方法为：坐标原点O7为天线在卫星上安装点，X7轴天线展开臂方向，Z7轴垂直于展开轴安装面向外，Y7轴按右手法则确定；

所述步骤四的S42中，天线方向角的计算方法为：