[发明专利]深空探测器测控天线安装指向优化方法

说明书

本发明涉及一种深空探测器测控天线安装指向优化方法，包括步骤：a.对每个测站n测控弧段内的各采样i，确定探测器至测站的单位向量在探测器本体坐标系下的投影k_xn(i)，k_yn(i)，k_zn(i)；b.构建N个测站测控弧段内，探测器至测站的方向矩阵K；c.采用斐波那契网格在球面上取M个坐标点，基于M个点的三维坐标，构建指向搜索矩阵S；d.基于方向矩阵K和搜索矩阵S，计算每一个搜索方向与测控弧段内探测器指向测站的方向的夹角；e.获取每一个搜索方向与测控弧段内探测器指向测站的方向的夹角的总和，总和最小的搜索方向为探测器测控天线在其本体坐标系下的最佳安装指向。根据本发明的方法，可使探测器测控天线工作在增益较大的锥角范围，获得更好测控通信质量。

技术领域

本发明涉及航天测控技术领域，尤其涉及一种面向测控需求的深空探测器测控天线安装指向优化方法。

背景技术

在深空探测任务中，上下行测控链路是连接地面与深空探测器的唯一通道。稳定的遥控、遥测以及高精度的外测等均依赖于高质量的测控链路，而深空探测器的测控天线是测控链路中的关键环节。

目前，常见的深空探测器测控天线均为全向天线，可以保证在较大的锥角范围内具有不错的天线增益，以适应测控任务中不同角度下的地基测控。除测控天线本身的设计外，其在深空探测器上的安装指向同样会对测控效果带来显著的影响。如果安装指向不当，器上测控天线对地测控的方向总是偏离其视轴方向，此时测控天线带来的实际天线增益就会明显小于其视轴方向的最大增益。偏离视轴方向越远，实际增益降低越多，在±90°方向上甚至可超过10dB。虽然在深空探测器的总体设计中，通常会考虑较恶劣的情形进行相关指标设计，但这相应地增加了设计成本，降低了总体效能。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种面向测控需求的深空探测器测控天线安装指向优化方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种深空探测器测控天线安装指向优化方法，其特征在于，待优化的测控时段内有N个测站开展观测，对第n个测站的测控弧段，以dt为采样间隔的探测器轨道为R_n(i)、本体坐标系O_b-X_bY_bZ_b三轴指向为e_xn(i)-e_yn(i)-e_zn(i)、测站位置为r_n(i)；其中，n＝1，2，...，N；i为采样编号，i＝1，2，...，I_n，I_n为第n个测站测控弧段内的采样数总和；

所述优化方法包括以下步骤：

a.对每个测站n测控弧段内的各采样i，确定探测器至测站的单位向量在探测器本体坐标系下的投影k_xn(i)，k_yn(i)，k_zn(i)；

b.构建N个测站测控弧段内，探测器至测站的方向矩阵K；

c.采用斐波那契网格在球面上取M个坐标点，基于M个点的三维坐标，构建指向搜索矩阵S；

d.基于方向矩阵K和搜索矩阵S，计算每一个搜索方向与测控弧段内探测器指向测站的方向的夹角；

e.获取每一个搜索方向与测控弧段内探测器指向测站的方向的夹角的总和，总和最小的搜索方向为探测器测控天线在其本体坐标系下的最佳安装指向。

根据本发明的一个方面，在所述a步骤中，确定探测器至测站的单位向量在探测器本体坐标系下的投影k_xn(i)，k_yn(i)，k_zn(i)的公式如下：

根据本发明的一个方面，在所述b步骤中，探测器至测站的方向矩阵K为：