[发明专利]一种保证月面无人自动采样任务可靠数传的天线控制方法

说明书

本发明提供了一种保证月面无人自动采样任务可靠数传的天线控制方法，能够保证快速指向时效性的“粗指向”，又能保证采样工作过程中高码速率精确指向的“精调整”，满足月面采样工作紧凑时序和天线高精度的控制要求。本发明实施“粗指向”+“精调整”的目标指向控制方法，从而解决月面无人自动采样过程中，能够在有限时间内以最短时间、最优路径完成对天线指向，可靠保证月面采样任务实施，对于月面/地外天体表面无人自动采样这类时序紧凑、数据传输要求高的任务的工程实施具有非常重要的意义。

技术领域

本发明涉及天线指向目标控制技术领域，具体涉及一种保证月面无人自动采样任务可靠数传的天线控制方法。

背景技术

月面无人自主采样任务包括钻取采样及封装和表取采样及封装两大部分工作，在每次进行采样动作前，对采样目标区域地形地貌及月壤环境进行确认是实施采样工作的基础；在实施采样工作过程中，需要对采样状态进行全程可监控，确保采样点选取、目标点取样、样品转移、样品放样等全过程有可视图像；在完成采样动作后，需要对样品舱内样品状态、样品封装状态进行确认，同时还需要保证采样机构转移至避让位置，确保后续月面起飞等动作不受干涉影响。因此，能够在月面采样任务中始终保障可靠数传，即要保证航天器数传天线对地面测控站的高码速率可靠通信，是确保整个任务成功的关键环节。落实到具体实施层面，是能够保障对地实施数据传输的高增益数传天线可以快速、精确指向目标测站，从而确保采样前、采样中、采样后、起飞前全程器-地间数传链路可靠不间断、月面工作状态可控。

然而，月面无人自主采样、地外天体无人自主采样任务通常存在器地通信时延较大的问题。同时，由于需要地面实时进行采样点状态确认，要求频繁器-地交互，以及考虑采样工作故障紧急应对策略实施的情况，采样过程中数据传输实时性要求非常高。

传统的航天器在轨飞行实施对地数传通常根据目标测站相对航天器方位实时计算指向，对于月面探测任务，通常在航天器着陆后，在已知月面着陆位置及着陆姿态偏差的情况下，实时计算目标指向角度并驱动天线机构运动至目标角。这种方法受到航天器定位测量、着陆姿态确定等测量输入以及机构运动时间的时间影响较大、时效性差，难以满足月面采样工作程序紧凑的时序要求。此外，还有航天器任务采用上注星历的方法自主完成天线对目标测站的指向计算，这种方式要求航天器导航与控制系统具有较高自主控制能力，能够根据星历反演与地面目标测站的相对关系，同时要求将天线驱动机构引入闭环控制。由于天线指向为航天器自主控制实现，这种方法受上注星历精度和航天器控制中心计算精度影响较大，容易因天线未正确指向、未及时指向目标而导致数据传输中断，严重影响月面采样工作实施。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种保证月面无人自动采样任务可靠数传的天线控制方法，能够保证快速指向时效性的“粗指向”，又能保证采样工作过程中高码速率精确指向的“精调整”，满足月面采样工作紧凑时序和天线高精度的控制要求。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

本发明的一种保证月面无人自动采样任务可靠数传的天线控制方法，包括如下步骤：

步骤1，根据月面采样航天器着陆后定位结果及任务需求，确定指向目标地

面测控站；

步骤2，根据月面无人自动采样任务预选着陆点的月面位置和着陆姿态偏差范围，确定天线双轴运动包络范围：方位轴为(α_min，α_max)，俯仰轴为(β_min，β_max)；

步骤3，根据天线双轴运动包络范围，采用“栅格划分”确定出几组用于实施“粗指向”的天线目标转角数据，生成“角度预选数据库”；

步骤4，确认航天器着陆后，根据实际着陆时间、着陆初步定位以及姿态确定结果检索“角度预选数据库”，确定天线对目标测站粗指向预设置方位角和俯仰角；

步骤5，根据月面采样时序设计，确定天线对目标测站指向时机；