用户星星间链路天线指向控制系统试验研究

仿真验证是设计控制器的重要一环。设计的用户星天线指向控制系统的半物理仿真试验系统是由天线样机及其驱动器、xPC实时仿真平台、图像处理计算机和中继卫星模拟器组成。中继卫星模拟器是试验系统的关键,基于用户星对中继卫星的跟踪规律,设计中继卫星模拟器。试验结果说明该试验系统有助于工程设计用户星天线指向控制系统。     

基于ESO的用户星天线跟踪指向控制技术

基于独特的非线性扩张状态观测器(ESO),提出了一种用户卫星天线跟踪指向控制系统。该系统由程序跟踪内环和自动跟踪外环组成。内环控制器由三阶ESO、线性比例微分控制律和静态解耦律组成。外环控制器为一简单的积分控制器。ESO能够在不依赖天线模型的情况下估计出系统状态和总扰动(称为扩张状态)。利用该扩张状态实现动态反馈补偿,则天线系统被简化为解耦的积分系统。基于ESO设计天线控制系统,无需精确的用户卫星天线模型。仿真结果表明,提出的天线控制系统具有较高的跟踪指向性能和对干扰和不确定性具有较强的鲁棒性。     

用户星姿态对中继终端天线跟踪的影响

用户星姿态对中继终端天线跟踪的影响主要在两个方面：姿态角误差对指向误差的影响和姿态角、姿态角速度对指向角速度的影响。文章首先引入了欧拉轴／角的姿态表示方法,然后根据欧拉轴与指向向量间的位置关系求得了姿态角误差所引起的天线理论最大指向误差,在此基础上,不考虑最大值取值条件的情况下,进一步求得姿态角速度所引起的天线理论最大指向角速度;接着,以常用中继终端天线的安装位置为例,求出了天线指向角速度与用户星姿态角、姿态角速度的数学表达式,这样便于分析各种情况下用户星姿态对天线指向角速度的影响;最后,借助于STK仿真软件进行了仿真验证,[JP2]仿真结果验证了上述结论的正确性。结论表明：天线理论最大指向误差除了与姿态角误差有关外,还受滚动姿态角的影响;天线指向角速度同时由姿态角、姿态角速度和天线指向角度确定。[JP]     

基于用户星地固系位置速度数据的GEO终端天线指向算法

文章通过用户星地固系位置、速度数据和GEO卫星6根轨道参数,在星载控制器上计算用户星GEO终端天线的指向角度。该算法已在星上成功应用,指向精度和运算速度满足星上使用要求。     

我国TDRS天线捕获跟踪指向系统设计中的几个问题

跟踪与数据中继卫星系统（ＴＤＲＳＳ）星间链路中最重要的一个问题是ＴＤＲＳ星上天线捕获跟踪指向系统的开发研究。本文在文献「２」「３」「４」的基础上,提出了中国实验跟踪与数据中继卫星（ＣＴＤＲＳ）天线捕获跟踪系统设计中的几个问题进行分析。     

中继星天线程控指向用户星的方位角和俯仰角计算

文章在假设了中继星平台姿态坐标系和中继星天线坐标系条件下,叙述由中继星及用户星轨道根数求得中继星天线程控指向用户星的方位角和俯仰角的方法。     

星间链路天线扫描捕获方法

文章提出一种适合中继星星间链路天线的恒线速度螺旋扫描捕获方法。推导出了扫描轨迹方程、天线方位转角及俯仰转角的数学表达式,论证了此方法的天线方位角速度幅值及俯仰角速度幅值变化很小,且近似等于扫描轨迹线速度,叙述了扫描参数选择等。该方法的优点是:轨迹方程简单,螺距相等,易于实现全覆盖扫描;扫描螺旋线平滑且线速度恒定,这既对卫星姿态冲击影响小,又有利于对目标信号的发现与捕获。     

中继卫星正常模式星体和天线两级控制耦合动力学初步仿真

重点研究了中继卫星星体和天线两级控制之间的动力学耦合影响问题。首先建立了飞轮控制柔性卫星动力学模型,并通过模态分析和柔性动力学计算给出了各类动力学参数;然后重点对星体和天线两级控制系统进行了描述及其控制器设计,并针对同步轨道飞轮正常工作模式按单、双天线跟踪或回扫工况进行了耦合动力学仿真;最后根据仿真数据和曲线进行了结果分析,给出了初步结论。     

卫星光通信终端二维转台运动参量对天线指向影响研究

二维转台与卫星平台间的耦合运动，是影响卫星光通信终端天线指向控制的重要因素。在耦合动力学模型基础上，研究了二维转台不同运动参量对光通信终端天线指向偏差的影响。分析结果表明：在耦合动力学环境下，光束指向偏差随二维转台转动成规律性变化；当方位轴、俯仰轴转角θh、θv分别为（π，0）、（-π，0）时，指向偏差出现最大值；随二维转台转动时间的增加，天线指向偏差略有增加，转动时间由10s增加到1000s时增幅仅为1％。其结果为补偿耦合运动影响，保证天线指向控制精度，提高卫星光通信终端星上应用的稳定性打下基础。     

用户星对中继卫星的跟踪规律研究

根据中继卫星系统中用户星跟踪中继卫星的要求，定义了用户星天线坐标系，推导出了用户星天线对中继卫星的跟踪规律。通过该跟踪规律可以推出用户星天线跟踪中继卫星的跟踪角度、角速度和角加速度。同时，在给定系统一定初始条件的情况下，利用该跟踪规律分别推出了用户星最大跟踪角度和角速度与用户星轨道高度和用户星轨道倾角之间的关系。最后利用STK(Satellite Tool Kit)对该跟踪规律进行了间接验证。     

地球同步卫星轨道漂移对天线指向的影响分析

位于地球同步轨道的卫星由于受各种空间因素的影响,其运行轨道会随时间逐渐偏离地球赤道面．轨道倾角由0°逐渐增大。这种轨道倾角漂移会导致对地通信的固定波束天线指向偏离地面站,引起天线指向失配误差,造成通信质量下降甚至丧失。文章分析了轨道漂移对天线指向的影响,并给出了天线指向调整的策略。     

星间链路角跟踪系统校相分析

中继星和用户星之间的Ka天线角跟踪系统是最典型的星间链路角跟踪系统。文章叙述了用户星角跟踪系统校相指标要求,分析了角误差电压的交叉耦合,简述了校相方案。     

数据中继卫星系统的研制与分析

在简述数据中继卫星系统发展历史的基础上,论述了它的突出优点和相应的对用．户航天器的要求,重点剖析了研制中继卫星带来的共性难点和在总体设计上的特殊性,介绍了中国数据中继卫星的发展历程、应用范围,并对我国数据中继卫星的发展进行了展望。     

在轨地球同步卫星地球敏感器干扰及指向计算

从工程应用角度,基于太阳、月球位置和卫星轨道根数推导了太阳和月球对地球同步轨道卫星红外地球敏感器干扰的计算公式及预报方法,同时给出了安全模式下卫星Z轴跟踪太阳时星上天线指向变化的计算模型。计算结果和卫星下传遥测数据验证了方法的正确性,可用于实际卫星管理。     

星载天线指向机构的润滑

空间机械的润滑不同于地面设备,星载天线指向机构更有其本身的特点,应针对天线指向机构不同组件的工作特点选择最适合的润滑方式。文章对目前空间机械常用的几种润滑方式的机理和优缺点进行了综述,指出了天线指向机构润滑设计应考虑的问题和不同组件可采取的润滑措施。     

卫星大型挠性天线弹性振动抑制的研究

论文从工程实践角度探讨了具有大尺寸（直径几米～几十米）和高精度（０．０５°）的挠性天线指向控制问题。在借鉴和改进有关抑制挠性天线弹性振动研究的基础上，初步设计了星—地回路的挠性天线指向控制方案。最后，通过分析数值仿真结果，给出了提高挠性天线指向精度的主要因素。     

导航卫星天线相位中心及时延测试

导航卫星天线的相位中心及时延稳定度测试准确与否直接关系到导航定位系统的测距精度,最终影响到系统的定位精度。文章从天线相位中心和天线时延定义出发,提出了天线相位中心及天线时延稳定度的测试方法,并给出了相应的测试结果,为下一步的深入研究提供理论和试验基础。