一種深空領(lǐng)域定向天線盲捕方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種深空領(lǐng)域定向天線盲捕方法，涉及深空探測(cè)領(lǐng)域。首先確定標(biāo)稱的定向天線目標(biāo)位置作為盲捕的起始點(diǎn)為(A，E)，同時(shí)確定方位角范圍和俯仰角范圍；然后選取依步長(zhǎng)選取在俯仰角范圍內(nèi)選取固定點(diǎn)，固定點(diǎn)處控制定向天線在整個(gè)方位角范圍內(nèi)捕獲信號(hào)，獲得能夠捕獲到信號(hào)的固定點(diǎn)Et后進(jìn)行第一次精捕：Et不動(dòng)，方位角以固定補(bǔ)償在其范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)行信號(hào)捕獲，捕獲到滿足鏈路接收解調(diào)要求的信號(hào)則輸出，若不活不到，則選取信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)對(duì)應(yīng)方位角At’開始進(jìn)行第二次精捕：控制At’不變，俯仰角由Et開始以1°為步長(zhǎng)進(jìn)行信號(hào)捕獲，若捕獲到的滿足要求的信號(hào)則輸出，若不能則重復(fù)本方法直至有信號(hào)輸出。
【專利說(shuō)明】一種深空領(lǐng)域定向天線盲捕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及深空探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種定向天線盲捕實(shí)現(xiàn)地面捕獲的控制算法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，地球航天器大多有專門的天線捕獲跟蹤系統(tǒng)調(diào)整天線指向以確保精確指向目標(biāo)點(diǎn)位置。深空探測(cè)器由于距離地球遙遠(yuǎn)，通信時(shí)延長(zhǎng)，對(duì)地指向變化緩慢，地面可視弧段有限，探測(cè)器自行進(jìn)行地球捕獲效率較低。同時(shí)，出于資源節(jié)省的角度考慮，有些深空探測(cè)器甚至不配備天線捕獲跟蹤分系統(tǒng)，而全權(quán)由地面指令進(jìn)行控制，在深空探測(cè)器正常工作的情況下，地面只需定期對(duì)天線進(jìn)行角度調(diào)整即可，若由于定向天線指向偏差導(dǎo)致深空探測(cè)器的通信故障，導(dǎo)致地面無(wú)法獲知準(zhǔn)確探測(cè)器姿態(tài)、位置，此時(shí)則需要設(shè)計(jì)一種天線盲捕策略解決該問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種深空定向天線盲捕方法，能夠由地面控制實(shí)現(xiàn)天線對(duì)地球的捕獲，最大限度減少捕獲的時(shí)間，且工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單易行。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]第一步、確定盲捕的起始點(diǎn)為(A，E)，其中A為標(biāo)稱的定向天線目標(biāo)方位角，E為標(biāo)稱的定向天線目標(biāo)俯仰角。
[0006]第二步、確定方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為A_Af°~A+Af°和俯仰角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為E_Ef°~E+Ef°，其中Af為方位角最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度，Ef為俯仰角最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
[0007]第三步、由起始點(diǎn)(A, E)開始進(jìn)行粗捕:在俯仰角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)以設(shè)定的俯仰角檢測(cè)步長(zhǎng)Estep選取俯仰角固定點(diǎn)，在每個(gè)俯仰角固定點(diǎn)處，控制定向天線以方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為路徑，進(jìn)行信號(hào)捕獲，直至在一俯仰固定點(diǎn)Et的路徑處捕獲到信號(hào)；設(shè)定的俯仰角檢測(cè)步長(zhǎng)Estep = 2 0-1°，其中Θ為定向天線的半錐面波束角。
[0008]第四步、進(jìn)行第一次精捕:固定俯仰角為Et不動(dòng)，方位角在其方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)以設(shè)定的方位角檢測(cè)步長(zhǎng)Astep轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)行信號(hào)捕獲，如捕獲到信號(hào)且信號(hào)強(qiáng)度滿足鏈路接收解調(diào)要求，則輸出該信號(hào)，本方法結(jié)束，若信號(hào)強(qiáng)度不滿足鏈路接收解調(diào)要求，則選取信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)對(duì)應(yīng)方位角At’ ；設(shè)定的方位角檢測(cè)步長(zhǎng)Astep= Θ-1.。
[0009]第五步、由(At’，Et)開始進(jìn)行第二次精捕:控制方位角At’不變，俯仰角由Et開始以1°為步長(zhǎng)進(jìn)行信號(hào)捕獲，若捕獲到的信號(hào)強(qiáng)度滿足鏈路接收解調(diào)要求，則輸出該信號(hào)，本方法結(jié)束，若不能捕獲到滿足鏈路接收解調(diào)要求的信號(hào)，則重復(fù)本方法直至有信號(hào)輸出。
[0010]進(jìn)一步地，第三步中控制定向天線的以方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為路徑，進(jìn)行信號(hào)捕獲時(shí)采用幾字形路徑，則該步驟中由起始點(diǎn)(A，E)開始進(jìn)行粗捕的過(guò)程具體分為如下步驟:
[0011]步驟301、令m取值為I ;
[0012]步驟302、控制定向天線按照直線路徑由(A，E)轉(zhuǎn)動(dòng)至(A+mAf°，E)并進(jìn)行掃描，若檢測(cè)到信號(hào)，則令Et = E，粗捕過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入第四步，否則進(jìn)入步驟303 ；
[0013]步驟303、令η= I;
[0014]步驟304、控制定向天線由(A+mAf°，E+mnEstep° )轉(zhuǎn)到(A_mAf°，E+mnEstep° ),若在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中檢測(cè)到信號(hào)，則令η’ = n,Et = E+n’Estep°，粗捕過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入第四步，否則進(jìn)入步驟305 ；
[0015]步驟305、定向天線由(A-mAf°，E+mnEstep° )轉(zhuǎn)到(A_mAf°，E+m(n+l)Estep° );
[0016]步驟306、控制定向天線由(A-mAf°，E+m(n+l)Estep° )轉(zhuǎn)到(A+mAf°，E+m(n+l)Estep° )，若在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中檢測(cè)到信號(hào)，則令η’ = m(n+l) ,Et = E+n’ Estep°，粗捕過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入第四步，否則進(jìn)入步驟307 ；
[0017]步驟307、n自增1，判斷nEstep° > Ef是否成立，若不成立返回步驟304，若成立且m取值為I，則令m取-1，返回步驟302，若成立且m取值為-1，則返回步驟301。
[0018]進(jìn)一步地，第四步中選取信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)對(duì)應(yīng)方位角At’的具體方法為:令k從I開始尋找，直至獲得正整數(shù)k，使得在(At-kAstep，Et)、(At-(k+1)Astep, Et)以及(At-(k_l)Astep, Et)處均捕獲到信號(hào)，且三處中(At-kAstep，Et)信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)，則At’ = At-kAstep，其中At= A+Af°，若不存在滿足條件的k，則以(A+Af°，Et)為第一次精捕的起始點(diǎn)，按照步長(zhǎng)Astep對(duì)A+Af°進(jìn)行遞減直至達(dá)到A-Af°，該過(guò)程中，對(duì)于每一個(gè)方位角均檢測(cè)獲取信號(hào)強(qiáng)度，將信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)對(duì)應(yīng)方位角作為At’。
[0019]有益效果:
[0020]1、本發(fā)明所提供的一種深空定向天線盲捕方法用于在深空探測(cè)器在不能獲取自身的準(zhǔn)確位置和姿態(tài)的情況下，由地面控制的方式建立對(duì)地?cái)?shù)傳信道，實(shí)現(xiàn)天線對(duì)地球的捕獲，本發(fā)明通過(guò)粗捕和精捕的步驟最大限度地減少了捕獲的時(shí)間，整個(gè)捕獲過(guò)程簡(jiǎn)單易行。
[0021]2、本發(fā)明同時(shí)提供了采用幾字形路徑進(jìn)行粗捕的方法，該幾字形路徑能夠很好地覆蓋所有俯仰固定點(diǎn)處路徑，而且路徑規(guī)劃合理，沒有冗余路徑，能夠進(jìn)一步節(jié)省粗捕時(shí)間，提聞捕獲效率。
[0022]3、在第一次精捕的過(guò)程中，若不能獲取滿足鏈路接收解調(diào)要求的信號(hào)，則需要獲取所有依據(jù)步長(zhǎng)劃分的方位角檢測(cè)點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度才能進(jìn)一步獲取信號(hào)最強(qiáng)點(diǎn)，在本方法中提供了一種獲取信號(hào)最強(qiáng)點(diǎn)的方法，由該方法獲得第二次精捕的起始點(diǎn)，不僅能夠滿足第二次精捕的要求，同時(shí)節(jié)省了尋找該起始點(diǎn)的時(shí)間，進(jìn)一步提高了盲捕效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為粗捕路徑不意圖；
[0024]圖2為定向天線盲捕流程簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026]一種深空領(lǐng)域定向天線盲捕方法，該方法包括如下步驟:
[0027]第一步、根據(jù)深空探測(cè)器的標(biāo)稱著陸點(diǎn)位置、著陸時(shí)刻以及著陸姿態(tài)，計(jì)算獲得標(biāo)稱的定向天線目標(biāo)方位角A，目標(biāo)俯仰角E ；[0028]第二步、以定向天線的對(duì)地指向區(qū)域的中心點(diǎn)位置作為起始點(diǎn)，控制定向天線指向目標(biāo)方位角A和目標(biāo)俯仰角E ;根據(jù)對(duì)著陸姿態(tài)和著陸點(diǎn)區(qū)域的分析，獲得方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍A-Af°~A+Af°，其中Af為俯仰角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍E-Ef°~E+Ef°，其中Af為方位角最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度，Ef為俯仰角最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度；
[0029]第三步、為了能夠在地面發(fā)現(xiàn)定向天線的下行信號(hào)，則需要進(jìn)行定向天線對(duì)地球站的初步定位，粗捕過(guò)程即是該初步定位的過(guò)程。
[0030]本步驟中采用直線路徑方式進(jìn)行粗捕，由起始點(diǎn)(A, E)開始,在俯仰角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)以設(shè)定的俯仰角檢測(cè)步長(zhǎng)Estep選取俯仰角固定點(diǎn)，在每個(gè)俯仰角固定點(diǎn)處，控制定向天線的以方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為路徑，進(jìn)行信號(hào)捕獲，直至在一俯仰固定點(diǎn)Et的路徑處捕獲到信號(hào)。其中設(shè)定俯仰角檢測(cè)步長(zhǎng)Estep = 2 Θ-1°，其中Θ為定向天線的半錐面波束角。該步長(zhǎng)以半錐面波束角為依據(jù)設(shè)定，能夠在保證捕獲精度的前提下，節(jié)省時(shí)間，提高效率。
[0031]粗捕過(guò)程中，地面控制定向天線在每一個(gè)俯仰固定點(diǎn)的路徑上以高轉(zhuǎn)速進(jìn)行掃描，地面站在盲捕過(guò)程中，采用頻譜儀等設(shè)備進(jìn)行輔助信號(hào)觀察，配合器上天線掃描過(guò)程進(jìn)行信號(hào)搜索捕獲。
[0032]為了節(jié)省粗捕的時(shí)間，本實(shí)施例中在粗捕的過(guò)程中采用幾字形路徑，具體如圖2所示，幾字形路徑能夠很好地覆蓋所有俯仰固定點(diǎn)處路徑，而且路徑規(guī)劃合理，沒有冗余路徑，節(jié)省粗捕時(shí)間，該幾字形路徑的具體過(guò)程如下:
[0033]步驟301、令m取值為I ;
[0034]步驟302、控制定向天線按照直線路徑由(A，E)轉(zhuǎn)動(dòng)至(A+mAf°，E)并進(jìn)行掃描，若檢測(cè)到信號(hào)，則令η’ = O, Et = Ε，粗捕過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入第四步，否則進(jìn)入步驟303 ；
[0035]步驟303、令 η = I ;
[0036]步驟304、控制定向天線由(A+mAf°，E+mnEstep° )轉(zhuǎn)到(A_mAf°，E+mnEstep° ),若在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中檢測(cè)到信號(hào)，則令η’ = n,Et = E+n’Estep°，粗捕過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入第四步，否則進(jìn)入步驟305 ；
[0037]步驟305、定向天線由(A-mAf°，E+mnEstep° )轉(zhuǎn)到(A_mAf°，E+m(n+l)Estep° );
[0038]步驟306、控制定向天線由(A_mAf°，E+m(n+l)Estep° )轉(zhuǎn)到(A+mAf°，E+m(n+l)Estep° )，若在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中檢測(cè)到信號(hào)，則令η’ = m(n+l) ,Et = E+n’ Estep°，粗捕過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入第四步，否則進(jìn)入步驟307 ；
[0039]步驟307、n自增1，判斷nEstep° > Ef是否成立，若不成立返回步驟304，若成立且m取值為I，則令m取-1，返回步驟302，若成立且m取值為-1，則返回步驟301。
[0040]第四步、經(jīng)過(guò)第三步的粗捕過(guò)程，本實(shí)施例已經(jīng)找到了能夠捕獲到信號(hào)的掃描范圍，本步驟則進(jìn)行一次精捕。
[0041]從位置(At，Et)開始進(jìn)行一次精捕，一次精捕的具體過(guò)程如下:控制定向天線的俯仰角不動(dòng)，方位角以Astep為步長(zhǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)行信號(hào)搜索，其中Astep為方位角檢測(cè)步長(zhǎng)，Astep =Θ-1°。其中每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)獲取一個(gè)方位角檢測(cè)點(diǎn)。
[0042]若存在正整數(shù)i，使得在(At_iAstep，Et)處搜索到信號(hào)且信號(hào)強(qiáng)度滿足鏈路接收解調(diào)要求，則輸出該信號(hào)，本方法結(jié)束。
[0043]如不存在滿足上述條件的正整數(shù)i，則需要選取信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)對(duì)應(yīng)方位角At’。在選取信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)處的At’時(shí)，可以首先獲取所有方位角檢測(cè)點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度，逐一對(duì)比獲取最強(qiáng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的方位角監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即為At’。為了節(jié)省時(shí)間，提高盲捕效率，也可以采用如下過(guò)程:令k從I開始尋找，直至獲得正整數(shù)k，使得在(At-kAstep，Et)、(At-(k+l)Astep，Et)以及(At-(k-1)Astep，Et)處均搜索到信號(hào)，且三處中(At-kAstep，Et)信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)，若存在則以(At-kAstep, Et)為二次精捕的起始點(diǎn),令A(yù)t’ = At-kAstep,進(jìn)入第五步。
[0044]第五步、從位置(At’ ,Et)開始進(jìn)行二次精捕，二次精捕的具體過(guò)程如下:
[0045]控制定向天線的方位角不變，俯仰角以1°為步長(zhǎng)慢速并捕獲跟蹤信號(hào)，若存在正整數(shù)j，使得在(At’，Et+j° )處捕獲到信號(hào)且捕獲到的信號(hào)強(qiáng)度滿足鏈路接收解調(diào)要求，則輸出該信號(hào)，本方法結(jié)束；若不存在正整數(shù)j，則重復(fù)本方法直至有信號(hào)輸出為止。
[0046]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種深空領(lǐng)域定向天線盲捕方法，其特征在于，該方法具體為: 第一步、確定盲捕的起始點(diǎn)為(A，E)，其中A為標(biāo)稱的定向天線目標(biāo)方位角，E為標(biāo)稱的定向天線目標(biāo)俯仰角； 第二步、確定方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為A-Af°~A+Af°和俯仰角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為E-Ef°~E+Ef°，其中Af為方位角最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度，Ef為俯仰角最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度； 第三步、由起始點(diǎn)(A, E)開始進(jìn)行粗捕:在俯仰角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)以設(shè)定的俯仰角檢測(cè)步長(zhǎng)Estep選取俯仰角固定點(diǎn)，在每個(gè)俯仰角固定點(diǎn)處，控制定向天線以方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為路徑，進(jìn)行信號(hào)捕獲，直至在一俯仰固定點(diǎn)Et的路徑處捕獲到信號(hào)；所述設(shè)定的俯仰角檢測(cè)步長(zhǎng)Estep = 2 0-1°，其中Θ為定向天線的半錐面波束角； 第四步、進(jìn)行第一次精捕:固定俯仰角為Et不動(dòng)，方位角在其方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)以設(shè)定的方位角檢測(cè)步長(zhǎng)Astep轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)行信號(hào)捕獲，如捕獲到信號(hào)且信號(hào)強(qiáng)度滿足鏈路接收解調(diào)要求，則輸出該信號(hào)，本方法結(jié)束，若信號(hào)強(qiáng)度不滿足鏈路接收解調(diào)要求，則選取信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)對(duì)應(yīng)方位角At’ ；所述設(shè)定的方位角檢測(cè)步長(zhǎng)Astep= Θ- ; 第五步、由(At’，Et)開始進(jìn)行第二次精捕:控制方位角At’不變，俯仰角由Et開始以1°為步長(zhǎng)進(jìn)行信號(hào)捕獲，若捕獲到的信號(hào)強(qiáng)度滿足鏈路接收解調(diào)要求，則輸出該信號(hào)，本方法結(jié)束，若不能捕獲到滿足鏈路接收解調(diào)要求的信號(hào)，則重復(fù)本方法直至有信號(hào)輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種深空領(lǐng)域定向天線盲捕方法，其特征在于，所述第三步中控制定向天線的以方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為路徑，進(jìn)行信號(hào)捕獲時(shí)采用幾字形路徑，則該步驟中由起始點(diǎn)(A，E)開始進(jìn)行粗捕的過(guò)程具體分為如下步驟: 步驟301、令m取值為I ; 步驟302、控制定向天線按照直線路徑由(A，E)轉(zhuǎn)動(dòng)至(A+mAf°，E)并進(jìn)行掃描，若檢測(cè)到信號(hào)，則令Et = E，粗捕過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入第四步，否則進(jìn)入步驟303 ； 步驟303、令η = I ; 步驟 304、控制定向天線由(A+mAf°，E+mnEstep° )轉(zhuǎn)到(A_mAf°，E+mnEstep° ),若在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中檢測(cè)到信號(hào)，則令η’ = n,Et = E+n’Estep°，粗捕過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入第四步，否則進(jìn)入步驟305 ； 步驟 305、定向天線由(A-mAf°，E+mnEstep° )轉(zhuǎn)到(A_mAf°，E+m(n+l)Estep° ); 步驟 306、控制定向天線由(A-mAf°，E+m(n+l)Estep ° )轉(zhuǎn)到(A+mAf °，E+m(n+l)Estep° )，若在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中檢測(cè)到信號(hào)，則令n’ = m(n+l) ,Et = E+n’ Estep°，粗捕過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入第四步，否則進(jìn)入步驟307 ； 步驟307、n自增1，判斷nEstep° > Ef是否成立，若不成立返回步驟304，若成立且m取值為1，則令m取-1，返回步驟302，若成立且m取值為-1，則返回步驟301。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種深空領(lǐng)域定向天線盲捕方法，其特征在于，則所述第四步中選取信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)對(duì)應(yīng)方位角At’的具體方法為:令k從I開始尋找，直至獲得正整數(shù) k，使得在(At-kAstep，Et)、(At-(k+1) Astep, Et)以及(At-(k_l) Astep, Et)處均捕獲到信號(hào)，且三處中(ArkAs_ Et)信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)，則At’ = AfkAstep,其中At = A+Af°，若不存在滿足條件的k，則以(A+Af°，Et)為第一次精捕的起始點(diǎn)，按照步長(zhǎng)Astep對(duì)六+~°進(jìn)行遞減直至達(dá)到A-Af °，該過(guò)程中，對(duì)于每一個(gè)方位角均檢測(cè)獲取信號(hào)強(qiáng)度，將信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)對(duì)應(yīng)方位角作為At’。
【文檔編號(hào)】H04B7/155GK104022792SQ201410220624
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】楊眉, 張婷, 吳學(xué)英 申請(qǐng)人:北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部