一种深空领域定向天线盲捕方法

摘要

本发明公开了一种深空领域定向天线盲捕方法，涉及深空探测领域。首先确定标称的定向天线目标位置作为盲捕的起始点为(A，E)，同时确定方位角范围和俯仰角范围；然后选取依步长选取在俯仰角范围内选取固定点，固定点处控制定向天线在整个方位角范围内捕获信号，获得能够捕获到信号的固定点E

说明书

技术领域

本发明涉及深空探测领域，具体涉及一种定向天线盲捕实现地面捕获的控 制算法。

背景技术

目前，地球航天器大多有专门的天线捕获跟踪系统调整天线指向以确保精 确指向目标点位置。深空探测器由于距离地球遥远，通信时延长，对地指向变 化缓慢，地面可视弧段有限，探测器自行进行地球捕获效率较低。同时，出于 资源节省的角度考虑，有些深空探测器甚至不配备天线捕获跟踪分系统，而全 权由地面指令进行控制，在深空探测器正常工作的情况下，地面只需定期对天 线进行角度调整即可，若由于定向天线指向偏差导致深空探测器的通信故障， 导致地面无法获知准确探测器姿态、位置，此时则需要设计一种天线盲捕策略 解决该问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种深空定向天线盲捕方法，能够由地面控制实 现天线对地球的捕获，最大限度减少捕获的时间，且工程实现简单易行。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

第一步、确定盲捕的起始点为(A，E)，其中A为标称的定向天线目标方 位角，E为标称的定向天线目标俯仰角。

第二步、确定方位角转动范围为A-A_f°～A+A_f°和俯仰角转动范围为 E-E_f°～E+E_f°，其中A_f为方位角最大转动角度，E_f为俯仰角最大转动角度。

第三步、由起始点(A，E)开始进行粗捕：在俯仰角转动范围内以设定的 俯仰角检测步长E_step选取俯仰角固定点，在每个俯仰角固定点处，控制定向天 线以方位角转动范围为路径，进行信号捕获，直至在一俯仰固定点E_t的路径处 捕获到信号；设定的俯仰角检测步长E_step＝2θ-1°，其中θ为定向天线的半锥面 波束角。

第四步、进行第一次精捕：固定俯仰角为E_t不动，方位角在其方位角转动 范围内以设定的方位角检测步长A_step转动并进行信号捕获，如捕获到信号且信 号强度满足链路接收解调要求，则输出该信号，本方法结束，若信号强度不满 足链路接收解调要求，则选取信号强度最强时对应方位角A_t’；设定的方位角检 测步长A_step＝θ-1°。

第五步、由(A_t’,E_t)开始进行第二次精捕：控制方位角A_t’不变，俯仰角由 E_t开始以1°为步长进行信号捕获，若捕获到的信号强度满足链路接收解调要 求，则输出该信号，本方法结束，若不能捕获到满足链路接收解调要求的信号， 则重复本方法直至有信号输出。

进一步地，第三步中控制定向天线的以方位角转动范围为路径，进行信号 捕获时采用几字形路径，则该步骤中由起始点(A，E)开始进行粗捕的过程具 体分为如下步骤：

步骤301、令m取值为1；

步骤302、控制定向天线按照直线路径由(A,E)转动至(A+mA_f°,E)并 进行扫描，若检测到信号，则令E_t＝E，粗捕过程结束，进入第四步，否则进入 步骤303；

步骤303、令n＝1；

步骤304、控制定向天线由(A+mA_f°,E+mnE_step°)转到 (A-mA_f°,E+mnE_step°)，若在转动过程中检测到信号，则令n’＝n，E_t＝E+ n’E_step°，粗捕过程结束，进入第四步，否则进入步骤305；

步骤305、定向天线由(A-mA_f°,E+mnE_step°)转到(A-mA_f°,E+m(n+1) E_step°)；

步骤306、控制定向天线由(A-mA_f°,E+m(n+1)E_step°)转到(A+mA_f°,E+m (n+1)E_step°)，若在转动过程中检测到信号，则令n’＝m(n+1)，E_t＝E+n’E_step°， 粗捕过程结束，进入第四步，否则进入步骤307；

步骤307、n自增1，判断nE_step°＞E_f是否成立，若不成立返回步骤304， 若成立且m取值为1，则令m取-1，返回步骤302，若成立且m取值为-1，则 返回步骤301。

进一步地，第四步中选取信号强度最强时对应方位角A_t’的具体方法为：令 k从1开始寻找，直至获得正整数k，使得在(A_t-kA_step,E_t)、(A_t-(k+1)A_step,E_t) 以及(A_t-(k-1)A_step,E_t)处均捕获到信号，且三处中(A_t-kA_step,E_t)信号强度最 强，则A_t’＝A_t-kA_step，其中A_t＝A+A_f°，若不存在满足条件的k，则以(A+A_f°， E_t)为第一次精捕的起始点，按照步长A_step对A+A_f°进行递减直至达到A-A_f°， 该过程中，对于每一个方位角均检测获取信号强度，将信号强度最强时对应方 位角作为A_t’。

有益效果：

1、本发明所提供的一种深空定向天线盲捕方法用于在深空探测器在不 能获取自身的准确位置和姿态的情况下，由地面控制的方式建立对 地数传信道，实现天线对地球的捕获，本发明通过粗捕和精捕的步 骤最大限度地减少了捕获的时间，整个捕获过程简单易行。

2、本发明同时提供了采用几字形路径进行粗捕的方法，该几字形路径能 够很好地覆盖所有俯仰固定点处路径，而且路径规划合理，没有冗 余路径，能够进一步节省粗捕时间，提高捕获效率。

3、在第一次精捕的过程中，若不能获取满足链路接收解调要求的信号， 则需要获取所有依据步长划分的方位角检测点处的信号强度才能进 一步获取信号最强点，在本方法中提供了一种获取信号最强点的方 法，由该方法获得第二次精捕的起始点，不仅能够满足第二次精捕 的要求，同时节省了寻找该起始点的时间，进一步提高了盲捕效率。

附图说明

图1为粗捕路径示意图；

图2为定向天线盲捕流程简图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

一种深空领域定向天线盲捕方法，该方法包括如下步骤：

第一步、根据深空探测器的标称着陆点位置、着陆时刻以及着陆姿态，计 算获得标称的定向天线目标方位角A，目标俯仰角E；

第二步、以定向天线的对地指向区域的中心点位置作为起始点，控制定向 天线指向目标方位角A和目标俯仰角E；根据对着陆姿态和着陆点区域的分析， 获得方位角转动范围A-A_f°～A+A_f°，其中A_f为俯仰角转动范围E-E_f°～ E+E_f°，其中A_f为方位角最大转动角度，E_f为俯仰角最大转动角度；

第三步、为了能够在地面发现定向天线的下行信号，则需要进行定向天线 对地球站的初步定位，粗捕过程即是该初步定位的过程。

本步骤中采用直线路径方式进行粗捕，由起始点(A，E)开始，在俯仰角 转动范围内以设定的俯仰角检测步长E_step选取俯仰角固定点，在每个俯仰角固 定点处，控制定向天线的以方位角转动范围为路径，进行信号捕获，直至在一 俯仰固定点Et的路径处捕获到信号。其中设定俯仰角检测步长E_step＝2θ-1°，其 中θ为定向天线的半锥面波束角。该步长以半锥面波束角为依据设定，能够在 保证捕获精度的前提下，节省时间，提高效率。

粗捕过程中，地面控制定向天线在每一个俯仰固定点的路径上以高转速进 行扫描，地面站在盲捕过程中，采用频谱仪等设备进行辅助信号观察，配合器 上天线扫描过程进行信号搜索捕获。

为了节省粗捕的时间，本实施例中在粗捕的过程中采用几字形路径，具体 如图2所示，几字形路径能够很好地覆盖所有俯仰固定点处路径，而且路径规 划合理，没有冗余路径，节省粗捕时间，该几字形路径的具体过程如下：

步骤301、令m取值为1；

步骤302、控制定向天线按照直线路径由(A,E)转动至(A+mA_f°,E)并 进行扫描，若检测到信号，则令n’＝0，E_t＝E，粗捕过程结束，进入第四步，否 则进入步骤303；

步骤303、令n＝1；

步骤304、控制定向天线由(A+mA_f°,E+mnE_step°)转到 (A-mA_f°,E+mnE_step°)，若在转动过程中检测到信号，则令n’＝n，E_t＝E+ n’E_step°，粗捕过程结束，进入第四步，否则进入步骤305；

步骤305、定向天线由(A-mA_f°,E+mnE_step°)转到(A-mA_f°,E+m(n+1) E_step°)；

步骤306、控制定向天线由(A-mA_f°,E+m(n+1)E_step°)转到(A+mA_f°,E+m (n+1)E_step°)，若在转动过程中检测到信号，则令n’＝m(n+1)，E_t＝E+n’E_step°， 粗捕过程结束，进入第四步，否则进入步骤307；

步骤307、n自增1，判断nE_step°＞E_f是否成立，若不成立返回步骤304， 若成立且m取值为1，则令m取-1，返回步骤302，若成立且m取值为-1，则 返回步骤301。

第四步、经过第三步的粗捕过程，本实施例已经找到了能够捕获到信号的 扫描范围，本步骤则进行一次精捕。

从位置(A_t,E_t)开始进行一次精捕，一次精捕的具体过程如下：控制定向 天线的俯仰角不动，方位角以A_step为步长转动并进行信号搜索，其中A_step为方 位角检测步长，A_step＝θ-1°。其中每转动一个步长获取一个方位角检测点。

若存在正整数i，使得在(A_t-iA_step,E_t)处搜索到信号且信号强度满足链路接 收解调要求，则输出该信号，本方法结束。

如不存在满足上述条件的正整数i，则需要选取信号强度最强时对应方位角 A_t’。在选取信号强度最强处的A_t’时，可以首先获取所有方位角检测点处的信号 强度，逐一对比获取最强信号对应的方位角监测点，即为A_t’。为了节省时间， 提高盲捕效率，也可以采用如下过程：令k从1开始寻找，直至获得正整数k， 使得在(A_t-kA_step,E_t)、(A_t-(k+1)A_step,E_t)以及(A_t-(k-1)A_step,E_t)处均搜索 到信号，且三处中(A_t-kA_step,E_t)信号强度最强，若存在则以(A_t-kA_step,E_t)为 二次精捕的起始点，令A_t’＝A_t-kA_step，进入第五步。

第五步、从位置(A_t’,E_t)开始进行二次精捕，二次精捕的具体过程如下：

控制定向天线的方位角不变，俯仰角以1°为步长慢速并捕获跟踪信号，若 存在正整数j，使得在(A_t’,E_t+j°)处捕获到信号且捕获到的信号强度满足链路 接收解调要求，则输出该信号，本方法结束；若不存在正整数j，则重复本方法 直至有信号输出为止。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。