(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211469650.1 (22)申请日 2022.11.23 (71)申请人 中国人民解 放军63921部队 地址 100094 北京市海淀区北清路26号院 (72)发明人 李海涛　徐得珍　 (74)专利代理 机构 深圳鼎合诚知识产权代理有 限公司 4 4281 专利代理师 白雪瑾　彭家恩 (51)Int.Cl. G01C 25/00(2006.01) G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 利用地面多天线开展航天器天线在轨指向 标定的方法 (57)摘要 一种利用地面多天线开展航天器天线在轨 指向标定的方法， 包括： 根据标定预选时段内航 天器与地面多天线的几何关系等， 确定扫描中心 点和扫描范围； 航天器发送下行信号， 在标定预 选时段内， 以扫描中心点为起点在扫描范围内开 展指向扫描， 在标定预选时段外， 航天器天线指 向扫描中心点； 期间， 地面多天线进行下行信号 接收和功率测定； 构建利用地面多天线开展指向 标定的观测模 型， 利用实测数据估计模 型中的待 定参数， 得到航天器天线的指向偏差。 相比单天 线方法， 本发 明可在相同时间内得到更多优质测 量数据， 观测模型灵敏度更高， 从而有效提升标 定精度。 本发 明还提供一种利用地面多天线开展 航天器天线在轨指向标定的装置及 介质。 权利要求书4页 说明书15页 附图6页 CN 115507880 A 2022.12.23 CN 115507880 A 1.一种利用地面多天线开展航天器天线在轨指向标定的方法， 其特征在于， 使用两个 或两个以上的地 面天线进行航天器天线在轨指向标定， 所述方法包括： 获取正交于航天器天线与地球预设点的连线的扫描坐标系， 所述扫描坐标系 包括相互 正交的第一扫描轴和第二扫描轴； 对于标定预选时段内的每一个时刻， 均计算所述航天器天线与 各个地面天线的连线和 航天器天线与地球预设点的连线之 间的夹角， 获取各个所述夹角分别 在所述第一扫描轴和 所述第二扫描轴方向的分量； 根据各个所述夹角在所述第 一扫描轴方向的分量， 计算得到扫描中心点在第 一扫描轴 的坐标， 根据各个所述夹角在所述第二扫描轴方向的分量， 计算得到扫描中心点在第二扫 描轴的坐标； 在所述标定预选时段内， 所述航天器天线发送下行信号， 并在所述扫描坐标系中以所 述扫描中心点为起点， 按照预设扫描路线在相应的扫描范围内开展指向扫描， 各个所述地 面天线进行下行信号接收和功率测定， 以得到第一时段功率测定值； 在所述标定预选时段外， 所述航天器天线发送下行信号， 并返回至所述扫描中心点， 各 个所述地面天线进行下行信号接收和功率测定， 以得到第二时段功率测定值； 构建利用地面多天线开展指向标定的观测模型， 并基于所述观测模型和各个所述地面 天线所获取的第一时段功率测定值和 第二时段功 率测定值， 确定所述观测模型的待定参数 的最终估计值， 以得到所述航天器天线的指向偏差估计结果， 确定所述待定参数 的最终估 计值的协方差矩阵， 以得到所述指向偏差估计结果的自评 定精度。 2.如权利要求1所述的利用地面多天线开展航天器天线在轨指向标定的方法， 其特征 在于， 所述获取 各个所述夹角分别在所述第一扫描轴和所述第二扫描轴方向的分量包括： 根据各个所述夹角， 由以下计算得到各个所述夹角在所述第 一扫描轴和所述第 二扫描 轴方向的分量： 其中，γ(i,t)为t时刻航天器天线与地面天线 i的连线和航天器天线与地球预设点的 连线之间的夹角， x(i,t)为夹角γ(i,t)在第一扫描轴方向的分量， y(i,t)为夹角γ(i,t) 在第二扫描轴方 向的分量， ez(t)、 ex(t)、 ey(t)分别为t时刻航天器天线与地球预设点的连 线、 第一扫描轴、 第二扫描轴方向的单位向量， e( i,t)为t时刻航天器天线与地面天线 i的连 线方向的单位向量， i表示用于标定的每个地面天线， 取值于[1,  2,  …, I]，t表示标定预 选时段内的每一个时刻， 取值于[1,  2,  …, T]。 3.如权利要求1所述的利用地面多天线开展航天器天线在轨指向标定的方法， 其特征 在于， 根据全部所述夹角在所述第一扫描轴方向的分量的均值， 得到所述扫描中心点在第 一扫描轴的坐标， 根据全部所述夹角在所述第二扫描轴 方向的分量的均值， 得到所述扫描权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115507880 A 2中心点在第二扫描轴的坐标。 4.如权利要求1所述的利用地面多天线开展航天器天线在轨指向标定的方法， 其特征 在于， 所述相应的扫描范围通过以下计算得到： 其中，θx(t)、θy(t)分别为t时刻航天器天线指向扫描的第一扫描轴坐标和第二扫描轴 坐标，x0、y0分别为所述扫描中心点的第一扫描轴 坐标和第二扫描轴 坐标，rx为在第一扫描 轴上的覆盖范围， ry为在第二扫描轴上的覆盖范围， HPBW表示航天器天线的半功率波束宽 度，x(i,t)为t时刻地面天线 i所对应的夹角在第一扫描轴方向的分量， y(i,t)为t时刻地面 天线i所对应的夹角在第二扫描轴方向的分量。 5.如权利要求1所述的利用地面多天线开展航天器天线在轨指向标定的方法， 其特征 在于， 构建利用地 面多天线开展指向标定的观测模型为： 其中，P(i,t)为t时刻地面天线 i所接收的第一时段功率测定值， v(i,t)为第一时段功 率测定值和观测模型的误差， J1为一阶贝塞尔函数， k为表征航天器天线波束宽度的因子， θ (i,t)表示t时刻地面天线 i相对于航天器天线增益峰值方向的角距， α、β为航天器天线的指 向偏差分别在第 一扫描轴和第 二扫描轴方向上的分量， θx(t)、θy(t)分别为t时刻航天器天 线指向扫描的第一扫描轴坐标和第二扫描轴坐标， Ci为地面天线 i所接收的第一时段功率 测定值的理论 最大值，i取值于[1,  2,  …, I]， 所述观测模型的待定参数构成参数向量X： 。 6.如权利要求5所述的利用地面多天线开展航天器天线在轨指向标定的方法， 其特征 在于， 所述基于所述观测模型和各个所述地面天线所获取的第一时段功 率测定值和第二时 段功率测定值， 确定所述观测模型的待定参数的最终估计值， 包括： 根据航天器天线的参数和各个地面天线所接收的第一时段功率测定值的最大值确定 所述参数向量X的初值X0： 其中，D为航天器天线的口径， λ为航天器天线的工作波长， P(i,t)为t时刻地面天线 i所 接收的第一时段功率测定值； 计算初值X0的改正量x1： 根据各个地面天线所接收的第一时段功率测定值， 确定满足预 设条件的时刻， 将相应时刻的数据作为用于解算的数据集， 利用所述数据集计算所述观测权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115507880 A 3