二維有源相控陣天線跟蹤技術(shù)研究

李　濤

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊　050081)

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二維有源相控陣天線跟蹤技術(shù)研究

李濤

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊050081)

當(dāng)載體姿態(tài)變化時(shí)，利用慣導(dǎo)信息引導(dǎo)安裝在移動(dòng)載體上的二維有源相控陣天線波束指向衛(wèi)星。首先對(duì)衛(wèi)星在地理坐標(biāo)系、載體坐標(biāo)系和天線坐標(biāo)系中的位置進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，然后對(duì)跟蹤目標(biāo)角進(jìn)行解算，最后通過(guò)跑車測(cè)試，驗(yàn)證了該跟蹤技術(shù)的可實(shí)施性。

有源；相控陣天線；跟蹤

隨著人類對(duì)信息化和數(shù)字化需求的增加，衛(wèi)星通信技術(shù)的需求量也日益增加，尤其是對(duì)移動(dòng)載體衛(wèi)星通信系統(tǒng)的需求更是逐年增加[1]。目前市場(chǎng)上，動(dòng)中通天線大多采用二維機(jī)械座架形式。隨著用戶對(duì)裝車外觀要求的提高，在一定條件下采用二維有源相控陣天線跟蹤技術(shù)是最佳的選擇。

本文約定載體姿態(tài)信息的定義如下：

航向角H：載體行進(jìn)方向與正北的夾角，以正北為基準(zhǔn)，順時(shí)針為正；

橫搖角R：以水平為基準(zhǔn)，行進(jìn)方向作參照，載體右傾為正；

縱搖角P：以水平為基準(zhǔn)，載體正前方向上為正；

地理方位角A：在地理坐標(biāo)系中，天線指向衛(wèi)星時(shí)的方位角度；

圖1　衛(wèi)星在地理坐標(biāo)系中的位置

地理俯仰角E：在地理坐標(biāo)系中，天線指向衛(wèi)星時(shí)的俯仰角度。

1　衛(wèi)星在地理坐標(biāo)系中的位置

衛(wèi)星在地理坐標(biāo)系中的極坐標(biāo)矢量[De]如圖1所示，可以表示為(因?yàn)橹豢紤]指向，所以矢量長(zhǎng)度不予考慮)：

2　衛(wèi)星在載體坐標(biāo)系中的位置

[Dj]=MR*MP*MH*[De]

式中

可以得出載體坐標(biāo)系中的指向角[2]Aj和Ej:

Ej=arcsin[sinR*cosE*sin(A-H)-cosR*sinP*cosE*cos(A-E)+cosR*cosP*sinE]

3　衛(wèi)星在天線坐標(biāo)系內(nèi)的位置

二維有源相控陣天線，其掃描角度為ψ和θ，衛(wèi)星在天線坐標(biāo)系中的位置如圖2所示。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求，ψ的變化范圍為[0°，360°]，θ的變化范圍為[0°，70°]。

4　ψ和θ的解算

天線在安裝時(shí)，假定載體坐標(biāo)系與天線坐標(biāo)系的位置關(guān)系如圖3所示，有固定偏差a，則衛(wèi)星在天線坐標(biāo)系中的極坐標(biāo)矢量為[Da]：

圖2　衛(wèi)星在天線坐標(biāo)系中的位置

圖3　載體坐標(biāo)系與天線坐標(biāo)系的關(guān)系

通過(guò)解算可以得出：Aa=Aj+a，Ea=Ej。

圖4　天線坐標(biāo)系中Aa、Ea和ψ、θ的關(guān)系

在天線坐標(biāo)系中，Aa、Ea和ψ、θ的關(guān)系如圖4所示。

通過(guò)圖4分析，計(jì)算得出

θ=90°-Ea

5　結(jié)束語(yǔ)

隨著科技進(jìn)步，用戶要求的提高，有源相控陣天線在動(dòng)中通領(lǐng)域具有很大的市場(chǎng)潛力。在某頻段二維有源相控陣天線跑車測(cè)試中驗(yàn)證了該跟蹤技術(shù)的可實(shí)施性。

[1]魏英杰. 動(dòng)中通地面站衛(wèi)星天線伺服控制系統(tǒng)[J].無(wú)線電通信技術(shù),2007,33(3):30-32.

[2]溫桂森. 動(dòng)載體衛(wèi)星通信天線控制數(shù)學(xué)模型[J].無(wú)線電通信技術(shù),1997,23(4):36-40.

Researchontrackingtechnologyoftwodimensionalactivephasedarraysantenna

LITao

(The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

Thetwodimensionalactivephasedarraysantennaisinstalledinavehicle.ItisledtothesatellitebytheinformationofINS,whentheattitudeofvehicleischanging.Inthispaper,itintroducedthepositionofsatelliteinthelocal-levelframe,inthebodyframeandintheantennaframefirstly,thencalculatedthetargetvalueontrackingsatellite,lastlyvalidatedtherealizationofthetrackingtechnologybytesting.

Active;Phasedarraysantenna;Tracking

2016-04-12

李濤(1982-)，男，河北石家莊人，碩士，工程師，主要研究方向：信號(hào)與信息處理、慣性導(dǎo)航.

1001-9383(2016)02-0054-03

TN965

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