考虑地面站接收方位约束的卫星数传弧段计算方法与流程

本申请涉及卫星自主任务规划，尤其涉及一种考虑地面站接收方位约束的卫星数传弧段计算方法。

背景技术：

1、在卫星自主任务规划领域，数传任务规划是一项重要内容。如何结合地面站接收范围约束计算卫星可用数传弧段，是卫星数传任务规划首先需要解决的问题。对于卫星与地面站可见性计算问题，现有技术提出了一些计算方法。

2、已有方法通常结合卫星轨道数据和姿态指向等信息，综合考虑地面站位置、仰角等约束，通过计算卫星指向向量与卫星地面站向量的夹角，判断卫星对地面站的可见性，如公开号为cn120950812a的中国发明专利，公开了一种基于卫星轨道的动态指向下地面站覆盖分析方法。该方法结合卫星轨道数据和姿态指向等信息，综合考虑地面站位置，仰角等约束，通过计算卫星指向向量与卫星地面站向量的夹角，判断卫星对地面站的可见性。然而，这种方法并未考虑地面站在接收方位向的约束，对于某些存在方位向遮挡的地面站，可能会造成传输数据丢失。另有方法通过摄动解析模型进行轨道递推，生成卫星在每个地面站当地坐标系下的目标位置序列，从而根据配置信息判定卫星相对每个地面站的可见性，如公开号为cn118413261a的中国发明专利，提出了一种卫星测控数传弧段自动计算方法，通过摄动解析模型进行轨道递推，生成卫星在每个地面站当地坐标系下的目标位置序列，从而根据配置信息判定卫星相对每个地面站的可见性。此方法同样未将接受方位角作为约束条件纳入弧段计算逻辑。

3、上述方法多以仰角作为可见性判断的核心参数，未将地面站接收方位的影响纳入时间窗口的约束条件。在地面站存在方位向遮挡、天线转动范围受限或者接收方向受限的情况下，仅依据仰角计算得到的可见时间段可能包含不能进行有效数传的时刻。

4、然而，现有卫星数传弧段计算过程中存在未充分考虑地面站接收方位约束的问题，可能造成传输数据丢失、卫星资源浪费以及数传任务规划准确性不足。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种考虑地面站接收方位约束的卫星数传弧段计算方法，通过轨道预报与几何计算，实现对任意时刻卫星相对地面站仰角及方位角的计算，进而确定数传可用弧段。

2、为实现上述发明目的，本申请提供一种考虑地面站接收方位约束的卫星数传弧段计算方法，包括以下步骤：

3、获取卫星轨道预报数据、地面站位置、最小仰角和地面站允许接收方位区间；

4、确定仅受所述最小仰角约束时的最大可见时长及卫星相对地面站的正侧视时刻，以]作为计算窗口；

5、在计算窗口内的各计算时刻，计算卫星位置矢量、地面站位置矢量和地面站至卫星的视线矢量，基于所述视线矢量获得星站方位角；

6、响应于卫星仰角满足所述最小仰角且所述星站方位角位于所述允许接收方位区间，确定可见计算时刻；

7、将连续的可见计算时刻合并，得到卫星数传弧段。

8、根据本申请的一个技术方案，所述计算窗口的起始时刻为，并从所述起始时刻开始按照预设时间步长遍历至所述计算窗口的结束时刻。

9、根据本申请的一个技术方案，所述基于视线矢量获得星站方位角，包括：在地固坐标系中，卫星位置矢量，地面站位置矢量；

10、地面站指向卫星矢量；

11、为地固坐标系+z轴单位矢量；

12、指向正北方向的切向矢量，以及视线矢量在地面站局部水平面内的投影矢量。

13、根据本申请的一个技术方案，所述星站方位角的绝对值为

14、

15、通过指向正北方向的切向矢量、投影矢量与地面站位置矢量的点积确定所述星站方位角的正负，其中，由正北向正东方向的转动方向为正方向。

16、根据本申请的一个技术方案，将所述星站方位角和所述允许接收方位区间的起止方位角归一化至[0°，360°)范围；

17、当允许接收方位区间不跨越正北方向时，判断所述星站方位角是否位于所述起止方位角之间；

18、当允许接收方位区间跨越正北方向时，判断所述星站方位角是否大于或等于起始方位角、或者小于或等于结束方位角。

19、根据本申请的一个技术方案，所述卫星仰角由所述视线矢量与地面站当地水平面之间的夹角确定，所述当地水平面垂直于地面站位置矢量。

20、根据本申请的一个技术方案，所述卫星轨道预报数据为惯性坐标系下的轨道数据；在计算卫星位置矢量前，将所述轨道数据转换至地固坐标系。

21、根据本申请的一个技术方案，所述数传弧段的起始时刻为连续可见计算时刻中的首个计算时刻，结束时刻为连续可见计算时刻中的末个计算时刻。

22、与现有技术相比，本申请所提供的考虑地面站接收方位约束的卫星数传弧段计算方法，通过将地面站接收方位区间与仰角条件共同作为可见性判断条件，可剔除卫星处于地面站方位遮挡区域或接收范围以外的时间段，使获得的数传弧段与地面站实际接收能力相适应。该方法可适应不同仰角约束和方位角约束条件，计算过程清晰，便于应用于卫星自主任务规划，且具有以下显著的技术效果：

23、（1）引入地面站方位的概念，可计算当地面站存在方位向遮挡时卫星对地面站的可见性，极大提升卫星对数传资源利用率，节约卫星能源；

24、（2）适应性强，可适应不同仰角及方位约束下的地面站可见性计算。计算复杂度低，易于移植到现有星载计算机，可作为卫星自主任务规划关键组成部分。

1.一种考虑地面站接收方位约束的卫星数传弧段计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算窗口的起始时刻为，并从所述起始时刻开始按照预设时间步长遍历至所述计算窗口的结束时刻。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于视线矢量获得星站方位角，包括：在地固坐标系中，卫星位置矢量，地面站位置矢量；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述星站方位角的绝对值为

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述星站方位角和所述允许接收方位区间的起止方位角归一化至[0°，360°)范围；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卫星仰角由所述视线矢量与地面站当地水平面之间的夹角确定，所述当地水平面垂直于地面站位置矢量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卫星轨道预报数据为惯性坐标系下的轨道数据；在计算卫星位置矢量前，将所述轨道数据转换至地固坐标系。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数传弧段的起始时刻为连续可见计算时刻中的首个计算时刻，结束时刻为连续可见计算时刻中的末个计算时刻。