一种用于星载数传的EIRP调节方法及相控阵天线架构与流程

本发明星载相控阵数传，尤其涉及一种用于星载数传的eirp调节方法及相控阵天线架构。

背景技术：

1、在星载数传领域，相控阵天线凭借其波束扫描灵活、无需机械转动的特性，已成为卫星数据传输的核心载荷。作为相控阵天线发射链路的关键环节，t/r组件末级放大器的输出功率控制直接决定了整机的eirp水平与功耗表现。

2、随着卫星数传任务向多目标方向发展，卫星与接收方之间的相对距离和波束扫描角持续动态变化，对eirp的实时调节能力提出了更高要求。目前，相控阵天线eirp调节主要依赖降低末级放大器入口电平的方式，通过减小进入末级放大芯片的射频输入功率来降低输出功率。传统方法往往仅关注输出功率的单一下调，难以兼顾放大芯片的工作效率。

3、虽然传统方法能够实现eirp的基本下调，但末级放大芯片偏离最优工作点后效率降低，反而消耗更多直流功率并产生更多热耗，进一步加重了整机的散热负担。因此，如何在降低相控阵天线eirp的同时保持末级放大芯片的工作效率、降低整机功耗与热耗，成为了亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于星载数传的eirp调节方法、计算机可读存储介质，其主要目的在于降低eirp功耗的同时保持末级放大器效率。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种用于星载数传的eirp调节方法，包括：

3、根据波控单元获取链路配置数据及波控配置数据，利用gnss及卫星陀螺仪分别采集本星位置数据及本星姿态数据；

4、获取传输目标位置数据，计算本星位置数据与传输目标位置数据的相对距离及空间指向矢量，利用本星姿态数据将空间指向矢量转换为波束指向角，关联相对距离及波束指向角，得到指向距离节点；

5、基于指向距离节点及链路配置数据计算eirp需求值，读取天线阵面及t/r组件的工作状态，得到天线状态节点，基于天线状态节点获取天线实际eirp值，计算eirp需求值与天线实际eirp值的差值，得到末级功率调整量，并利用末级功率调整量及波控配置数据确定栅极电压值；

6、计算多个发射通道在波束指向角下的移相值及衰减值，得到多个通道波控节点，将栅极电压值转换为栅压控制码，并将栅压控制码分别与多个通道波控节点关联，得到多个通道控制节点；

7、对多个通道控制节点进行编号，得到联合波控序列，利用波控单元通过spi接口向t/r组件下发联合波控序列，得到联合波控写入结果，根据联合波控写入结果，对多个发射通道执行移相值、衰减值及栅压控制码，得到波束调节结果。

8、可选地，所述计算本星位置数据与传输目标位置数据的相对距离及空间指向矢量，利用本星姿态数据将空间指向矢量转换为波束指向角，包括：

9、根据本星位置数据及传输目标位置确认本星位置坐标及传输目标位置坐标；

10、将传输目标位置坐标减去本星位置坐标，得到相对位置矢量；

11、计算相对位置矢量的模长，得到相对距离，将相对位置矢量除以所述相对距离，得到空间指向矢量；

12、从本星姿态数据中确认出姿态横滚角、姿态俯仰角及姿态偏航角，根据姿态横滚角、姿态俯仰角及姿态偏航角对空间指向矢量执行坐标转换，得到卫星本体坐标系单位指向矢量；

13、基于卫星本体坐标系单位指向矢量获取法向分量、横向分量及前向分量，对法向分量执行反正弦运算，得到波束俯仰角，并对横向分量及前向分量执行双参数反正切运算，得到波束方位角，组合所述波束俯仰角及波束方位角，得到波束指向角。

14、可选地，所述基于指向距离节点及链路配置数据计算eirp需求值，包括：

15、从链路配置数据中确认出工作频率、链路余量、接收方解调门限及扫描损失表；

16、对波束指向角进行角度换算，得到扫描角；

17、按照预设的单位角度间隔在扫描损失表中检索与扫描角相对应的记录，得到扫描损失值；

18、基于相对距离及工作频率进行空间传播损失计算，得到空间传播损失值；

19、相加扫描损失值与空间传播损失值，得到链路损失值；

20、相加链路损失值、链路余量及接收方解调门限，得到eirp需求值。

21、可选地，所述计算多个发射通道在波束指向角下的移相值及衰减值，得到多个通道波控节点，包括：

22、从指向距离节点的波束指向角中提取波束俯仰角及波束方位角，对波束俯仰角及波束方位角执行方向余弦运算，得到第一方向余弦及第二方向余弦；

23、从链路配置数据中提取工作频率，计算工作频率对应的工作波长；

24、获取天线阵面的横向阵元间距、纵向阵元间距及横向交错偏移量，获取多个发射通道对应的横向序号及纵向序号，并获取t/r组件的相位控制分辨率；

25、基于第一方向余弦、第二方向余弦、工作波长、横向阵元间距、纵向阵元间距、横向序号、纵向序号及横向交错偏移量计算阵元相位，计算公式如下：

26、

27、其中，表示阵元相位，表示横向序号，表示纵向序号，表示工作波长，表示横向阵元间距，表示纵向阵元间距，表示第一方向余弦，表示第二方向余弦，表示天线阵面中纵向序号为的阵元行的横向交错偏移量，当为偶数时横向交错偏移量为零，当为奇数时横向交错偏移量为横向阵元间距的一半，表示预设的圆周率；

28、汇总阵元相位，得到多个阵元相位；

29、利用相位控制分辨率对多个阵元相位中的每个阵元相位分别进行移相值转换，得到多个移相值；

30、获取天线阵面的幅度分布，基于幅度分布获取多个幅度系数，其中，幅度系数与发射通道一一对应；

31、将多个幅度系数中的每个幅度系数分别换算为衰减值，得到多个衰减值；

32、根据多个移相值、多个衰减值及多个发射通道，得到多个通道波控节点。

33、可选地，所述读取天线阵面及t/r组件的工作状态，得到天线状态节点，基于天线状态节点获取天线实际eirp值，计算eirp需求值与天线实际eirp值的差值，得到末级功率调整量，并利用末级功率调整量及波控配置数据确定栅极电压值，包括：

34、从指向距离节点中提取波束指向角，读取天线阵面在波束指向角下的无源阵列天线增益，并读取t/r组件的当前发射输出功率，关联所述无源阵列天线增益及当前发射输出功率，得到天线状态节点；

35、将天线状态节点中的无源阵列天线增益与当前发射输出功率相加，得到天线实际eirp值；

36、利用所述eirp需求值减去天线实际eirp值，得到末级功率调整量；

37、将当前发射输出功率与末级功率调整量相加，得到目标末级输出工作点；

38、从波控配置数据中确认出末级功放输出工作点表，其中，末级功放输出工作点表包括多个工作点记录，工作点记录包括末级输出工作点及栅极电压值，且末级输出工作点与栅极电压值一一对应；

39、在末级功放输出工作点表中检索末级输出工作点与目标末级输出工作点相对应的工作点记录，得到目标工作点记录；

40、根据目标工作点记录获取栅极电压值。

41、可选地，所述将栅极电压值转换为栅压控制码，并将栅压控制码分别与多个通道波控节点关联，得到多个通道控制节点，包括：

42、从波控配置数据中确认出电压编码表，其中，电压编码表包括多个电压编码记录，电压编码记录包括位值、位值、位值、位值及输出电压值；

43、计算栅极电压值与多个电压编码记录中的输出电压值之间的电压差绝对值，得到多个电压匹配差值；

44、以多个电压匹配差值中最小的电压匹配差值所对应的电压编码记录为目标电压编码记录；

45、依次读取目标电压编码记录中的位值、位值、位值及位值，得到栅压控制码；

46、将栅压控制码分别与多个通道波控节点关联，得到多个通道控制节点。

47、可选地，所述对多个通道控制节点进行编号，得到联合波控序列，包括：

48、对多个通道控制节点中每一个通道控制节点均执行如下操作：

49、从通道控制节点中提取发射通道、移相值、衰减值及栅压控制码，获取发射通道的通道序号，依次排列通道序号、移相值、衰减值及栅压控制码，得到通道控制字；

50、汇总通道控制字，得到多个通道控制字；

51、按照多个通道控制字对应的通道序号对多个通道控制字进行排序，得到联合波控序列。

52、可选地，所述利用波控单元通过spi接口向t/r组件下发联合波控序列，得到联合波控写入结果，包括：

53、按照spi接口预设的通信时序封装联合波控序列，得到联合波控帧；

54、利用波控单元通过spi接口向t/r组件发送联合波控帧，t/r组件根据通道序号将联合波控帧中的多个通道控制字分别写入对应的发射通道，得到联合波控写入结果，其中，联合波控写入结果为写入完成或写入失败。

55、为实现上述目的，本发明还提供一种用于星载数传的eirp调节系统，包括：

56、配置数据采集模块，用于根据波控单元获取链路配置数据及波控配置数据，利用gnss及卫星陀螺仪分别采集本星位置数据及本星姿态数据；

57、波束指向解算模块，用于获取传输目标位置数据，计算本星位置数据与传输目标位置数据的相对距离及空间指向矢量，利用本星姿态数据将空间指向矢量转换为波束指向角，关联相对距离及波束指向角，得到指向距离节点；

58、栅极电压确定模块，用于基于指向距离节点及链路配置数据计算eirp需求值，读取天线阵面及t/r组件的工作状态，得到天线状态节点，基于天线状态节点获取天线实际eirp值，计算eirp需求值与天线实际eirp值的差值，得到末级功率调整量，并利用末级功率调整量及波控配置数据确定栅极电压值；

59、通道波控执行模块，用于计算多个发射通道在波束指向角下的移相值及衰减值，得到多个通道波控节点，将栅极电压值转换为栅压控制码，并将栅压控制码分别与多个通道波控节点关联，得到多个通道控制节点；

60、对多个通道控制节点进行编号，得到联合波控序列，利用波控单元通过spi接口向t/r组件下发联合波控序列，得到联合波控写入结果，根据联合波控写入结果，对多个发射通道执行移相值、衰减值及栅压控制码，得到波束调节结果。

61、为了解决上述问题，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：

62、存储器，存储至少一个指令；

63、处理器，执行所述存储器中存储的指令以实现上述所述的一种用于星载数传的eirp调节方法。

64、为了解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一个指令，所述至少一个指令被电子设备中的处理器执行以实现上述所述的一种用于星载数传的eirp调节方法。

65、本发明为解决背景技术所述问题，本发明根据波控单元获取链路配置数据及波控配置数据，利用gnss及卫星陀螺仪分别采集本星位置数据及本星姿态数据，获取传输目标位置数据，计算本星位置数据与传输目标位置数据的相对距离及空间指向矢量，利用本星姿态数据将空间指向矢量转换为波束指向角，关联相对距离及波束指向角，得到指向距离节点，可见本发明通过将j2000惯性坐标系下的相对指向经姿态矩阵转换到卫星本体坐标系，实现了波束指向角对卫星姿态变化的自适应解算，基于指向距离节点及链路配置数据计算eirp需求值，读取天线阵面及t/r组件的工作状态，得到天线状态节点，基于天线状态节点获取天线实际eirp值，计算eirp需求值与天线实际eirp值的差值，得到末级功率调整量，并利用末级功率调整量及波控配置数据确定栅极电压值，可见本发明通过将eirp需求值与天线实际eirp值的差值映射为gaas末级放大器的输出功率调整量，再经末级功放输出工作点表查表得到栅极电压值，使gaas末级放大器在输出功率下调的同时保持在最优功率附加效率工作点，避免了因末级放大器入口电平降低所导致的效率下降与热耗上升问题，计算多个发射通道在波束指向角下的移相值及衰减值，得到多个通道波控节点，将栅极电压值转换为栅压控制码，并将栅压控制码分别与多个通道波控节点关联，得到多个通道控制节点，可见本发明通过将阵元相位按6位分辨率量化为移相值、幅度加权量化为衰减值并与栅压控制码统一关联，形成便于t/r组件直接执行的通道控制节点，对多个通道控制节点进行编号，得到联合波控序列，利用波控单元通过spi接口向t/r组件下发联合波控序列，得到联合波控写入结果，根据联合波控写入结果，对多个发射通道执行移相值、衰减值及栅压控制码，得到波束调节结果，可见本发明通过可调栅极供电芯片对gaas末级放大器栅极电压的动态调节，使gaas末级放大器始终工作在功率附加效率最优的工作点，实现了在轨数传任务中相控阵天线eirp的高效可调。因此，本发明可可降低eirp功耗的同时保持末级放大器效率。