摘 要：三軸天線是低軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站最常用的天線結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)三軸天線的結(jié)構(gòu)特點，本文詳細介紹了有標校塔和沒有標校塔兩種情況下，三軸天線角度零值標校的方法與步驟，為工程實踐提供理論依據(jù)。

關鍵詞：三軸天線；角度零值；天線標校

中圖分類號：TN830 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0307-02

1 引 言

三軸天線是低軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站最常用的天線結(jié)構(gòu)形式，角度零值標定的精度對于可靠捕獲衛(wèi)星至關重要。但在安裝現(xiàn)場，要準確標定三軸天線的角度零值有一定的技術難度，其根本原因是由于傾斜軸的存在，天線方位零值很難標定。特別是安裝現(xiàn)場沒有標校塔時，天線角度零值標定就更加困難。下面分別給出在有標校塔和沒有標校塔兩種情況下，三軸天線角度零值標校的解決方案。

2 極坐標系的定義

三軸天線具有多種結(jié)構(gòu)形式，本文所說的三軸天線特指傾斜軸可以在360°范圍內(nèi)任意轉(zhuǎn)動的方位俯仰型天線。假設傾斜軸的傾角是θ，目標在天線測量坐標系內(nèi)的角位置用Ac、Ec、Tc表示，在地平極坐標系的角位置用Az、El示。各個角坐標的定義如圖1所示。

測量系方位角Ac：定義為天線電軸在斜轉(zhuǎn)臺平面的投影與斜轉(zhuǎn)臺高低點連線之間的夾角，順時針為正；

測量系俯仰角Ec：定義為天線電軸與斜轉(zhuǎn)臺平面之間的夾角，向上為正；

傾斜軸方位角Tc：定義為斜轉(zhuǎn)臺高低兩點連線在水平面投影與真北方向之間的夾角，順時針為正；

大地系方位角Az：定義為天線電軸在大地水平面投影與真北方向之間的夾角，順時針為正；

大地系俯仰角El：定義為天線電軸與大地水平面之間的夾角，向上為正；

根據(jù)大地極坐標系和測量系極坐標系的定義，測量坐標系通過兩次坐標旋轉(zhuǎn)就與大地坐標系重合，其相互關系可用式（1）表示的數(shù)學模型表示。

由式（2）可以得到：

sin El=sinθcosEc cosAc+cosθsinEc（2）

3 借助標校塔標定三軸天線角度零值

三軸天線角度零值現(xiàn)場標定的前提條件是出廠前對斜轉(zhuǎn)臺的傾斜角θ要事先測量，現(xiàn)場安裝后對方位、俯仰軸的光學零值要初步標定，然后，按照如下步驟標定角度零值。

（1）驅(qū)動天線方位到方位光學零位位置，方位角度標定為零；

（2）保持天線方位在零位置不動，轉(zhuǎn)動天線俯仰軸和傾斜軸，對準信標；用天線方位軸、俯仰軸跟蹤信標；

（3）保持方位、俯仰自跟蹤，微調(diào)傾斜軸，使方位角度輸出為零；記錄俯仰角度輸出Ecz；

（4）傾斜軸保持不動，方位旋轉(zhuǎn)180°，俯仰旋轉(zhuǎn)160～190°（取決于信標的高度），找到信標，天線方位保持在180°，俯仰軸單軸自跟蹤信標，記錄俯仰角度輸出Ecf；

（5）根據(jù)（3）（4）的測量結(jié)果，用正倒鏡標定算法修正俯仰角度零值，修正量見式（3）；

（6）天線系統(tǒng)恢復正鏡方式工作，方位、俯仰自跟蹤，微調(diào)傾斜軸，使方位角度輸出為零，記錄此時信標的大地仰角E；

（7）保持方位、俯仰自跟蹤，轉(zhuǎn)動傾斜軸，使方位角度輸出為某一角度值，例如5°。讀測量系的角度值Ac、Ec，按式（2）計算信標的大地仰角El（一般情況下，天線控制單元已經(jīng)計算好，并顯示在窗口上）。根據(jù)式（4）計算出方位零值的偏差量ΔAc并修正方位角度零值。也可以使方位在幾個不同位置進行測量，得到幾個方位零值偏差量，求其平均值修正；

（8）驅(qū)動天線方位到達新的零點位置，重復（2）～（7）兩到三次，觀察E和El的差值滿足精度要求時，天線方位、俯仰軸的零值標定就完成了；

（9）用方位軸、俯仰軸跟蹤信標，緩慢調(diào)整傾斜軸位置，使方位編碼器輸出為零，查閱標校塔的大地方位角Az，用Az修正傾斜軸的角度零值。

4 利用太陽標定三軸天線角度零值

用于遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收的天線系統(tǒng)大都配置了S頻段跟蹤鏈路，當安裝現(xiàn)場沒有標校塔時，可以借助于太陽軌道精確已知的特點，通過跟蹤太陽實現(xiàn)角度零值的標定。用太陽標定角度零值，比用標校塔標定要復雜一些。

（1）驅(qū)動天線方位位置到方位光學零位位置，方位角度標定為零。

（2）保持天線方位在零位置不動，轉(zhuǎn)動天線俯仰軸和傾斜軸，對準太陽，并用天線俯仰軸和方位軸跟蹤太陽。

（3）俯仰軸、方位軸保持跟蹤太陽，手動微調(diào)傾斜軸，使方位角度輸出為零，查閱當前時刻太陽的仰角，標定俯仰零值。測量系的俯仰角度El等于當前時刻太陽的仰角減去斜轉(zhuǎn)臺的傾斜角（也可以用正倒鏡的方法標定俯仰角度零值，由于太陽在不斷的移動，俯仰角度零值修正量計算公式與式（3）稍有不同）。

（4）保持天線俯仰軸、方位軸跟蹤太陽，緩慢轉(zhuǎn)動傾斜軸，使天線方位角度輸出3°左右，讀測量系的角度置Ac、Ec，查閱當前時刻太陽的仰角E，由式（2）計算測量到的太陽大地仰角El，并根據(jù)式（4）計算出方位零值的偏差量。繼續(xù)調(diào)整傾斜軸，使天線方位輸出分別為5°、10°，讀相應時刻測量系的角度置Ac、Ec，按同樣的方法分別計算方位零值的偏差量。計算三個方位零值偏差量的平均值進行方位零值的修正。

（5）驅(qū)動天線方位到達新的零點位置，重復（2）、（3）、（4）兩到三次，觀察E和El的差值滿足精度要求時，天線方位、俯仰軸的零值標定就完成了。

（6）保持方位軸、俯仰軸跟蹤太陽，緩慢調(diào)整傾斜軸位置，使方位編碼器輸出為零，查閱當前時刻太陽的方位位置Az和俯仰位置El，用Az修正傾斜軸角度零值，用El校核俯仰角度零值。

5 結(jié)束語

文章中介紹的角度零值標定方法在某三軸天線安裝現(xiàn)場進行了應用，標校效率很高，大約在1h左右就可以完成，效果良好。借助標校塔標定三軸天線角度零值時，無法檢驗傾斜軸傾角θ的準確性，但利用太陽標定三軸天線角度零值時，如果需要，可以進一步檢驗傾斜軸傾角θ的準確性。表1是一組利用太陽循環(huán)兩次標定三軸天線角度零值后，跟蹤太陽的數(shù)據(jù)記錄。由此可以算出用文中給出的方法標定后的指向精度是0.006°，這樣的精度對遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站足夠用了。如果天線控制單元軟件配置了俯仰軸和傾斜軸的跟蹤模式，利用太陽標校角度零值操作起來會更方便一些。

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收稿日期：2018-10-9

作者簡介：潘 蒨（1973-），女，碩士，畢業(yè)于西北工業(yè)大學，中國電子科技集團公司第三十九研究所測控事業(yè)部高工，從事雷達系統(tǒng)及伺服控制工作。