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地面卫星天线几何位置的计算

2011-12-29 01:17| 发布者: 123456000000| 查看: 36| 评论: 0

摘要: 按照传递信息的卫星位置来确定所设地球站天线的空间坐标,这是做到收发信息的首要前提。依据卫星转发器的全向有用辐射功率和其波束能流密度的现实分布来确定地球站天线增益、发射功率规模和最年夜可检功率,这是设计 ...

按照传递信息的卫星位置来确定所设地球站天线的空间坐标,这是做到收发信息的首要前提。依据卫星转发器的全向有用辐射功率和其波束能流密度的现实分布来确定地球站天线增益、发射功率规模和最年夜可检功率,这是设计地球站必需考虑的身分。事实上还应考虑到各类意外的干扰源对信息传输的影响,并在拟定地球站有关参量时作为主要依据。本文就地面天线几何位置简直定进行谈判。

地面天线几何的位置是指需要传输信息的卫星相对于地面站或地球站的空间坐标,其值由三个量来确定的。凡是取卫星到地面天线的距离d,地面天线指向卫星的仰角r和方位角φ。在这里仰角现实上是地球站地址平面与卫星视线间的夹角,而方位角需要确定基准0°的位置,按常规0°位处于赤道上空的卫星而言,波束指向偏南标的目的,为便利计较,以正南方位为0°,若以常规正北计较,需加上180°。方位角推算习惯上以逆时针为正值,顺时针为负值,若以正南为基,则方位角偏东为正值,而正南偏西为负值。

剖清楚明了地面天线G相对于卫星S的几何位置,其中h是卫星相对于赤道对应位置的距离,即静止卫星的高度,凡是设h=35786km。若以地球焦点作为球坐标的原点,则年夜地球焦点到卫星的距离为h+R,式中R是地球半径。而卫星到地面站的间路为d,显然,可引用三角逐的余弦定律来获得

d=√[(R)2+(R+h)2-2R(R+h)cosβ] (1)

在这里角∠β是△SOG中对d的张角,其值可经由过程球面庞角有关公式,用经、纬度来求得。鉴于地舆经、纬度的交壤是一个直角,为此,由卫星在地球上的对应点S和地面站G所处经度沿伸到赤道的位置点G,所形成的球面直角三角形△S′G′G中∠S′G′G=90°。若引用球面直角三角形公式(“Hand book of Mathematical Tables and Formulas” MCGRAW Hill Book Company 1973),可找到

cosβ=cosθcosα (2)

式中θ是北纬度,α是相对经度,即卫星经度αs和地面站经度αG的相位差α=αs-αG。把式(2)代入式(1)中,可得

D=√[(R)2+(R+h)2-2R(R+h) cosθcosα] (3)

引用球面庞角有关公式,可得

sinθ=tanαcotφ (4)

式中φ角是方位角,以正南方为基准来换算。上式的另一种写法为

φ=arctan(tanα÷sinθ) (5)

采用简单三角变换可求得地面天线的仰角r

R=artan{cos(αs-αG)cosθ-R/(R+h)÷√1-[cosθcos(αs-αG)2]} (6)

若取地球平均半径R=6370km,卫星高度h=35786km,则,上述几个公式可简化成

d=42161[1.023-0.3cosθcos(αs-αG)]1/2 (7)

r=arctan{cosθcos(αs-αG)-0.1511÷√1-[cosθcos(αs-αG)2]} (8)

φ=arctan(tanα÷tanθ) (9)

以南京地域为例,南京地址的地舆位置为东经118.78°,北纬32.7°,若领受今年7月5日发射的中星6B(China Set-6B)通信广播卫星,它处于东经115.5°,引用式(7)、(8)、(9)来计较南京地球站天线相对于中星6B的坐标,在这里θ=32.7°,α=αs-αG=115.5°-118.78°=-3.28°,为此

d=42161×0.878=37019.19km

r=arctan1.325628=52.97°

φ=-6.0554°(正南偏西6.0554度)。

在现实操作时老是用地磁标的目的来确定南、北,虽然地磁的南北极接近于地球的地舆南北极,但并不完全重合,所以方位角要惹人磁偏角作一些批改,但因为地磁极位置并不完全固定,会发哨兵然的漂移,所以在现实工作中,为了最佳确定仰角和方位角,可按照所领受旌旗灯号载波电平来调整,例如用中剖ё儇波电平指示所领受旌旗灯号强弱或监测信标电平巨细来调成天线方位角和仰角。当然必需断开中频自动增益节制。若地面天线瞄准卫星波束,响应中剖ё儇波或信标电平最年夜,声名天线位置已调到最佳值,这类调整是微调,为此,在操作时要邃密进行才能取得最佳效不美观。今朝地球站均有自动跟踪系统,只有年夜体方位对好,系统就能阐严重染,无需手动操作。


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