用于估计在从初始轨道到任务轨道的转移阶段中卫星的方向的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于估计在转移阶段中卫星(20)的方向的方法(50)，通过针对不同的测量天线指向方向执行用于测量接收强度的多个步骤(52)来相对于测量天线(30)估计所述卫星方向，其中，由卫星(20)发射的目标信号由测量天线以所述接收强度接收到。另外，目标信号包括被称为单频分量的基本上是正弦的分量，并且每个强度测量步骤(52)包括根据由测量天线(30)提供的信号获得的数字信号的频域中的变换，以在包括单频分量的给定频段上产生所述数字信号的频谱，以及考虑中的指向方向的强度测量是基于频谱的最大值来确定的。

A Method and System for Estimating the Direction of Satellites in the Transition Phase from Initial Orbit to Mission Orbit

The present invention relates to a method (50) for estimating the direction of a satellite (20) in the transfer phase, which estimates the direction of the satellite relative to the measurement antenna (30) by executing a plurality of steps (52) for measuring the reception intensity in different direction of the measurement antenna, in which the target signal transmitted by the satellite (20) is received by the measurement antenna with the reception intensity. In addition, the target signal includes a component called a single frequency component that is basically sinusoidal, and each intensity measurement step (52) includes a transform in the frequency domain of the digital signal obtained from the signal provided by the measurement antenna (30), to generate the spectrum of the digital signal at a given frequency band including the single frequency component, and the intensity measurement in the direction considered is spectrum-based. The maximum value is determined.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于估计在从初始轨道到任务轨道的转移阶段中卫星的方向的方法和系统
本专利技术涉及观测地球轨道上的卫星的领域。更特别地，本专利技术涉及用于估计在从被称为“初始轨道”的地球轨道到被称为“任务轨道”的另一地球轨道的转移阶段中卫星的方向的系统和方法。该估计旨在例如在转移阶段期间恢复卫星的轨道。本专利技术具有特别有利但是非限制性的下述应用：用于对将卫星从地球同步转移轨道(GTO)定位在地球同步轨道(GEO)中进行监测，特别是当通过卫星的电力推进装置或者通过提供对所述卫星从GTO轨道到GEO轨道的运送的运载工具来执行定位时。
技术介绍
通常，实现遥测、跟踪与指挥(TT&C)站以用于监测卫星从GTO轨道(在GTO轨道上所述卫星被发射器所喷射)到GEO轨道的转移阶段。这样的TT&C站包括高指向性天线以确保足以对在转移阶段期间由卫星发射的遥测信号进行解码的接收水平，并且是机动的以跟踪所述卫星在转移阶段期间的位移。估计的方向对应于使得可以使遥测信号的接收功率测量最大化的天线指向方向。使用TT&C站是非常昂贵的，使得最好必须尽可能地减少TT&C站的租用持续时间。然而，在通过电力推进定位在GEO轨道上的情况下，转移时间持续约3个月(在通过混合电力/化学推进装置进行定位的情况下)至约6个月(在唯一通过电力推进装置进行定位的情况下)。在这段时间(3个月至6个月)内租用TT&C站的费用过高。此外，尽管继续发展使用电力推进装置定位在GEO轨道上，但TT&C站的当前网络将很快供不应求。替选方案将在于仅偶尔使用TT&C站来监测卫星的转移阶段。在这样的情况下，将使用所述卫星的计划轨迹来估计在使用TT&C站时卫星的方向，以便将所述TT&C站的天线引导到计划方向上。然而，如果卫星不在计划方向上，例如由于电力推进装置的故障，则所述卫星将丢失并且可能仅通过借助于一个或若干个TT&C站来执行空间扫描才可以找到所述卫星。由于TT&C站的天线的高指向性，这样的扫描将然而是长时间的且昂贵的。为了克服这些缺点，可以考虑使用配备有指向性低于传统的TT&C站的天线的系统。然而，由卫星发射的遥测信号将以远低于本底噪声的功率电平被接收。此外，由于所使用的天线具有更低的指向性，因此这样的系统将对到达方向接近于所考虑的所述卫星的遥测信号的到达方向的干扰的存在更敏感。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提出以下解决方案来弥补现有技术的解决方案——特别是本文中上面公开的那些解决方案——的全部或部分限制，所提出的解决方案使得可以利用比传统的TT&C站的天线的指向性更低的天线来估计在转移阶段中卫星的方向。为此，并且根据第一方面，本专利技术涉及一种用于估计在所述卫星从被称为“初始轨道”的地球轨道到被称为“任务轨道”的另一地球轨道的转移阶段期间卫星的方向的方法，通过针对所述测量天线的不同指向方向执行用于通过所述测量天线测量由所述卫星发射的目标信号的接收功率的多个步骤来相对于测量天线估计所述卫星的所述方向，所估计的所述卫星的方向对应于使得可以使功率测量最大化的指向方向。根据本专利技术，由于目标信号包括被称为“单频分量”的基本上正弦的分量，每个功率测量步骤包括根据由测量天线提供的信号获得的数字信号在频域中的变换，以获得所述数字信号在包括单频分量的被称为“测量频段”的预定频段上的频谱，以及所考虑的指向方向的功率测量是基于频谱的最大值来确定的。因此，通过使由卫星发射的目标信号(例如所述卫星的遥测信号)的接收功率测量最大化来估计卫星的方向。然而，功率测量是在频域中进行的，这具有若干优点。一方面，在相当长的时间段内获取数字信号，然后在频域中的处理数字信号会恢复到执行所述数字信号与正弦信号的若干相关，所述正弦信号对应于在频域中所考虑的各种离散频率。这样的布置引入了比传统的TT&C站中的处理增益更大的处理增益，特别是在目标信号的基本上正弦的单频分量上。在使用指向性低于传统的TT&C站的天线的指向性的天线的情况下，这种更大的处理增益使得可以显著改善目标信号的信噪比，该目标信号在测量天线输出处将具有比本底噪声小得多的功率水平。另一方面，频域中的变换使得可以抑制干扰，该干扰虽然具有接近由卫星发射的目标信号的到达方向的到达方向，但是在所述目标信号的频率中被分开。事实上，考虑包括至少目标信号的单频分量的频率但不包括所述干扰的频率的测量频段就足够了。通过尤其集中于基本上正弦的单频分量上，可以具有相当大的频率选择性，并且因此相对于干扰特别具有鲁棒性。在特定实施方式中，该方法还可以包括单独采用或根据所有技术上允许的组合采用的一个或若干个以下特征。在特定实施方式中，在功率测量的步骤期间所考虑的测量频段的宽度可以具有若干不同值。这样的布置尤其使得可以逐步改善关于干扰的频率选择性。实际上，若干个参数可以在不同的幅度的程度上影响目标信号的单频分量的频率。一方面，目标信号是利用频率合成来生成的，该频率合成在发射时引入低幅度(通常为几赫兹)的频率扩展，这意味着所述单频分量的频率不严格等于针对所述单频分量的发射所期望的理论频率。此外，由于卫星相对于测量天线的位移引入的并且具有更大的幅度(通常为几百千赫兹)多普勒频移，接收目标信号的单频分量的频率通常不同于发射所述单频分量的频率。因此，在检测卫星之前，目标信号频率的不确定性可能很大，并且因此优选使用足够宽的测量频段，以确保所述单频分量的频率在所考虑的所述测量频段内。一旦检测到单频分量，就可以考虑更窄的、重定位为以所述单频分量的频率为中心的测量频段，以提高对与单频分量同时接收的任何干扰的抑制。在特定实施方式中，功率测量的步骤期间所考虑的测量频段以根据先前用于测量功率的步骤期间的所述单频分量的估计频率并且根据卫星的理论轨迹来估计的单频分量的频率为中心。在特定实施方式中，在测量功率的步骤期间所考虑的测量频段的宽度是根据从先前用于测量功率的步骤起经过的时间来确定的。这样的布置使得可以改进频率选择性，并且因此抑制干扰。实际上，单频分量频率的不确定性随着两个功率测量之间经过的时间而增加。因此，将两个功率测量之间经过的时间考虑在内使得可以最佳地调整所考虑的测量频段的宽度，测量频段的宽度可以被选择为尽可能小，而仍然确保其包括单频分量的频率。在特定实施方式中，在被称为“获取频段”的预定义频段上获得数字信号，并且所考虑的每个测量频段是获取频段的子频段。在特定实施方式中，在功率测量的步骤期间所考虑的测量频段以所述单频分量的估计频率为中心。在特定实施方式中，用于估计卫星的方向的方法包括：-根据卫星的理论轨迹估计在所考虑的指向方向上影响所述单频分量的理论频率的多普勒频移，-根据所估计的多普勒频移和所述单频分量的理论频率来估计所述单频分量的频率。在特定实施方式中，通过在频率变化斜率值的一组假定下对数字信号进行预补偿以从中确定最现实的假定来执行多普勒频移的估计。该步骤发生在信号的任何频率分析之前。预补偿的假定(每个假定之间的数字、值和间隔方面)的程度与卫星的预期运动学相关。该预补偿使得对于测试的最现实的假定可以减小目标信号的频率扩展，并且从而有利于目标信号的检测并且改进对目标信号进行的功率测量的质量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于估计在卫星(20)从被称为“初始轨道”的地球轨道到被称为“任务轨道”的另一地球轨道的转移阶段期间所述卫星的方向的方法(50)，通过针对测量天线(30)的不同指向方向执行用于通过所述测量天线测量由所述卫星(20)发射的目标信号的接收功率的多个步骤(52)来相对于所述测量天线估计所述卫星的所述方向，所估计的所述卫星的方向对应于使功率测量最大化的指向方向，其特征在于，所述目标信号包括被称为“单频分量”的基本上正弦的分量，每个功率测量步骤(52)包括根据由所述测量天线(30)提供的信号获得的数字信号在频域中的变换，以获得所述数字信号在包括所述单频分量的被称为“测量频段”的预定频段上的频谱，并且所考虑的所述指向方向的所述功率测量是基于所考虑的所述测量频段上的所述频谱的最大值来确定的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.27 FR 16572091.一种用于估计在卫星(20)从被称为“初始轨道”的地球轨道到被称为“任务轨道”的另一地球轨道的转移阶段期间所述卫星的方向的方法(50)，通过针对测量天线(30)的不同指向方向执行用于通过所述测量天线测量由所述卫星(20)发射的目标信号的接收功率的多个步骤(52)来相对于所述测量天线估计所述卫星的所述方向，所估计的所述卫星的方向对应于使功率测量最大化的指向方向，其特征在于，所述目标信号包括被称为“单频分量”的基本上正弦的分量，每个功率测量步骤(52)包括根据由所述测量天线(30)提供的信号获得的数字信号在频域中的变换，以获得所述数字信号在包括所述单频分量的被称为“测量频段”的预定频段上的频谱，并且所考虑的所述指向方向的所述功率测量是基于所考虑的所述测量频段上的所述频谱的最大值来确定的。2.根据权利要求1所述的方法(50)，其中，在用于测量功率的步骤(52)期间所考虑的所述测量频段的宽度能够具有若干不同值。3.根据权利要求1至2之一所述的方法(50)，其中，在用于测量功率的步骤(52)期间所考虑的所述测量频段以根据先前用于测量功率的步骤(52)期间的所述单频分量的估计频率并且根据所述卫星的理论轨迹来估计的所述单频分量的频率为中心。4.根据权利要求1至3之一所述的方法(50)，其中，在用于测量功率的步骤(52)期间所考虑的所述测量频段的宽度是根据从先前测量功率的步骤起经过的时间来确定的。5.根据权利要求1至4之一所述的方法(50)，其中，在被称为“获取频段”的预定义频段上获得所述数字信号，并且其中，所考虑的每个测量频段是所述获取频段的子频段。6.根据权利要求1至5之一所述的方法(50)，其中，在用于测量功率的步骤(52)期间所考虑的所述测量频段以所述单频分量的估计频率为中心。7.根据权利要求6所述的方法(50)，包括：-根据所述卫星的理论轨迹估计在所考虑的所述指向方向上影响所述单频分量的理论频率的多普勒频移，-根据所估计的多普勒频移和所述单频分量的所述理论频率来估计所述单频分量的频率。8.根据权利要求6至7之一所述的方法(50)，包括：根据所述数字信号的所述频谱估计所述单频分量的频率。9.根据权利要求1至8之一所述的方法(50)，其中，所述单频分量受到围绕所述单频分量的理论频率的最大宽度为δF的频率扩展的影响，在所述频域中的变换之前所述数字信号具有持续时间ΔT，使得：10.根据权利要求1至9之一所述的方法(50)，包括搜索阶段(60)和确认阶段(70)：-所述搜索阶段(60)包括：用于测量围绕所述卫星的理论方向的第一预定扫描锥内的指向方向的接收功率的步骤(52)；以及根据针对所考虑的所述指向方向获得的所述功率测量来评估预定检测标准的步骤(53)，只要所述检测标准未被验证，则针对所述第一扫描锥内的另一指向方向重复用于测量功率的所述步骤(52)和用于评估的所述步骤(53)，-所述确认阶段(70)在对于针对被称为“检测方向”的指向方向获得的功率测量验证了所述检测标准时被执行，所述确认阶段包括针对围绕所述检测方向的第二扫描锥内的不同相应指向方向执行的若干用于测量功率的步骤(52)，所述卫星(20)的估计方向对应于所述确认阶段(70)期间的使所述功率测量最大化的指向方向。11.根据权利要求10所述的方法(50)，包括：在所述确认阶段(70)之后的更新所述卫星(20)的所述估计方向的阶段(80)，其包括分别与围绕所述确认阶段(70)期间获得的所述估计方向的不同指向方向相关联的多个测量功率的步骤(52)以及根据所述功率测量并且根据所述测量天线(30)的辐射图的预定模型来更新所述估计方向的步骤(55)。12.根据权利要求11所述的方法(50)，其中，所述更新阶段(80)随时间而重复，在更新阶段(80)期间进行的所述功率测量是针对围绕先前更新...

【专利技术属性】
技术研发人员：让马克·艾姆，塞巴斯蒂安·马聚埃尔，安托万·波利特，
申请(专利权)人：空中客车防务和空间公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR