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遥感卫星地面站天线遮挡预报模型及其应用

付伟龙 石璐 吴凤霞 邓少华 田妙苗 马广彬

付伟龙, 石璐, 吴凤霞, 邓少华, 田妙苗, 马广彬. 遥感卫星地面站天线遮挡预报模型及其应用[J]. 空间科学学报, 2024, 44(5): 957-964. doi: 10.11728/cjss2024.05.2023-0134
引用本文: 付伟龙, 石璐, 吴凤霞, 邓少华, 田妙苗, 马广彬. 遥感卫星地面站天线遮挡预报模型及其应用[J]. 空间科学学报, 2024, 44(5): 957-964. doi: 10.11728/cjss2024.05.2023-0134
FU Weilong, SHI Lu, WU Fengxia, DENG Shaohua, TIAN Miaomiao, MA Guangbin. Remote Sensing Satellite Ground Station Antenna Occlusion Forecasting Model and its Application (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2024, 44(5): 957-964 doi: 10.11728/cjss2024.05.2023-0134
Citation: FU Weilong, SHI Lu, WU Fengxia, DENG Shaohua, TIAN Miaomiao, MA Guangbin. Remote Sensing Satellite Ground Station Antenna Occlusion Forecasting Model and its Application (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2024, 44(5): 957-964 doi: 10.11728/cjss2024.05.2023-0134

遥感卫星地面站天线遮挡预报模型及其应用

doi: 10.11728/cjss2024.05.2023-0134 cstr: 32142.14.cjss2024.05.2023-0134
基金项目: 空间科学卫星在轨运行地面支撑系统地面接收分系统项目资助(E02118050B)
详细信息
    作者简介:
    • 付伟龙 男, 1989年3月出生于河北省廊坊市, 现为中国科学院空天信息创新研究院工程师, 主要研究方向为卫星地面接收系统工程技术、电磁场与微波技术等. E-mail: fuwl@aircas.ac.cn
  • 中图分类号: V443.1, TN927

Remote Sensing Satellite Ground Station Antenna Occlusion Forecasting Model and its Application

  • 摘要: 基于遥感卫星地面站业务运行中所遇到的实际问题和运行经验, 为降低因地面站天线周边遮挡物对低轨道空间科学卫星、陆地观测卫星等极轨卫星的空间通信任务所产生的影响, 以提高航天器和地面的有效通信时长和通信质量为目标, 将地面站天线作为基准, 对周边环境的遮挡进行建模分析. 建立遮挡模型空间几何关系, 模型选择推导“天线无遮挡最小仰角”的求解思路, 通过模型分析和推导得到了遮挡物的实体遮挡模型公式和大型天线遮挡模型公式. 通过模型验证, 将模型计算结果同实际遮挡采样信息对比, 结果表明遮挡模型和遮挡实际情况基本吻合, 模型计算结果准确度可达到99.67%. 以天线遮挡预报模型为信息支持, 将天线遮挡预报封装成服务, 在任务规划阶段调用天线遮挡预报的计算服务和相应任务规划策略, 以实现天线遮挡预报模型在地面站运行管理资源调度中的工程应用. 经试运行和应用统计结果表明, 某地面站的运行管理资源调度优化率达到56.07%.

     

  • 图  1  实体遮挡模型空间几何结构

    Figure  1.  Spatial geometry of solid occlusion mode

    图  2  大型天线遮挡模型空间几何结构

    Figure  2.  Spatial geometry of large antenna occlusion model

    图  3  天线无遮挡最小仰角

    Figure  3.  Minimum elevation angle without obstruction

    图  4  实例分析与验证

    Figure  4.  Example analysis and validation

    图  5  天线遮挡预报模型

    Figure  5.  Antenna occlusion forecasting model

    表  1  地面站天线A无遮挡最小仰角计算数据 (起始跟踪最小仰角为5º)

    Table  1.   Calculation data for the minimum elevation angles without obstruction of the ground station antenna A (Minimum elevation angle of 5º for initial tracking)

    天线A方
    位角度/(º)
    天线B
    方位角/(º)
    夹角$ \alpha $
    /(º)
    无遮挡最
    小仰角$ {E}_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}} $/(º)
    137149.6812.681.464
    138149.6811.685.181
    139149.6810.687.029
    140149.689.688.358
    141149.688.689.393
    142149.687.6810.224
    143149.686.6810.900
    144149.685.6811.448
    145149.684.6811.887
    146149.683.6812.229
    147149.682.6812.483
    148149.681.6812.654
    149149.680.6812.745
    149.68149.68012.763
    150149.68–0.3212.759
    151149.68–1.3212.696
    152149.68–2.3212.554
    153149.68–3.3212.330
    154149.68–4.3212.021
    155149.68–5.3211.618
    156149.68–6.3211.111
    157149.68–7.3210.484
    158149.68–8.329.713
    159149.68–9.328.758
    160149.68–10.327.550
    161149.68–11.325.934
    162149.68–12.323.359
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    表  2  某地面站S天线A周边地理环境参数

    Table  2.   Parameters of the geographic environment around the antenna of a ground station

    试验
    类型
    与天线A
    距离/m
    俯仰轴绝对
    海拔高度/m
    遮挡物相对
    天线A的
    方位角
    /(º)
    天线A047.1650
    天线B7247.165137~161
    天线C97.347.165102~117
    山体 k3432330~396.4585~91
    建筑 z230~27064.8137~185
    下载: 导出CSV

    表  3  某地面站天线遮挡预报试运行情况

    Table  3.   Trial operation of antenna occlusion forecasting at a ground station

    采样
    时间/d
    任务样本
    总量/轨
    遮挡预报和
    资源优化
    任务量/轨
    运行管理
    资源调度
    优化率/ (%)
    23 2149 1205 56.07
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-21
  • 修回日期:  2024-02-28
  • 网络出版日期:  2024-04-09

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