本發(fā)明涉及波束高精度指向和跟蹤領(lǐng)域，特別是涉及一種涉及空間發(fā)電衛(wèi)星和受電衛(wèi)星的微波無線傳能波束高精度指向和跟蹤方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前在軌衛(wèi)星95％以上采用太陽電池陣供電，基于衛(wèi)星儀器設(shè)備功耗和載荷重量需求等選擇衛(wèi)星平臺，進而確定太陽電池陣的尺寸。然而，隨著對衛(wèi)星平臺供電能力、壽命需求的不斷增長，傳統(tǒng)太陽電池陣供電模式存在面積及質(zhì)量隨著太陽帆板發(fā)電功率的增大而增大、展開過程復(fù)雜易出故障、太陽電池陣不斷調(diào)整方向的過程種導(dǎo)致整星穩(wěn)定度降低等問題。因而通過衛(wèi)星無線傳能的方式為衛(wèi)星充電成為未來空間衛(wèi)星平臺能源功率和可靠性發(fā)展的重要研究方向。

2、現(xiàn)有微波傳能系統(tǒng)中的波束指向測量與控制方法主要是基于方向回溯陣列的反向波束控制方法。這種方法主要是通過調(diào)整導(dǎo)引信號與能量信號的相位關(guān)系，實現(xiàn)能量波束的精確指向測量與控制。這種方法精度較低且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而能量波束指向精度的高低直接影響著微波無線傳能系統(tǒng)的波束收集效率大小。微波傳能系統(tǒng)不僅要求波束指向精度高，能量收集效率高，且結(jié)構(gòu)盡可能簡單。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微波無線傳能波束高精度指向和跟蹤方法和系統(tǒng)，能夠提高波束指向精度，從而提高微波傳能系統(tǒng)的能量收集效率。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種微波無線傳能波束高精度指向和跟蹤方法，由發(fā)電衛(wèi)星通過發(fā)射天線陣面發(fā)射能量波束，受電衛(wèi)星通過接收天線陣面進行接收，包括以下步驟：

3、s1.在能量波束發(fā)射之前，發(fā)電衛(wèi)星和受電衛(wèi)星首先利用干涉儀測角的方法進行角度測量，測量結(jié)果即為能量波束初始對準的指向角度；然后通過一體化鏈路將初始對準的指向角度傳輸至發(fā)射天線，發(fā)射天線根據(jù)測量的角度調(diào)整陣面與接收陣面對準，并發(fā)射能量波束；

4、s2.在接收天線陣面上按照設(shè)定的排布方式安裝功率監(jiān)測點，能量波束到達受電衛(wèi)星接收天線陣面后，接收陣面根據(jù)功率監(jiān)測點測出的接收功率進行能量中心自適應(yīng)檢測，通過監(jiān)測點的功率反演處能量中心的實際位置；

5、s3.接收陣面根據(jù)功率監(jiān)測點檢測到的能量中心位置得出入射波束在接收天線坐標系下的方位角以及中心偏移距離，然后結(jié)合一體化鏈路的測距信息，估計出入射波束的俯仰角；

6、s4.受能衛(wèi)星通過測距通信一體化反饋鏈路將俯仰角和方位角估計值反饋到發(fā)射天線，對波束指向誤差進行校正，從而實現(xiàn)微波傳能系統(tǒng)的高精度波束指向控制。

7、一種微波無線傳能波束高精度指向和跟蹤系統(tǒng)，包括：發(fā)電衛(wèi)星、發(fā)射天線陣面、受電衛(wèi)星、接收天線陣面、干涉儀測角模塊、能量中心自適應(yīng)檢測模塊，以及測距通信一體化反饋鏈路；

8、所述發(fā)電衛(wèi)星，用于通過發(fā)射天線陣面發(fā)射能量波束；

9、所述受電衛(wèi)星，用于通過接收天線陣面進行信號接收；

10、所述干涉儀測角模塊，用于在能量波束發(fā)射之前，供發(fā)電衛(wèi)星和受電衛(wèi)星進行角度測量，將測量結(jié)果作為能量波束初始對準的指向角度；

11、所述能量中心自適應(yīng)檢測模塊，用于在接收天線陣面上按照設(shè)定的排布方式安裝功率監(jiān)測點，能量波束到達受電衛(wèi)星接收天線陣面后，根據(jù)功率監(jiān)測點測出的接收功率進行能量中心自適應(yīng)檢測；

12、所述測距通信一體化反饋鏈路，用于測量發(fā)電衛(wèi)星和受電衛(wèi)星之間的距離以及將俯仰角和方位角估計值反饋到發(fā)射天線，實現(xiàn)對波束指向誤差進行校正，從而實現(xiàn)微波傳能系統(tǒng)的高精度波束指向控制。

13、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能夠提高波束指向精度，從而提高微波傳能系統(tǒng)的能量收集效率。

技術(shù)特征：

1.一種微波無線傳能波束高精度指向和跟蹤方法，由發(fā)電衛(wèi)星通過發(fā)射天線陣面發(fā)射能量波束，受電衛(wèi)星通過接收天線陣面進行接收，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波無線傳能波束高精度指向和跟蹤方法，其特征在于：所述步驟s1中，通過干涉儀測角系統(tǒng)對發(fā)電衛(wèi)星能量發(fā)射陣面和受電衛(wèi)星能量接收陣面之間的角度進行測量，該角度即能量波束初始對準的指向角度具體測量過程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波無線傳能波束高精度指向和跟蹤方法，其特征在于：所述步驟s2包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波無線傳能波束高精度指向和跟蹤方法，其特征在于：所述步驟s3包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波無線傳能波束高精度指向和跟蹤方法，其特征在于：所述步驟s4包括：

6.一種微波無線傳能波束高精度指向和跟蹤系統(tǒng)，采用權(quán)利要求1～5中任意一項所述的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：發(fā)電衛(wèi)星、發(fā)射天線陣面、受電衛(wèi)星、接收天線陣面、干涉儀測角模塊、能量中心自適應(yīng)檢測模塊，以及測距通信一體化反饋鏈路；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種微波無線傳能波束高精度指向和跟蹤方法和系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括干涉儀測角、能量中心自適應(yīng)檢測以及測距通信一體化反饋鏈路三個模塊，干涉儀測角模塊為能量波束對準提供初始指向角度，充電衛(wèi)星根據(jù)干涉儀測角結(jié)果控制發(fā)射天線發(fā)射能量波束。波束到達接收天線陣面后，接收天線通過多個功率監(jiān)測點測出的功率，然后通過自適應(yīng)測量算法反演出能量中心的實際位置，得出入射波束在接收天線坐標系下的方位角以及中心偏移距離，結(jié)合測距信息，估計出入射波束的俯仰角，受能衛(wèi)星通過測距通信一體化反饋鏈路將俯仰角和方位角估計值反饋到發(fā)射天線，對波束指向誤差進行校正，從而實現(xiàn)微波傳能系統(tǒng)的高精度波束指向控制。

技術(shù)研發(fā)人員：李雪,王璐璐,胡榜濤,薛林山
受保護的技術(shù)使用者：重慶大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6