一种对GEO卫星的对地波束校准方法、装置、电子设备及存储介质

一种对geo卫星的对地波束校准方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
1.本技术涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种对geo卫星的对地波束校准方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.卫星通信由于能够保证大覆盖、超高数据速率传输，成为下一代信息通信系统的关键技术。其中，geo卫星因其覆盖范围大、全天不间断通信等特点，被广泛应用于通信传输、电视广播和气象预报等领域，同时也是全球导航系统的重要组成部分。但geo卫星在其运行过程中，会受地球自转等影响而发生天线波束偏移的现象，由此产生覆盖漂移等问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术的目的在于提出一种对geo卫星对地波束校准方法、装置、电子设备及存储介质。
4.基于上述目的，本技术提供了一种对geo卫星对地波束校准方法，包括：
5.获取卫星标校波束的测量功率值；
6.根据所述测量功率值，得到卫星天线指向的俯仰角偏差及方位角偏差；
7.根据所述俯仰角偏差及方位角偏差，通过训练好的偏差预测模型，得到下一时刻的预测俯仰角偏差及预测方位角偏差；
8.将所述预测俯仰角偏差及预测方位角偏差传输至卫星。
9.从上面所述可以看出，本技术提供的一种对geo的卫星对地波束校准方法、装置、电子设备及存储介质，在获取卫星天线波束俯仰角和方位角偏差角度的基础上，利用偏差预测模型，在获取geo卫星俯仰角和方位角偏差先验信息模型困难的情况下，根据过往偏差数据，有效预测后续时刻的俯仰角和方位角偏差角度。从而进一步地对geo卫星波束进行校准，降低最大地表指向偏移。
附图说明
10.为了更清楚地说明本技术或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为本技术实施例对geo卫星的对地波束校准方法的流程示意图；
12.图2为本技术实施例的偏差预测模型的示意图；
13.图3为图2中的lstm模型的示意图；
14.图4为本技术实施例的偏差预测模型的训练过程示意图；
15.图5为本技术实施例对geo卫星的对地波束校准装置结构示意图；
16.图6为本技术实施例的电子设备结构示意图。
具体实施方式
17.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。
18.需要说明的是，除非另外定义，本技术实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
19.如背景技术中所述，geo卫星在其运行过程中，会受地球自转等影响而发生天线波束偏移的现象，由此产生覆盖漂移等问题。相关技术中的波束校准方案，一般是在假设geo卫星俯仰角和方位角的偏差呈现周期性和强相关性的强相关性的情况下，建立先验信息模型，然后进行校准。
20.然而，geo卫星的俯仰角和方位角偏差受到多种因素的影响，先验信息模型是非常复杂的非线性关系，很难用传统的模型去建模。因此虽然相关技术可以一定程度上校准波束角度偏差，但是校准后波束仍然存在较大漂移。
21.综合上述考虑，本技术一个或多个实施例提出一种对geo卫星的对地波束校准方法，基于预先训练的偏差预测模型，利用测算得到的历史时刻卫星天线指向的俯仰角偏差及方位角偏差，得到下一时刻的预测偏差值，以此达到校准卫星指向偏差。
22.以下，通过具体的实施例来详细说明本技术一个或多个实施例的技术方案。
23.参考图1，本技术一个或多个实施例的针对geo卫星的对地波束校准方法，包括以下步骤：
24.步骤s101：获取卫星标校波束的测量功率值。
25.在本步骤中，首先通过地面标校站获取geo卫星的标校波束的测量功率值，后续基于测量功率值进行卫星天线俯仰角及方位角偏差的预测。
26.在实现本技术的过程中，发明人发现，虽然通过地面标校站控制卫星姿态偏置控制可以维持卫星多波束天线的中心视轴指向固定位置，但是除视轴外的其他波束中心仍然以天为单位，进行周期性移动。因此本技术通过测量标校波束的测量功率值，计算除视轴外其他波束的指向偏差，并根据该偏差调整卫星姿态。
27.具体的，当卫星天线中心视轴指向地面标校站接收天线时，获取卫星发射的东西南北四个方位标校波束的测量功率值。其中，东向波束测量功率值为e2，西向波束测量功率值为w2，南向波束测量功率值为s2，北向波束功率测量值为n2。
28.步骤s102：根据所述测量功率值，得到卫星天线指向的俯仰角偏差及方位角偏差。
29.在本步骤中，根据得到的四个方位的标校波束的测量功率值，利用归一化差分指向误差测量方法，得到卫星天线指向的俯仰角偏差及方位角偏差。
30.具体的，南北方向的指向偏差δβ对应卫星天线指向的俯仰角偏差计算公式为：
东西方向指向偏差δα对应卫星天线指向的方位角偏差对应的计算公式为：其中，k
ns
和k
ew
为测量校正因子。
31.步骤s103：根据所述俯仰角偏差及方位角偏差，通过训练好的偏差预测模型，得到下一时刻的预测俯仰角偏差及预测方位角偏差。
32.在本步骤中，输入偏差预测模型当前时刻卫星天线指向的俯仰角偏差及方位角偏差，将得到输出的下一时刻的预测俯仰角偏差及预测方位角偏差。
33.具体的，偏差预测模型包括lstm子模型和fnn子模型。lstm(longshort-termmemory，长短期记忆人工神经网络)具有强大的非线性拟合能力和时间记忆特性。而卫星天线指向的俯仰角偏差及方位角偏差由于受到多种因素影响，很难获取先验信息模型。因此通过lstm能够更好的对下一时刻的俯仰角偏差及方位角偏差预测和校准，进一步的降低了最大地表指向偏移。同时，与现有相关技术相比，lstm具有更低的计算复杂度和更快的推理速度。
34.将根据步骤s102得到的当前时刻俯仰角偏差及方位角偏差输入偏差预测模型。偏差预测模型将首先调用从上一时刻起n个连续历史时刻俯仰角偏差及方位角偏差，并对当前时刻和历史时刻俯仰角偏差和方位角偏差进行归一化处理得到特征值，lstm子模型将对特征值进行处理并输出含有偏差信息的向量。根据得到的当前时刻及历史时刻含有偏差信息的向量，通过fnn 子模型，输出预测的下一时刻仰角偏差及方位角偏差。
35.在一些实施例中，本实施例以当前时刻为t为例，说明偏差预测模型的作业原理，如图2所示，该模型计算步骤如下：
36.首先对时刻t的仰角偏差及方位角偏差进行归一化处理，得到特征值x
t
。
37.然后，将特征值信息x
t
输入到lstm子模型中。其中，参考图3，lstm 子模型示意图如下：
38.计算遗忘门f
t
，f
t
＝σ(ufx
t
wfh
t-1
bf)。其中σ(
·
)表示sigmoid激活函数，uf，wf，bf分别表示是输入权重矩阵，遗忘门权重矩阵，偏置向量。h
t-1
为上一时刻lstm子模型的输出值。
39.计算外部输入门g
t
，g
t
＝σ(ugx
t
wgh
t-1
bg)。其中σ(
·
)表示sigmoid激活函数，ug，wg，bg分别表示是输入权重矩阵，遗忘门权重矩阵，偏置向量。
40.计算lstm子模型的内部状态c
t
，c
t
＝f
tct-1
g
t tanh(ux
t
wh
t_1
b)。其中tanh(
·
)表示激活函数，u，w，b分别表示是输入权重矩阵，遗忘门权重矩阵，偏置向量。c
t-1
是上一时刻lstm子模型的内部状态。
41.计算输出门q
t
，q
t
＝σ(uqx
t
w
qht-1
bq)。其中σ(
·
)表示sigmoid激活函数，uq，wq，bq分别表示是输入权重矩阵，遗忘门权重矩阵，偏置向量。
42.计算lstm子模型的当前时刻的输出h
t
，h
t
＝tanh(c
t
)q
t
。其中tanh(
·
) 表示激活函数。
43.通过lstm子模型，可以得到t时刻的含有偏差信息的向量。
44.之后，将lstm子模型输出值h
t
，以及历史时刻输出值h
t-1 1
、h
t-1 2
、
…
、 h
t-1
、h
t
一并输入到fnn子模型当中。得到预测的t 1时刻俯仰角偏差及方位角偏差。计算公式为：
45.[δα
′
t 1
，δβ
′
t 1
]＝ f
fnn
([δα
t
，δβ
t
]，
…
，[δα
t-l 2
，δβ
t-l 2
]，[δα
t-l 1
，δβ
t-l 1
])。
[0046]
在一些可选的实施例中，本实施例中以lstm子模型和fnn子模型为例，详细介绍偏差预测模型的训练过程。如图4所示，该模型的训练过程包括以下步骤：
[0047]
步骤s201：获取训练用俯仰角偏差及方位角偏差。
[0048]
具体的，地面标校站按照每分钟一次的频率获取一天的俯仰角偏差及方位角偏差，取样值共计1440。
[0049]
步骤s202：根据俯仰角偏差及方位角偏差，确定若干个训练用数据集，并确定每个所述数据集对应的目标结果。
[0050]
对1440组偏差角度进行分段操作，确定若干个训练用数据集，每个训练用数据集包括20个连续的历史时刻俯仰角偏差及方位角偏差和作为输入值的俯仰角偏差及方位角偏差。每个训练用数据集对应的目标结果为下一时刻的俯仰角偏差及方位角偏差数据。
[0051]
步骤s203：根据训练用数据集及所述目标结果，构建训练集。
[0052]
步骤s204：根据所述训练集对偏差预测模型进行训练。
[0053]
将历史时刻和当前时刻的俯仰角偏差及方位角偏差输入偏差预测模型，并对输出的预测的下一时刻俯仰角偏差及方位角偏差和目标结果的俯仰角偏差及方位角偏差进行比较验证，如果通过偏差预测模型得到的偏差值得准确度小于阈值，则调整偏差预测模型中参数。
[0054]
在一些实施例中，可以设置测试集测试偏差预测模型。测试集构建方式与训练集构建方式一致。其作用为测试偏差预测模型是否可以有效预测下一时刻俯仰角偏差和方位角偏差，如果通过偏差预测模型得到的偏差值得准确度小于阈值，则重新训练偏差预测模型。
[0055]
步骤s104：将所述预测俯仰角偏差及预测方位角偏差传输至卫星。
[0056]
本步骤中，将所得到的下一时刻俯仰角偏差及方位角偏差预测值传输至卫星。卫星系统可以根据该信息进行波束角度调整。
[0057]
需要说明的是，本技术实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本技术实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
[0058]
需要说明的是，上述对本技术的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0059]
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本技术还提供了一种对geo卫星的对地波束校准装置。
[0060]
参考图5，所述对geo卫星的对地波束校准装置，包括：
[0061]
获取模块11，被配置为获取卫星标校波束的测量功率值；
[0062]
测量模块12，被配置为根据所述测量功率值，通过误差测量模型，得到卫星天线指
向的俯仰角偏差及方位角偏差；
[0063]
预测模块13，被配置为根据所述俯仰角偏差及方位角偏差，通过深度神经网络模型，得到下一时刻的预测俯仰角偏差及预测方位角偏差；
[0064]
输出模块14，被配置为将所述预测俯仰角偏差及预测方位角偏差传输至卫星。
[0065]
其中，预测模块13包括：
[0066]
lstm子模块131，被配置为根据所述预处理数据，得到带有预测值信息的向量；
[0067]
fnn子模块132，被配置为根据所述向量，得到下一时刻的预测俯仰角偏差及预测方位角偏差。
[0068]
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本技术时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
[0069]
上述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的对geo卫星的对地波束校准方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0070]
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的一种对geo卫星的对地波束校准方法。
[0071]
图6示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030 和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
[0072]
处理器1010可以采用通用的cpu(central processing unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(application specific integrated circuit， asic)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本技术实施例所提供的技术方案。
[0073]
存储器1020可以采用rom(read only memory，只读存储器)、ram (random access memory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本技术实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
[0074]
输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
[0075]
通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如usb、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、wifi、蓝牙等)实现通信。
[0076]
总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器 1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。
[0077]
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入 /输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本技术实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
[0078]
上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的对geo卫星的对地波束校准方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0079]
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本技术还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的对 geo卫星的对地波束校准方法。
[0080]
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
[0081]
上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的对geo卫星的对地波束校准方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0082]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本技术的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本技术实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0083]
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本技术实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本技术实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本技术实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路) 以描述本技术的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本技术实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
[0084]
尽管已经结合了本技术的具体实施例对本技术进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可以使用所讨论的实施例。
[0085]
本技术实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本技术实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。