多星联合标校的波束指向偏差角动态测量方法及装置与流程

1.本发明涉及卫星移动通信领域，特别涉及一种多星联合标校的波束指向偏差角动态测量方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质。


背景技术：

2.为满足应急通信需求，我国在2016年以后，发射了我国首个国产大s频段移动通信卫星。该卫星使用大口径的可展开多波束环形网状天线覆盖任务区域，系统设计通过多星拼接扩展通信覆盖区域。由于卫星运行在小倾角同步轨道及其他因素，导致天线与地面覆盖区的几何关系呈现周期性及常值性变化，天线的实际指向误差将导致边缘增益变化，影响地面通信覆盖。为保证天线在轨指向精度要求，确保通信覆盖区内通信效果良好，卫星寿命期间需要进行波束标校工作，测量天线指向偏差，调整卫星平台姿态和天线指向。
3.首颗卫星在2016年发射，设计波束中心固定指向成都，通过在卫星波束理论指向点建设固定标校站，基于比幅单脉冲原理，计算比较东西南北4个标校波束的能量差，获取卫星波束实际指向与标校站的指向偏差角。由于标校站坐标与卫星波束理论指向点重合，因此上述测量值即为卫星波束指向偏差角。
4.近年来，后续卫星将陆续入轨运行，通过多星拼接覆盖，扩展海上的通信覆盖范围。为解决因小倾角运动导致的拼接边缘实时变化问题，系统设计各颗卫星的理论指向中心点实时变化，以补偿小倾角运动的影响，确保拼接区覆盖稳定。同时，由于后续卫星覆盖海上，只能基于船载平台建设机动标校站，导致标校测量时，理论指向点和标校测量点将同时变化，无法使用原来首星的标校测量方法完成卫星波束指向偏差计算。
5.针对在海上开展多颗地球同步轨道卫星的联合波束标校中，标校站和卫星波束理论指向点经纬坐标同时实时变化的问题，如何进行多星联合标校的波束指向偏差角测量成为需要解决的问题。


技术实现要素：

6.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的多星联合标校的波束指向偏差角动态测量方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质。
7.本发明的一个实施例提供一种星联合标校的波束指向偏差角动态测量方法，该方法包括：
8.离散化测量卫星标校波束的能量值；
9.根据所述卫星标校波束的能量值计算第一夹角，所述第一夹角为标校站与卫星连线和卫星波束实际指向之间的夹角；
10.实时记录所述标校站的坐标，并将所述标校站的坐标转换为卫星天线坐标系坐标；
11.在卫星天线坐标系下，根据所述标校站坐标及第一夹角计算卫星波束实际指向点
坐标；
12.根据所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标计算卫星波束实际指向与卫星波束理论指向之间夹角。
13.可选地，所述离散化测量卫星标校波束的能量值，包括：
14.在预设周期内每隔预设时间间隔测量卫星东西南北四个标校波束的能量值。
15.可选地，所述根据所述卫星标校波束的能量值计算第一夹角，包括：
16.根据所述卫星标校波束的能量值分别计算东西波束能量差和南北波束能量差，根据东西波束能量差和南北波束能量差分别得到标校站与卫星连线和卫星波束实际指向之间的俯仰方向偏差角和滚动方向偏差角。
17.可选地，所述根据所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标计算卫星波束实际指向与卫星波束理论指向之间夹角，包括：
18.将所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标转换为卫星本体坐标系；
19.在卫星本体坐标系下，根据所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标计算卫星波束实际指向与卫星波束理论指向之间夹角。
20.本发明的另一个实施例提供一种星联合标校的波束指向偏差角动态测量装置，包括：
21.能量值测量单元，用于离散化测量卫星标校波束的能量值；
22.第一夹角计算单元，用于根据所述卫星标校波束的能量值计算第一夹角，所述第一夹角为标校站与卫星连线和卫星波束实际指向之间的夹角；
23.标校站坐标记录单元，用于实时记录所述标校站的坐标，并将所述标校站的坐标转换为卫星天线坐标系坐标；
24.实际指向点坐标计算单元，用于在卫星天线坐标系下，根据所述标校站坐标及第一夹角计算卫星波束实际指向点坐标；
25.指向偏差角计算单元，用于根据所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标计算卫星波束实际指向与卫星波束理论指向之间夹角。
26.可选地，所述能量值测量单元进一步用于：
27.在预设周期内每隔预设时间间隔测量卫星东西南北四个标校波束的能量值。
28.可选地，所述第一夹角计算单元进一步用于：
29.根据所述卫星标校波束的能量值分别计算东西波束能量差和南北波束能量差，根据东西波束能量差和南北波束能量差分别得到标校站与卫星连线和卫星波束实际指向之间的俯仰方向偏差角和滚动方向偏差角。
30.可选地，所述指向偏差角计算单元进一步用于：
31.将所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标转换为卫星本体坐标系；
32.在卫星本体坐标系下，根据所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标计算卫星波束实际指向与卫星波束理论指向之间夹角。
33.本发明的另一个实施例提供一种电子设备，其中，该电子设备包括：
34.处理器；以及，
35.被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行上述的方法。
36.本发明的另一个实施例提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现上述的方法。
37.本发明的有益效果是，本发明解决了海上多星联合标校时标校站和卫星波束理论指向实时变化导致的卫星波束偏差角无法计算的问题，可以实现标校站和卫星波束理论指向均实时变化条件下的波束指向偏差角的计算。
附图说明
38.图1为本发明一个实施例的多星联合标校的波束指向偏差角动态测量方法的流程示意图；
39.图2为本发明一个实施例的多星联合标校的波束指向偏差角动态测量方法的原理图；
40.图3为本发明一个另一个实施例的多星联合标校的波束指向偏差角动态测量方法的流程示意图；
41.图4为本发明一个实施例的多星联合标校的波束指向偏差角动态测量装置的结构示意图；
42.图5示出了根据本发明一个实施例的电子设备的结构示意图；
43.图6示出了根据本发明一个实施例的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
44.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
45.图1为本发明一个实施例的多星联合标校的波束指向偏差角动态测量方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：
46.s11：离散化测量卫星标校波束的能量值；
47.在实际应用中，可以每隔10秒测量一次卫星标校波束的能量值。
48.s12：根据所述卫星标校波束的能量值计算第一夹角，所述第一夹角为标校站与卫星连线和卫星波束实际指向之间的夹角；
49.可理解的是，本发明实施例根据s11中测量获得的各个时刻的卫星标校波束的能量值计算对应的第一夹角。
50.s13：实时记录所述标校站的坐标，并将所述标校站的坐标转换为卫星天线坐标系坐标；
51.在实际应用中，实时记录标校站的经纬高的坐标，并将标校站的经纬高的坐标值转换为卫星天线坐标系下的坐标。
52.s14：在卫星天线坐标系下，根据所述标校站坐标及第一夹角计算卫星波束实际指向点坐标；
53.s15：根据所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标计算卫星波束实际指向与卫星波束理论指向之间夹角。
54.如图2所示，由于小倾角轨道及其它因素影响，卫星波束实际指向实时变化，如图2星形轨迹所示；根据三星联合标校控制策略，为保障多星拼接覆盖边缘保持稳定，需要卫星波束指向做实时补偿调整，导致卫星波束理论指向实时变化，如图2圆形轨迹所示；船载标校站穿过标校波束覆盖区域，运动轨迹如图2中三角形轨迹所示。
55.本发明实施例的多星联合标校的波束指向偏差角动态测量方法，解决了海上多星联合标校时标校站和卫星波束理论指向实时变化导致的卫星波束偏差角无法计算的问题，可以实现标校站和卫星波束理论指向均实时变化条件下的波束指向偏差角的计算。
56.在本发明实施例的一种可选的实施方式中，所述离散化测量卫星标校波束的能量值，包括：
57.在预设周期内每隔预设时间间隔测量卫星东西南北四个标校波束的能量值。
58.在实际应用中，预设周期可以为24小时，预设时间间隔可以为10秒。每间隔10秒进行一次测量，标校站同时接收并测量卫星东西南北四个标校波束的能量值，并进行归一化处理。
59.进一步地，所述根据所述卫星标校波束的能量值计算第一夹角，包括：
60.根据所述卫星标校波束的能量值分别计算东西波束能量差和南北波束能量差，根据东西波束能量差和南北波束能量差分别得到标校站与卫星连线和卫星波束实际指向之间的俯仰方向偏差角和滚动方向偏差角。
61.在实际应用中，使用比幅单脉冲法，在天线坐标系下，根据东西波束能量差和南北波束能量差分别得到标校站与卫星连线和卫星波束实际指向之间的俯仰方向偏差角和滚动方向偏差角。
62.具体地，所述根据所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标计算卫星波束实际指向与卫星波束理论指向之间夹角，包括：
63.将所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标转换为卫星本体坐标系；
64.在卫星本体坐标系下，根据所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标计算卫星波束实际指向与卫星波束理论指向之间夹角。
65.图3为本发明一个另一个实施例的多星联合标校的波束指向偏差角动态测量方法的流程示意图。如图3所示，本发明实施例的方法包括如下步骤：
66.步骤一、测量ti时刻卫星东西南北四个标校波束的能量值；
67.步骤二、使用比幅单脉冲法，在天线坐标系下，计算ti时刻卫星波束实际指向与标校站的指向偏差角；
68.步骤三、记录ti标校站坐标，查询ti时刻卫星轨道位置，并将标校站坐标转换为卫星天线坐标系；
69.步骤四、在天线坐标系下，根据ti时刻标校站坐标，计算ti时刻卫星波束实际指向点；
70.步骤五、将ti卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标转换为卫星本体坐标系；
71.步骤六、在卫星本体坐标系下，计算ti时刻卫星波束实际指向与波束理论指向之间夹角；
72.步骤七、绘制偏差角曲线：以24小时为周期，每隔10秒测量一次，得到一个日周期的指向偏差角曲线。
73.图4为本发明一个实施例的多星联合标校的波束指向偏差角动态测量装置的结构示意图。如图4所示，该装置包括：
74.能量值测量单元41，用于离散化测量卫星标校波束的能量值；
75.第一夹角计算单元42，用于根据所述卫星标校波束的能量值计算第一夹角，所述第一夹角为标校站与卫星连线和卫星波束实际指向之间的夹角；
76.标校站坐标记录单元43，用于实时记录所述标校站的坐标，并将所述标校站的坐标转换为卫星天线坐标系坐标；
77.实际指向点坐标计算单元44，用于在卫星天线坐标系下，根据所述标校站坐标及第一夹角计算卫星波束实际指向点坐标；
78.指向偏差角计算单元45，用于根据所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标计算卫星波束实际指向与卫星波束理论指向之间夹角。
79.本发明实施例的多星联合标校的波束指向偏差角动态测量装置，解决了海上多星联合标校时标校站和卫星波束理论指向实时变化导致的卫星波束偏差角无法计算的问题，可以实现标校站和卫星波束理论指向均实时变化条件下的波束指向偏差角的计算。
80.在本发明实施例的一种可选的实施方式中，能量值测量单元41进一步用于：
81.在预设周期内每隔预设时间间隔测量卫星东西南北四个标校波束的能量值。
82.第一夹角计算单元42进一步用于：
83.根据所述卫星标校波束的能量值分别计算东西波束能量差和南北波束能量差，根据东西波束能量差和南北波束能量差分别得到标校站与卫星连线和卫星波束实际指向之间的俯仰方向偏差角和滚动方向偏差角。
84.指向偏差角计算单元45进一步用于：
85.将所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标转换为卫星本体坐标系；
86.在卫星本体坐标系下，根据所述卫星波束实际指向点坐标和卫星波束理论指向点坐标计算卫星波束实际指向与卫星波束理论指向之间夹角。
87.需要说明的是，上述实施例中的多星联合标校的波束指向偏差角动态测量装置可分别用于执行前述实施例中的方法，因此不再一一进行具体的说明。
88.综上所述，本发明解决了海上多星联合标校时标校站和卫星波束理论指向实时变化导致的卫星波束偏差角无法计算的问题，可以实现标校站和卫星波束理论指向均实时变化条件下的波束指向偏差角的计算。
89.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
90.需要说明的是：
91.在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。
各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
92.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
93.类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
94.本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
95.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
96.本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本发明实施例的检测电子设备的佩戴状态的装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
97.例如，图5示出了根据本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。该电子设备传统上包括处理器51和被安排成存储计算机可执行指令(程序代码)的存储器52。存储器52可以是诸如闪存、eeprom(电可擦除可编程只读存储器)、eprom、硬盘或者rom之类的电子存储器。存储器52具有存储用于执行图1所示的以及各实施例中的任何方法步骤的程序代码54的存储空间53。例如，用于存储程序代码的存储空间53可以包括分别用于实现上面的方法
中的各种步骤的各个程序代码54。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(cd)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为例如图6所述的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质可以具有与图5的电子设备中的存储器52类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储空间存储有用于执行根据本发明的方法步骤的程序代码61，即可以有诸如处理器51读取的程序代码，当这些程序代码由电子设备运行时，导致该电子设备执行上面所描述的方法中的各个步骤。
98.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。