[发明专利]卫星通信点波束覆盖区域计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及涉及卫星通信领域，特别是涉及一种卫星通信点波束覆盖区域计算方法。 

背景技术

卫星点波束通信是军事卫星通信的一种应用方式，其特点是截面为圆形或椭圆形，仅覆盖地球表面的一定区域，这种波束比全球波束小，能实现局部区域信号覆盖，具有更高的安全保密性，而且卫星点波束的可移动天线具有结构简单、精度高等优点。对点波束控制和管理的一个重要问题就是覆盖范围问题。由于点波束的覆盖区域有限，针对与移动目标通信的情况，需要不停的改变卫星点波束的中心指向，以确保通信目标在点波束覆盖范围之内。卫星点波束的中心指向已知时，需要计算点波束对地球覆盖的区域，才能判断覆盖目标是否在点波束的覆盖区域内。 

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种求解卫星点波束覆盖区域的更为简单、易于实现的卫星通信点波束覆盖区域计算方法。 

本发明卫星通信点波束覆盖区域计算方法，所述方法包括： 

建立卫星通信点波束覆盖区域的计算模型，所述计算模型以卫星所在位置点为顶点，所述卫星所在位置点和所述卫星点波束中心指向点之间的连线为中心轴，做一圆锥，其中该圆锥与与地球的交集为所述卫星通信点波线束覆盖区域； 

基于所述计算模型，将卫星与地球间的母线和轴线看做两条向量，计算所述的两条向量以及所述的两条向量的夹角，计算轴线向量的长度和波束中心点，在覆盖范围的边界上任取一点作为未知量，将球面坐标和数量积公式进行联立算出波束范围的边界曲线。 

进一步地，所述方法具体包括步骤： 

步骤1：建立数学模型，所述数模模型的建立方法如下： 

以所述卫星点波束中心指向点为E点，E点的经度为φ_E，纬度为，地球同步卫星位于S点，卫星的经度为φ_S，纬度为，对于地球同步卫星高度r₀＝HS＝35 786 000m，地球半径r＝HO＝6 378 155m； 

建立一个以地球圆心为原点空间直角坐标系，球心到本初子午线的方向为x轴的正方向、球心到东经90°经线的方向为y轴的正方向，球心到北极的方向为Z轴的正方向，以地球同步卫星所在点S为顶点，直线SE为轴，作一圆锥，所述圆锥的母线与轴的夹角为卫星天线的波瓣宽度，所述圆锥与地球的交集即为所述的覆盖区域的边界为所述的卫星通信点波束覆盖区域； 

步骤2：基于步骤1所述建立的数学模型求解所述覆盖区域的边界，所述计 算方法具体包括： 

基于球面坐标公式得到点波束中心投影到地球上的坐标点为： 

基于通信卫星为地球同步卫星，卫星位于赤道的上空，得到卫星的坐标为： 

基于地球坐标点和卫星坐标点的公式(1)和公式(2)得出卫星到卫星点波束中心指向点E点的长度为： 

在过E点的平面边界上均匀的选取n个点，再求过这n个点的圆锥母线与地球的交点即得到了点波束在地球表面覆盖区域的边界； 

当某条圆锥母线无交点时，就需要收缩到与地球相切； 

在点波束与地球相交的平面边界P，在边界由P0至P_i若干点组成，在所述边界上任意取一点P₀，作为P₀经度为φ₁，纬度为，则P₀点坐标为： 

由公式(2)、(4)可以得出卫星到P0点的长度为： 

将式(3)、(4)、(5)带入数量积公式