[发明专利]一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法

说明书

本发明的一个实施例公开了一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法，所述方法包括以下步骤：S10：获取低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角；S12：根据所述低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角，得到实现对所述等效半锥角区域等效覆盖的点波束波位个数；S14：对所述点波束波位按照等边交叠方式或蜂窝交叠方式进行编排；S16：计算编排后的每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在给定基准坐标系上的方位角和俯仰角；S18：驱动所述卫星的天线，使得所述卫星天线发射的点波束的中心方向矢量以所述计算得到的方位角和俯仰角指向地球。

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，具体涉及一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法。

背景技术

卫星通信系统按照轨道高度来分，可以分为GSO(Geostationary-SatelliteOrbit，对地静止卫星轨道)卫星通信系统以及低轨通信卫星系统等。GSO通信卫星系统在国内外已经具备较强的技术积累并长期提供市场服务。但是，GSO通信卫星系统也有明显缺点，特别是远距离带来的时延问题，越来越不能满足通信业务对实时性越来越高的要求。相对于GSO通信卫星系统，低轨通信卫星系统的主要优势是信号时延小，其由多颗卫星组成的星座系统能够实现全球覆盖并具有频率资源利用率高等特点。

随着卫星天线技术的发展，星载相控阵天线配合点波束精确指向的工作模式已经开始应用到卫星通信领域，并逐步取代传统的宽波束天线大范围扫描的工作模式，其具有波束按需覆盖、投射能量大以及载荷资源消耗小等优点。该工作模式随之带来的是点波束波位设计问题，即如何设计合适的点波束方向，以使得多个点波束对地面实现的覆盖效果等同或优于单个宽波束天线对地覆盖的效果。

在现有的有关波位设计的文献(王雪松,汪连栋,肖顺平,王国玉,庄钊文.相控阵雷达天线最佳波位研究[J].电子学报,2003(6):805-808；周颖,王雪松,王国玉,李永祯,肖顺平.相控阵雷达最优波位编排的边界约束算法研究[J].电子学报,2004(6):997-1000.)中，大多数是针对地基相控阵雷达的波位设计开展了相关研究，并给出了传统的三种相控阵雷达波位变化样式，分别为纵列波位、交叠波位和交错波位。文献(陶秋峰,谷雨,方韬,彭冬亮.相控阵雷达系统功能仿真及应用[J].计算机仿真,2014(8):6-9)对国土防控的相控阵雷达波位编排、目标检测和任务调度算法进行了研究。文献(于泽,周荫清,陈杰,李春升.星载相控阵合成孔径雷达波位设计方法[J].系统工程与电子技术,2006(5):661-664.)对条带模式星载相控阵SAR(Synthetic Aperture Radar，合同孔径雷达)系统的波位设计开展了研究。

迄今为止，尚无公开的文献或专利对低轨通信卫星相控阵天线波位设计方法开展专门的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法，针对低轨通信卫星相控阵雷达对地面通信覆盖的特殊需求，在传统三种波位编排样式的基础上，提出了等边交叠波位编排样式和蜂窝交叠波位编排样式，在满足100％覆盖率的基础上降低了重叠率。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明一方面提供一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法，所述方法包括以下步骤：

S10：获取低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角；

S12：根据所述低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角，得到实现对所述等效半锥角区域等效覆盖的点波束波位个数；

S14：对所述点波束波位按照等边交叠方式或蜂窝交叠方式进行编排；

S16：计算编排后的每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在给定基准坐标系上的方位角和俯仰角；