低轨卫星馈电天线布局和切换方法、计算机设备和介质与流程

1.本发明涉及电子通信领域。更具体地，涉及一种低轨卫星馈电天线布局和切换方法、计算机设备和介质。


背景技术：

2.随着无线通信技术的快速发展，天线作为各种无线通信设备中必不可少的部组件，获得了广泛的应用和重要的技术进展。
3.通信卫星的馈电天线需要与地面信关站进行信息交互，由于低轨通信卫星与地面信关站的相对位置时刻处于变化之中，要实现无间断通信，需要两副天线进行交替工作。考虑到馈电链路的特性，馈电天线常采用伺服反射面机械扫描形式，受限于卫星构型布局约束，两副天线安装位置通常较近，接力跟踪信关站时两副天线的伺服反射面之间容易互相遮挡，造成天线效率下降。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种低轨卫星馈电天线布局和切换方法、计算机设备和介质，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。
5.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
6.本发明第一方面提供了一种低轨卫星馈电天线布局和切换方法，包括：
7.令两副馈电天线沿所述低轨卫星的飞行方向前后布局，位于前方的馈电天线跟踪位于飞行方向前方的信关站，位于后方的馈电天线跟踪位于飞行方向后方的信关站；
8.星上实时计算馈电链路矢量在轨道坐标系下的投影与卫星速度矢量的夹角α，当α大于等于90
°
时，即认为卫星飞过当前信关站，进行两副馈电天线的切换：
9.在切换策略上，采用前后切换策略，由所述位于后方的馈电天线接力跟踪当前信关站，由所述位于前方的馈电天线对准飞行方向前方的下一个信关站；
10.其中，
11.所述当前信关站指当前时刻所述位于前方的馈电天线跟踪的信关站。
12.可选地，所述馈电链路矢量指从所述低轨卫星指向当前信关站的矢量。
13.可选地，所述夹角α的计算步骤包括：
14.计算当前信关站在j2000坐标系下的位置矢量r
xg2000
；
15.计算j2000坐标系到轨道坐标系的转换矩阵m
2000tgd
；
16.计算馈电链路矢量在轨道坐标系下的投影r
kdty
；
17.计算馈电链路矢量与卫星速度矢量之间的夹角α。
18.可选地，所述计算当前信关站在j2000坐标系下的位置矢量r
xg2000
包括：
19.在wgs-84坐标系下描述所述当前信关站的位置矢量，记为r
xg84
，基于当前时刻从wgs-84坐标系到j2000坐标系的转换矩阵m
84t2000
和所述当前信关站的位置矢量r
xg84
计算得到当前信关站在j2000坐标系下的位置矢量r
xg2000
：
20.r
xg2000
＝m
84t2000
*r
xg84
。
21.可选地，wgs-84坐标系下的所述当前信关站的位置矢量能够通过经纬高信息转换得到。
22.所述计算j2000坐标系到轨道坐标系的转换矩阵m
2000tgd
包括：
23.根据所述低轨卫星在j2000坐标系下的位置速度或者轨道六根数信息计算出j2000坐标系到轨道坐标系的转换矩阵m
2000tgd
。
24.可选地，所述计算馈电链路矢量在轨道坐标系下的投影r
kdty
包括：
25.记所述低轨卫星在j2000坐标系下的位置为r
wx2000
，根据下式计算所述馈电链路矢量在轨道坐标系下的投影r
kdty
：
26.r
kdty
＝m
2000tgd
*(r
xg2000-r
wx2000
)。
27.可选地，所述计算馈电链路矢量与卫星速度矢量之间的夹角α包括：
28.根据下式计算所述夹角α：
[0029][0030]
其中，atan()表示反正切函数，r
kdty
(x)表示矢量r
kdty
的第x个元素。
[0031]
本发明第二方面提供了一种计算机设备，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本发明第一方面所提供的方法。
[0032]
本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明第一方面提供的方法。
[0033]
本发明的有益效果如下：
[0034]
本技术所提供的方案，通过制定馈电天线的布局与切换策略能够避免交替跟踪信关站时两副馈电天线之间的相互遮挡，消除因遮挡给馈电天线效率带来的不利影响。
附图说明
[0035]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0036]
图1示出本发明的一个实施例提供的一种低轨卫星馈电天线布局和切换方法的步骤图；
[0037]
图2为本发明的一个实施例提供的馈电天线布局示意图。
[0038]
图3示出本发明的一个实施例提供的几何关系示意图。
[0039]
图4示出本发明的一个实施例提供的计算机设备的示意图。
具体实施方式
[0040]
为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0041]
如图1所示，本发明的一个实施例提出了一种低轨卫星馈电天线布局和切换方法，包括：
[0042]
s101：如图2所示，两副馈电天线沿所述低轨卫星的飞行方向前后布局，位于前方
的馈电天线跟踪位于飞行方向前方的信关站，位于后方的馈电天线跟踪位于飞行方向后方的信关站，形成的几何关系如图3所示；
[0043]
s102：星上实时计算馈电链路矢量在卫星轨道坐标系下的投影与卫星速度矢量的夹角α，当α大于等于90
°
时，即认为卫星飞过当前信关站，进行两副馈电天线的切换：
[0044]
s103：采用前后切换策略，由所述位于后方的馈电天线接力跟踪当前信关站，由所述位于前方的馈电天线对准飞行方向前方的下一个信关站；
[0045]
其中，所述当前信关站为当前时刻所述位于前方的馈电天线跟踪的信关站。
[0046]
本发明令两副馈电天线前后布局，在切换当前信关站时使用前后切换策略避免交替跟踪信关站时两副馈电天线之间的相互遮挡，消除因遮挡给馈电天线效率带来的不利影响。
[0047]
在一种可能的实现方式中，
[0048]
所述馈电链路矢量指从所述低轨卫星指向当前信关站的矢量。
[0049]
在一种可能的实现方式中，
[0050]
所述夹角α的计算步骤包括：
[0051]
计算当前信关站在j2000坐标系下的位置矢量r
xg2000
；
[0052]
计算j2000坐标系到轨道坐标系的转换矩阵m
2000tgd
；
[0053]
计算馈电链路矢量在轨道坐标系下的投影r
kdty
；
[0054]
计算馈电链路矢量与卫星速度矢量之间的夹角α。
[0055]
在一个具体的实施例中，所述计算当前信关站在j2000坐标系下的位置矢量r
xg2000
包括：
[0056]
在wgs-84坐标系下描述所述当前信关站的位置矢量，记为r
xg84
，基于当前时刻从wgs-84坐标系到j2000坐标系的转换矩阵m
84t2000
和所述当前信关站的位置矢量r
xg84
计算得到当前信关站在j2000坐标系下的位置矢量r
xg2000
：
[0057]rxg2000
＝m
84t2000
*r
xg84
。
[0058]
在一个具体的实施例中，wgs-84坐标系下的所述当前信关站的位置矢量能够通过经纬高信息转换得到。
[0059]
在一个具体的实施例中，所述计算j2000坐标系到轨道坐标系的转换矩阵m
2000tgd
包括：
[0060]
根据所述低轨卫星在j2000坐标系下的位置速度或者轨道六根数信息计算出j2000坐标系到轨道坐标系的转换矩阵m
2000tgd
。
[0061]
在一个具体的实施例中，所述计算馈电链路矢量在轨道坐标系下的投影r
kdty
包括：
[0062]
记所述低轨卫星在j2000坐标系下的位置为r
wx2000
，根据下式计算所述馈电链路矢量在轨道坐标系下的投影r
kdty
：
[0063]rkdty
＝m
2000tgd
*(r
xg2000-r
wx2000
)。
[0064]
在一个具体的实施例中，所述计算馈电链路矢量与卫星速度矢量之间的夹角α包括：
[0065]
根据下式计算所述夹角α：
[0066][0067]
其中，atan()表示反正切函数，r
kdty
(x)表示矢量r
kdty
的第x个元素，矢量r
kdty
共包含三个元素，r
kdty
(1)指矢量r
kdty
的第1个元素，r
kdty
(2)指矢量r
kdty
的第2个元素.
[0068]
本技术第二方面提供了一种计算机设备，如图4所示，适于用来实现上述实施例提供的低轨卫星馈电天线布局和切换方法的计算机设备，包括中央处理模块(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(ram)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram中，还存储有计算机系统操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线被此相连。输入/输入(i/o)接口也连接至总线。
[0069]
以下部件连接至i/o接口:包括键盘、鼠标等的输入部分；包括诸如液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分。通信部分经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至i/o接口。可拆卸介质，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分。
[0070]
特别地，根据本实施例，上文流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在计算机可读介质上的计算机程序，上述计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。
[0071]
附图中的流程图和示意图，图示了本实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或示意图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，上述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，示意图和/或流程图中的每个方框、以及示意和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0072]
本技术的第三个实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现：
[0073]
令两副馈电天线沿所述低轨卫星的飞行方向前后布局，位于前方的馈电天线跟踪位于飞行方向前方的信关站，位于后方的馈电天线跟踪位于飞行方向后方的信关站；
[0074]
星上实时计算馈电链路矢量在轨道坐标系下的投影与卫星速度矢量的夹角α，当α大于等于90
°
时，即认为卫星飞过当前信关站，进行两副馈电天线的切换：
[0075]
在切换策略上，采用前后切换策略，由所述位于后方的馈电天线接力跟踪当前信关站，由所述位于前方的馈电天线对准飞行方向前方的下一个信关站；
[0076]
其中，
[0077]
所述当前信关站指当前时刻所述位于前方的馈电天线跟踪的信关站。
[0078]
在实际应用中，所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算
机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0079]
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0080]
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0081]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本技术操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0082]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0083]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。