CN104852761A - 星地同步多址接入方法及利用该方法的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星地同步多址接入方法，适用于由多个用户终端和卫星构成的卫星移动通信系统中。本发明提供的星地同步多址接入方法可使用户终端发送到卫星的信号的载波控制在预设的上行频点附近，并实现多个用户终端发送的信号在到达卫星的时间上高度同步，从而有效降低信号间的相互干扰，实现了卫星移动通信系统通信资源的高效利用。

Description

星地同步多址接入方法及利用该方法的系统

技术领域

本发明涉及一种通信多址接入方法，尤其涉及一种轨道卫星移动通信中星地同步多址接入方法与系统，属于卫星通信技术领域。

背景技术

轨道卫星移动通信是利用运行轨道比地球同步轨道低得多的一组卫星，实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信。轨道卫星移动通信系统一般由低轨道卫星、主控地球站、关口地球站、移动地球站、车载站、船载站、机载站、用户终端等组成。低轨道卫星星座是用十几颗至几十颗低轨道运行的小型卫星，分若干个轨道，每轨道若干颗卫星，绕地球在经度上距离相等的若干个轨道面旋转，作为移动通信中继站。随着移动互联网的迅速发展，轨道卫星移动通信系统的核心应用向互联网变迁，因此轨道卫星移动通信系统也称作空间互联网。

在移动通信中，多个用户采用提前定义好的技术方法接入信道共享同一通信资源，这种技术称作多址技术，也称作接入技术。常见的多址技术体制包括时分多址、频分多址和码分多址。现代通信系统中通常将这几种多址技术混合使用：先用频分的方式将可用频率资源分配为多个频道，在同一个频道内，多个终端又采用时分多址和码分多址接入。从通信架构看，最广泛使用的是有中心的星形通信架构，即多个移动通信终端总是中心节点通信，这个中心通信节点常称作基站，通信链路被分为上行链路和下行链路。上行链路是移动通信终端到基站的通信链路，下行链路是基站到移动通信终端的通信链路。无论采用时分多址还是码分多址的接入技术，多个终端都必须在准确的时间点发送数据给基站，从而将相互间的通信干扰降到最低甚至彻底消除，从而发挥有限通信资源的最大效率。在地面移动通信系统中，由于传播时延非常短，通常为微秒级，因此在多址接入技术中无需考虑传播时延带来的影响，终端总是可以准确的接入到基站。轨道卫星移动通信系统与传统地面移动通信系统不同。在轨道卫星移动通信系统中，卫星的覆盖范围大，卫星的运动速度很快。例如位于800公里轨道的低轨移动通信/互联网卫星其覆盖范围为2400公里，运行速度为7.5公里每秒，接近第一宇宙速度。在这种情况下，地面移动终端与卫星之间的距离差异很大，而且距离的变化率也很大，多个用户终端如何同时准确的接入到卫星以及如何锁定和跟踪下行链路的频率就成为轨道卫星移动通信领域的一个关键技术问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种星地同步多址接入方法，可以保证多个用户终端同时准确的接入到卫星。

一种星地同步多址接入方法，应用于由多个用户终端和卫星构成的卫星移动通信系统中，所述星地同步多址接入方法包括以下步骤：

S1，用户终端和卫星分别获得自身时空基准，所述时空基准包括时间基准和空间基准；

S2，所述卫星根据自身时间基准计算出卫星轨道信息和上行时间窗口信息，并设定实际上行时间窗口，所述上行时间窗口信息包括上行时间窗口起始时刻T和上行时间窗口长度T_bw；

S3，所述卫星调整下行链路无线电信号的载波频率，使其接近预定的载波频率F_dc，并在下行链路中广播所述卫星轨道信息和上行时间窗口信息；

S4，所述用户终端接收所述卫星轨道信息和上行时间窗口信息，利用所述卫星轨道信息推算在上行时间窗口起始时刻T无线信号从用户终端传播到卫星所需时间T_d，得到最佳上行链路信息发送时刻T_o＝T-T_d；

S5，所述用户终端根据所述时空基准计算上行载波多普勒偏移量F_ud；

S6，所述用户终端调整上行链路无线电信号的载波频率，使其最接近F_uc-F_ud；

S7，所述用户终端在所述最佳上行链路信息发送时刻T_o打开上行链路向所述卫星发送信息；

S8，所述卫星在所述上行时间窗口和预定的上行链路载波频率F_uc接收所述用户终端发送的信息。

一种星地同步多址接入系统，包括：卫星、用户终端和数据服务中心；所述数据服务中心通过卫星下行链路接收卫星下行链路信息，所述用户终端通过双向卫星链路与所述卫星通信，所述数据服务中心与用户终端通过地面无线链路互联；所述卫星下行链路信息包括卫星轨道信息，所述用户终端不定时的通过地面无线链路访问数据服务中心，下载存储于数据服务中心的卫星轨道信息，并将其存储到位于用户终端的本地存储器。

与现有技术相比，本发明所提供的星地同步多址接入方法及星地同步多址接入系统克服了星地多址接入过程中星地间的传播时延以及星地间距离变化导致的多个用户终端无法同时准确的接入到卫星的问题，提高了卫星移动通信系统通信资源的利用效率。

附图说明

图1是本发明轨道卫星移动通信系统基本组成框图

图2是本发明提供的星地同步多址接入方法的流程图

图3是本发明提供的星地同步多址接入方法中上行时间窗口示意图

图4是本发明提供的星地同步多址接入方法中用户终端接收卫星轨道信息和上行窗口信息的流程图

图5是本发明提供的星地同步多址接入系统结构示意图

主要元件符号说明

星地同步多址接入系统                100

卫星                                10

卫星时空基准获取模块                11

星载型卫星通信收发机                12

轨道信息和上行时间窗口计算模块      13

用户终端                            20

用户型卫星通信收发机                21

用户终端时空基准获取模块            22

上行和下行载波多普勒偏移量计算模块  23

轨道信息存储器                      24

用户型地面通信收发机                25

最佳上行链路信息发送时刻计算模块    26

数据服务中心                        30

中心型轨道信息存储器                31

中心型地面通信收发机                32

中心型卫星通信接收机                 33

实际上行时间窗口长度                 T_aw

上行时间窗口长度                     T_bw

上行时间窗口起始时刻                 T

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的星地同步多址接入方法作进一步的详细说明。

请参见图1，图1给出了本发明提供的星地同步多址接入方法所涉及的轨道卫星移动通信系统中卫星10、用户终端20和数据服务中心30之间的连接关系。当所述卫星10过顶时，所述数据服务中心30与用户终端20可以接收到卫星下行链路的信号，所述用户终端20可通过卫星上行链路与卫星10进行通信，当存在地面无线链路如3G移动通信时，所述用户终端20和数据服务中心30之间可通过该地面无线链路进行通信。

请参见图2，本发明提供一种星地同步多址接入方法，包括以下步骤:

S1，用户终端20和卫星10分别获得自身时空基准，所述自身时空基准包括自身时间基准和自身空间基准；

S2，所述卫星10根据自身时间基准计算出卫星轨道信息和上行时间窗口信息，并设定实际上行时间窗口，所述上行时间窗口信息包括上行时间窗口起始时刻T和上行时间窗口长度T_bw；

S3，所述卫星10调整下行链路无线电信号的载波频率，使其接近预定的载波频率F_dc，并在下行链路中广播卫星轨道信息和上行时间窗口信息；

S4，所述用户终端20接收所述卫星轨道信息和上行时间窗口信息，利用所述卫星轨道信息推算在上行时间窗口起始时刻T无线信号从用户终端20传播到卫星10所需时间T_d，得到最佳上行链路信息发送时刻T_o＝T-T_d；

S5，所述用户终端20根据所述时空基准计算上行载波多普勒偏移量F_ud；

S6，所述用户终端20调整上行链路无线电信号的载波频率，使其最接近F_uc-F_ud；

S7，所述用户终端20在所述最佳上行链路信息发送时刻T_o打开上行链路向所述卫星10发送信息；

S8，所述卫星10在所述上行时间窗口和预定的上行链路载波频率F_uc接收所述用户终端发送的信息。

步骤S1中，所述时空基准包括时间基准与空间基准，所述自身时空基准包括：自身位置、自身速度、自没身时间。一般地，所述空间基准优先采用的坐标系为地心地固坐标几何坐标系，时间基准采用世界协调时。随着技术的发展，地理坐标系、地心惯性坐标系也经常采用，而世界协调时有时也被GPS时或者北斗时代替。

所述用户终端和卫星获得自身时空基准常用的方法是安装GPS或北斗导航接收机。星载导航接收机和地面导航接收机都是成熟技术。在现代卫星中，星载导航接收机通常是卫星的一部分。为进一步提高频率精度，卫星一般还利用星载导航接收机输出的秒脉冲产生约束时钟，其频率精度可以达到每秒频率误差小于10^-10。对于地面接收机，为提高导航精度和抗干扰能力，还可以安装惯性导航系统甚至芯片级原子钟。

步骤S2中，所述卫星轨道信息包括：短时卫星轨道信息和长期卫星轨道信息。所述短时卫星轨道信息形式简单，用于短期卫星位置预测；所述长期轨道信息则用于长期卫星位置预测。所述短时轨道信息通常是卫星实际在轨GPS或者北斗导航接收机所输出信息的拟合结果，拟合的方法有多种，如最小二乘、卡尔曼滤波、数值内插等。例如文献“低轨卫星轨道拟合及预报方法研究”(张如伟等，《大地测量与地球动力学》，第28卷第4期，2008,p115-120)推荐了一种比较复杂但精度较高的拟合方法。本实施例中采用单点短时轨道信息表示短时轨道信息，该方法相较上述方法更为简便。所述单点短时卫星轨道信息包括：轨道信息参考时刻T_or、该轨道信息参考时刻T_or卫星的位置和速度。所述长期卫星轨道信息为低轨卫星的轨道根数。所述轨道根数有多种表示方式，其中最常用的是北美防空司令部(North AmericanAerospace Defense Command,NORAD)的标准两行根数，它是北美防空司令部基于一般摄动理论产生的用于预报地球轨道飞行器位置和速度的一组轨道根数，用于近地卫星时所采用的数学模型是SPG4，它已被著名软件STK选为进行轨道推算的可选方法之一。基于两行根数来预测卫星位置一天内的精度可以达到1km，1周内的精度可以达到30km左右。除了北美防空司令部的两行根数，还有专门为轨道卫星设计的轨道根数，不同的轨道根数的区别在于辅助的摄动力参数或者调谐参数的个数，如GPS系统采用了15参数的轨道根数，而文献“马开锋，彭碧波，洪樱，基于卫星轨道特征的低轨卫星星历参数拟合法大地测量与地球动力学，第27卷第1期，2007”则提出了一种25参数的轨道根数。

所述上行时间窗口是地面终端向卫星发送信息的时间窗口，上行时间窗口一般包括多个窗口。在时分多址的通信系统中，不同的地面终端可能选择不同的上行时间窗口分别向卫星发送信息。在码分多址的通信系统中，多个地面终端采用码分多址的方式同时通过同一个时间窗口向卫星发送信息，这种情况下，不同用户使用的扩频码不同，用户发送的无线信号到达上行时间窗口的时间要求尽量同步，才能将互相之间的干扰降到最低。请参见图3，该图为上行时间窗口示意图。图中T_aw为实际上行时间窗口长度，T_bw为上行时间窗口长度，本发明中满足：T_aw>T_bw，T_aw-T_bw为接入时间保护间隔，允许存在计算误差和其他误差，实现相邻时间窗口之间的保护。每一个上行时间窗口都有一个起始时刻和一个长度，因此上行时间窗口信息包括上行时间窗口起始时刻T和上行时间窗口长度T_bw。

步骤S4中，在用户终端20接收所述卫星轨道信息和上行时间窗口信息时需要知道具体哪颗卫星10正在过顶以及该卫星10的下行载波多普勒频移的具体数值，请参见图4，所述用户终端20接收所述卫星轨道信息和上行时间窗口信息的方法包括以下步骤：

S41，所述用户终端20不定时的访问数据服务中心30，下载所述卫星轨道信息并存储到本地存储器；

S42，所述用户终端20在接入卫星10之前尝试在本地存储器读取所述卫星轨道信息，若本地存储器中存储有所述卫星轨道信息，则执行步骤S44，否则执行步骤S43；

S43，所述用户终端20采用盲搜索的方式搜索和捕获卫星下行信号，并执行步骤S45；

S44，所述用户终端20根据存储的所述卫星轨道信息和所述时空基准计算下行链路的多普勒频移，并利用该下行链路的多普勒频移搜索和捕获卫星下行信号；

S45，所述用户终端20解调卫星下行信号中的信息，获得所述卫星轨道信息，并存储该卫星轨道信息，返回步骤S44。

步骤S41中，所述用户终端20通过地面无线通信链路访问数据服务中心30，其主要目的是获得卫星轨道信息中的长期轨道信息。地面无线通信链路可用时，用户终端20一般不使用卫星通信，因为卫星通信通常成本相对较高；地面无线通信链路不可用时，用户终端20使用卫星通信。所述用户终端20从数据服务中心30下载的长期轨道信息可以用来预测哪一个卫星10正在过顶以及该卫星10的下行载波多普勒频移数值。

步骤S43中，所述盲搜索的频率范围为[F_dc-MaxFdd,F_dc+MaxFdd]MHz，其中，F_dc是预定载波频率，MaxFdd为根据包括用户终端的最大可能运行速度和卫星轨道高度计信息事先算出的最大可能下行多普勒偏移。

步骤S44中，所述搜索的频率范围为[F_dc-MinFdd,F_dc+MinFdd]MHz，其中，F_dc是预定载波频率，MinFdd是利用所述卫星轨道信息和所述时空基准获得的下行链路的给定频率偏移量，其数值远小于MaxFdd。

步骤S45中，所述卫星下行信号中的信息中包含有所述卫星轨道信息，所述用户终端20通过解调卫星下行信号中的信息获得所述卫星轨道信息。

所述用户终端20推算在上行时间窗口起始时刻T无线信号从用户终端20传播到卫星10所需时间T_d的方法包括以下步骤：

S47，根据所述卫星轨道信息和上行时间窗口信息计算卫星10在上行时间窗口起始时刻T的位置

S48，列出传播方程：其中c为光速，T-T_d为最佳上行链路信息发送时刻，为在最佳上行链路信息发送时刻所述用户终端的位置；

S49，求解所述传播方程，获得在所述上行时间窗口起始时刻T无线信号从用户终端20传播到卫星10所需时间T_d。

步骤S47中，所述用户终端20计算卫星轨道信息和上行时间窗口信息计算卫星在上行时间窗口起始时刻T的位置有多种方法，与轨道信息的形式有关。本实施例中利用短时轨道信息计算卫星100在上行时间窗口起始时刻T的位置具体包括以下步骤：

S471，将卫星在k时刻的位置和速度描述为状态

S472，将轨道信息参考时刻T_or设定为0时刻，初始化

S473，根据式(1)式(2)计算由k-1时刻定位结果递推得到k时刻态的估计

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{X}}_k={\hat{X}}_{k-1}+{\hat{V}}_{k-1}+\frac{1}{2}{\mathrm{acc}}_{k-1}\\ {\hat{V}}_k={\hat{V}}_{k-1}{\mathrm{acc}}_{k-1}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{acc}}_{x,k-1}=\frac{GM}{r^3}{x}_{k-1}\left(1+\frac{3}{2}{J}_2{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\left(1-5{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\right)\right)+{\mathrm{\ω}}_e^2{x}_{k-1}+2{\mathrm{\ω}}_e{\mathrm{\ν}}_{y,k-1}\\ {\mathrm{acc}}_{y,k-1}=\frac{GM}{r^3}{x}_{y-1}\left(1+\frac{3}{2}{J}_2{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\left(1-5{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\right)\right)+{\mathrm{\ω}}_e^2{y}_{k-1}-2{\mathrm{\ω}}_e{\mathrm{\ν}}_{x,k-1}\\ {\mathrm{acc}}_{z,k-1}=\frac{GM}{r^3}{z}_{k-1}\left(1+\frac{3}{2}{J}_2{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\left(3-5{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\right)\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中GM、J₂、R_e、ω_e为轨道动力学中与地球相关的参量，r为卫星100到地心的距离。通常GM＝3.986005×10¹⁴m³/s²，J₂＝1.082628×10^-3，ω_e＝7.292115e-5rad/s。

S474，重复执行步骤S473，令k＝k+1，直到k＝T，此时中的卫星位置即为

需要指出的是，k＝k+1不能机械的理解为步长为1秒，一般地，应将T-T_or均匀等分为若干份，每一份为一个计算步长，份数越多，计算越精确，计算量越大。

步骤S49中，当所述用户终端处于静止状态或所述用户终端的运动可以忽略时，所述传播方程为线性方程，求解所述传播方程较为简单；当所述用户终端处于高动态运动时，所述传播方程为非线性方程，求解所述传播方程就会变得异常复杂。为解决高动态用户终端求解所述传播方程的问题，本发明公开一种求解所述传播方程的方法，包括以下步骤：

S491，令其中t＝-(T-T_d)，t₀＝T，则计算信号发射时间T_d的问题转化为求解方程f(t)＝0的解。

S492，在t₀处对f(t)泰勒展开得：

f(t)＝f(t₀)+f'(t₀)(t-t₀)+σ(t-t₀)

其中σ(t-t₀)表示相比于t-t₀是小量的项，于是得到：

${\mathrm{\Δt}}_0=t-t_0=\frac{f\left(t_0\right)}{f^{\′}\left(t_0\right)}+\mathrm{\σ}(t-t_0)$

S493，基于上述泰勒展开的迭代算法求解t：用t₀时刻的用户终端位置代替t时刻的用户终端位置来粗略估计信号的发射时间作为迭代初始值t₁：

然后再通过下面的迭代方程迭代出结果：

$t_n=t_{n-1}-\frac{f\left(t_{n-1}\right)}{f^{\′}\left(t_{n-1}\right)}$

所有以及f'(t)中项的计算可由用户终端自身时空基准得到，即从用户自身的在给定时间的位置、速度信息中得到。

请参见图5，本发明提供一种星地同步多址接入系统100，包括卫星10、用户终端20和数据服务中心30；所述数据服务中心30通过卫星下行链路接收卫星下行链路信息，所述用户终端20通过双向卫星链路与所述卫星10通信，所述数据服务中心30与用户终端20通过地面无线链路互联。所述卫星下行链路信息包括卫星轨道信息，所述用户终端20不定时的通过地面无线链路访问数据服务中心30，下载存储于数据服务中心30中的卫星轨道信息，并将其存储到位于用户终端20的本地存储器。

所述卫星10包括：卫星时空基准获取模块11、星载型卫星通信收发机12和轨道信息和上行时间窗口计算模块13。

所述卫星时空基准获取模块11的输出分别与所述轨道信息和上行时间窗口计算模块13、星载型卫星通信收发机12连接，所述轨道信息和上行时间窗口计算模块13的输出连接星载型卫星通信收发机12。

所述卫星时空基准获取模块11获得卫星自身时空基准。轨道信息和上行时间窗口计算模块13根据卫星自身时间基准计算出卫星轨道信息和上行时间窗口信息，并设定实际上行时间窗口。所述星载型卫星通信收发机12调整下行链路无线电信号的载波频率最接近预定的载波频率F_dc，并在下行链路中广播卫星轨道信息和上行时间窗口信息，所述星载型卫星通信收发机12还同时在所述上行时间窗口和预定的上行链路载波频率F_u接收上行链路用户终端20发送的信息。

所述用户终端20包括用户型卫星通信收发机21、用户终端时空基准获取模块22、上行和下行载波多普勒偏移量计算模块23、轨道信息存储器24、用户型地面通信收发机25、最佳上行链路信息发送时刻计算模块26。

所述用户型卫星通信收发机21的输出连接到轨道信息存储器24和最佳上行链路信息发送时刻计算模块26，用户型地面通信收发机25的输出连接到轨道信息存储器24。轨道信息存储器24的输出连接到最佳上行链路信息发送时刻计算模块26、上行和下行载波多普勒偏移量计算模块23。用户终端时空基准获取模块22的输出连接到用户型卫星通信收发机21、最佳上行链路信息发送时刻计算模块26、上行和下行载波多普勒偏移量计算模块23。最佳上行链路信息发送时刻计算模块26的输出连接到用户型卫星通信收发机21，上行和下行载波多普勒偏移量计算模块23的输出也连接到用户型卫星通信收发机21。

所述用户终端时空基准获取模块22获得用户自身时空基准；用户型卫星通信收发机21在下行卫星通信链路接收卫星轨道信息和上行时间窗口信息，输出给最佳上行链路信息发送时刻计算模块26和上行和下行载波多普勒偏移量计算模块23；最佳上行链路信息发送时刻计算模块26利用卫星轨道信息推算在上行时间窗口起始时刻T无线信号从用户终端传播到卫星所需时间T_d，进一步得到最佳上行链路信息发送时刻T_o＝T-T_d；上行和下行载波多普勒偏移量计算模块23根据自身时空基准计算上行载波多普勒偏移量F_ud；用户型卫星通信收发机21在上行卫星通信链路调整上行链路无线电信号的载波频率最接近F_uc-F_ud，并根据最佳上行链路信息发送时刻T_o打开上行链路向卫星发送信息。用户型地面通信收发机25不定时的通过地面无线链路访问数据服务中心30，下载卫星轨道信息，存储到轨道信息存储器24。

所述数据服务中心30包括中心型轨道信息存储器31、中心型地面通信收发机32和中心型卫星通信接收机33。

所述中心型卫星通信接收机33通过卫星下行链路接收卫星下行链路信息，并将其中的轨道信息存储到中心型轨道信息存储器31。中心型地面通信收发机32与用户型地面通信收发机25互联互通，使得用户终端可以通过地面无线链路访问数据服务中心下载卫星轨道信息。

本发明所提供的星地同步多址接入方法及系统克服了星地多址接入过程中星地间的传播时延以及星地间距离变化导致的多个用户终端无法同时准确的接入到卫星的问题，提高了卫星移动通信系统通信资源的利用效率。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种星地同步多址接入方法，应用于由多个用户终端和轨道卫星构成的卫星移动通信系统中，所述方法包括以下步骤：

S1，用户终端和卫星分别获得自身时空基准，所述时空基准包括时间基准和空间基准；

S2，所述卫星根据自身时间基准计算出卫星轨道信息和上行时间窗口信息，并设定实际上行时间窗口，所述上行时间窗口信息包括上行时间窗口起始时刻T和上行时间窗口长度T_bw；

S3，所述卫星调整下行链路无线电信号的载波频率，使其接近预定的载波频率F_dc，并在下行链路中广播所述卫星轨道信息和上行时间窗口信息；

S4，所述用户终端接收所述卫星轨道信息和上行时间窗口信息，利用所述卫星轨道信息推算在上行时间窗口起始时刻T无线信号从用户终端传播到卫星所需时间T_d，得到最佳上行链路信息发送时刻T_o；

S5，所述用户终端根据所述时空基准计算上行载波多普勒偏移量F_ud；

S6，所述用户终端调整上行链路无线电信号的载波频率，使其最接近F_uc-F_ud；

S7，所述用户终端在所述最佳上行链路信息发送时刻T_o打开上行链路向所述卫星发送信息；

S8，所述卫星在所述上行时间窗口和预定的上行链路载波频率F_uc接收所述用户终端发送的信息。

2.如权利要求1所述的星地同步多址接入方法，其特征在于，所述卫星轨道信息包括短时卫星轨道信息和长期卫星轨道信息；所述短时卫星轨道信息包括轨道信息参考时刻T_or，轨道信息参考时刻T_or的卫星位置和速度；所述长期卫星轨道信息为低轨卫星的轨道根数。

3.如权利要求1所述的星地同步多址接入方法，其特征在于，步骤S4中所述用户终端接收所述卫星轨道信息和上行时间窗口信息的方法包括以下步骤：

S41，所述用户终端不定时的访问数据服务中心，下载所述卫星轨道信息并存储到本地存储器；

S42，所述用户终端在接入卫星之前尝试在本地存储器读取所述卫星轨道信息，若本地存储器中存储有所述卫星轨道信息，则执行步骤S44，否则执行步骤S43；

S43，所述用户终端采用盲搜索的方式搜索和捕获卫星下行信号，并执行步骤S45；

S44，所述用户终端根据存储的所述卫星轨道信息和所述时空基准计算下行链路的多普勒频移，并利用该下行链路的多普勒频移搜索和捕获卫星下行信号；

S45，所述用户终端解调卫星下行信号中的信息，获得所述卫星轨道信息，并存储该卫星轨道信息，返回步骤S44。

4.如权利要求1所述的星地同步多址接入方法，其特征在于，步骤S4中所述推算在上行时间窗口起始时刻T无线信号从用户终端传播到卫星所需时间T_d的方法包括以下步骤：

S47，根据所述卫星轨道信息和上行时间窗口信息计算卫星在上行时间窗口起始时刻T的位置

S48，列出传播方程：其中c为光速，T-T_d为最佳上行链路信息发送时刻，为在最佳上行链路信息发送时刻所述用户终端的位置；

S49，求解所述传播方程，获得在所述上行时间窗口起始时刻T无线信号从用户终端传播到卫星所需时间T_d。

5.如权利要求4所述的星地同步多址接入方法，其特征在于，步骤S47中所述计算卫星在上行时间窗口起始时刻T的位置的方法包括以下步骤：

S471，将卫星在k时刻的位置和速度描述为状态

S472，将轨道信息参考时刻T_or设定为0时刻，初始化

S473，根据式(1)式(2)计算由k-1时刻定位结果递推得到k时刻态的估计

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{X}}_k={\hat{X}}_{k-1}+{\hat{V}}_{k-1}+\frac{1}{2}ac{c}_{k-1}\\ \hat{V}={\hat{V}}_{k-1}+ac{c}_{k-1}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{acc}}_{x,k-1}=-\frac{GM}{r^3}{x}_{k-1}\left(1+\frac{3}{2}{J}_2{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\left(1-5{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\right)\right)+{\mathrm{\ω}}_e^2{x}_{k-1}+2{\mathrm{\ω}}_e{\mathrm{\ν}}_{y,k-1}\\ {\mathrm{acc}}_{y,k-1}=-\frac{GM}{r^3}{x}_{y-1}\left(1+\frac{3}{2}{J}_2{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\left(1-5{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\right)\right)+{\mathrm{\ω}}_e^2{y}_{k-1}+2{\mathrm{\ω}}_e{\mathrm{\ν}}_{x,k-1}\\ {\mathrm{acc}}_{z,k-1}=-\frac{GM}{r^3}{z}_{k-1}\left(1+\frac{3}{2}{J}_2{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\left(3-5{\left(\frac{R_e}{r}\right)}^2\right)\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中GM、J₂、R_e、ω_e为轨道动力学中与地球相关的参量，r为卫星100到地心的距离；

S474，重复执行步骤S473，令k＝k+1，直到k＝T，此时中的卫星位置即为

6.如权利要求4所述的星地同步多址接入方法，其特征在于，步骤S49中求解所述传播方程的方法包括以下步骤：

S491，令其中t＝-(T-T_d)，t₀＝T，则计算信号发射时间T_d的问题转化为求解方程f(t)＝0的解；

S492，在t₀处对f(t)泰勒展开得：

f(t)＝f(t₀)+f'(t₀)(t-t₀)+σ(t-t₀)

其中σ(t-t₀)表示相比于t-t₀是小量的项，于是得到：

${\mathrm{\Δt}}_0=t-t_0=\frac{f\left(t_0\right)}{f^{\′}\left(t_0\right)}+\mathrm{\σ}(t-t_0)$

S493，基于上述泰勒展开的迭代算法求解t：用t₀时刻的用户终端位置代替t时刻的用户终端位置来粗略估计信号的发射时间作为迭代初始值t₁：

然后再通过下面的迭代方程迭代出结果：

$t_n=t_{n-1}-\frac{f\left(t_{n-1}\right)}{f^{\′}\left(t_{n-1}\right)}$

所有以及f'(t)中项的计算由用户终端自身时空基准得到。

7.一种星地同步多址接入系统，包括：卫星、用户终端和数据服务中心；所述数据服务中心通过卫星下行链路接收卫星下行链路信息，所述用户终端通过双向卫星链路与所述卫星通信，所述数据服务中心与用户终端通过地面无线链路互联；所述卫星下行链路信息包括卫星轨道信息，所述用户终端不定时的通过地面无线链路访问数据服务中心，下载存储于数据服务中心的卫星轨道信息，并将其存储到位于用户终端的本地存储器。

8.如权利要求7所述的星地同步多址接入系统，其特征在于，所述卫星包括：卫星时空基准获取模块、轨道信息和上行时间窗口计算模块以及星载型卫星通信收发机；所述卫星时空基准获取模块的输出分别与所述轨道信息和上行时间窗口计算模块、星载型卫星通信收发机连接，用于获得卫星自身时空基准；所述轨道信息和上行时间窗口计算模块的输出连接所述星载型卫星通信收发机，根据所述卫星自身时空基准计算卫星轨道信息和上行时间窗口信息，并设定实际上行时间窗口；所述星载型卫星通信收发机调整下行链路无线电信号的载波频率最接近预定的载波频率F_dc，并在下行链路中广播卫星轨道信息和上行时间窗口信息，所述星载型卫星通信收发机同时还在所述上行时间窗口和预定的上行链路载波频率F_uc接收上行链路用户终端发送的信息。

9.如权利要求7所述的星地同步多址接入系统，其特征在于，所述用户终端包括：用户型卫星通信收发机、用户终端时空基准获取模块、最佳上行链路信息发送时刻计算模块、上行和下行载波多普勒偏移量计算模块、用户型地面通信收发机以及轨道信息存储器；所述用户型卫星通信收发机的输出分别连接到所述轨道信息存储器和最佳上行链路信息发送时刻计算模块，所述用户型卫星通信收发机在下行卫星通信链路接收卫星轨道信息和上行时间窗口信息，并将该卫星轨道信息和上行时间窗口信息输出给最佳上行链路信息发送时刻计算模块和上行和下行载波多普勒偏移量计算模块，所述用户型卫星通信收发机在上行卫星通信链路调整上行链路无线电信号的载波频率最接近F_uc-F_ud，并根据最佳上行链路信息发送时刻T_o打开上行链路向卫星发送信息；所述用户型地面通信收发机的输出连接到所述轨道信息存储器，不定时的通过地面无线链路访问所述数据服务中心，下载卫星轨道信息，存储到自身本地存储器；所述轨道信息存储器的输出分别连接到所述最佳上行链路信息发送时刻计算模块、上行和下行载波多普勒偏移量计算模块，所述用户终端时空基准获取模块的输出分别与所述用户型卫星通信收发机、最佳上行链路信息发送时刻计算模块、上行和下行载波多普勒偏移量计算模块连接，用于获取用户自身时空基准；所述最佳上行链路信息发送时刻计算模块的输出连接到所述用户型卫星通信收发机，利用卫星轨道信息推算在上行时间窗口起始时刻T无线信号从用户终端传播到卫星所需时间T_d，并得到最佳上行链路信息发送时刻T_o；所述上行和下行载波多普勒偏移量计算模块的输出连接到所述用户型卫星通信收发机，根据所述用户终端时空基准获取模块输出的用户自身时空基准计算上行载波多普勒偏移量F_ud。

10.如权利要求7所述的星地同步多址接入系统，其特征在于，所述数据服务中心包括：中心型卫星通信接收机、中心型地面通信收发机和中心型轨道信息存储器；所述中心型卫星通信接收机通过卫星下行链路接收卫星下行链路信息，并将其中的轨道信息存储到所述中心型轨道信息存储器；所述中心型地面通信收发机与所述用户型地面通信收发机互联互通，使得所述用户终端可以通过地面无线链路访问所述数据服务中心下载卫星轨道信息。