CN108604922B - 在卫星系统的用户终端维持信噪比的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用以维持信噪比的系统和方法，当用户终端切换信号束时包括生成信号束指向信息的用户终端。所述信号束指向信息用于改变用户终端将从卫星系统传输来的第一信号束切换成第二信号束的通信的时间，或调整卫星姿态，因此改正从卫星传输到用户终端的信号束的指向角的任何错误。

Description

在卫星系统的用户终端维持信噪比的方法
相关案件的声明
本案要求2015年10月14日提交的美国专利申请序列号为62/241，449的优先权，并且作为引用文件并入本文。
技术领域
本发明涉及地球轨道通信卫星和其所使用的用户终端。
背景技术
非地球同步卫星系统包括一组或一群在不同于地球静止轨道的高度上绕地球运行的卫星 (大约距离地球表面36，000千米)。在近地轨道(LEO)的非地球同步卫星系统由于非地球同步卫星系统的较低轨道，与地球同步卫星系统相比，具有更低的传输损耗和传输延迟。因此，这样的卫星比地球同步卫星更适合诸如互联网服务的交互式通信。
地球同步卫星系统具有和地球的自转周期相同的轨道周期，因此从地球看去，好像该地球同步卫星系统在天空中处在固定的位置。非地球同步卫星以相对更快的速度运行，因此对地球上的观察者好像是从地平线穿过头顶到另一地平线。由于非地球同步卫星和地球之间的这种相对运动，这样的卫星进入地面用户终端的范围，又离开地面用户终端的范围。这样的用户终端因此必须将他们的通信链路从一个卫星更换到另一个卫星(例如，切换)以实现连续通信。
在一些系统中，从卫星到用户终端的无线电是以指向不同方向的多个独立束的形式传输。因此，地面用户终端除了应付卫星间的切换，随着卫星的覆盖范围超出特定用户终端，还有单个卫星的单个束之间的切换。
在最理想的情况下，每个卫星在太空中是合适定向的，因此从其中传输的信号束是“指向”指定方向的。然而，实际上在卫星的高度可能存在误差，除了任何其他与单个信号束相关的误差，信号束不能按照系统设计精确指向用户终端。信号束指向的此种误差导致在用户终端的信噪比(SNR)的降低。
信号束指向以两种方式影响SNR。一种方式是，如果在卫星群中的两相邻卫星彼此稍微离开，会导致该卫星间在地面的覆盖间隙。影响SNR的第二种方式是，当单个卫星的指向稍微有些失误时，来自该卫星的两用户信号束间的分界线在地球表面会转移位置(例如，超前或者落后等)。该分界线定义为来自两信号束的信号强度相等的位置。在用户终端基于时间将其通信连接从一个信号束切换到下一个信号束的系统中(作为从按照星历表的知识和终端位置预推到算出)，如果分界线已经偏离其预期位置，用户终端在偏离前后的信号强度将不相等。
目前，有几种方法解决该问题。一种方法是使用移动电话中常见的技术，其中用户终端将当前接收到的信号的功率与在其他通道接收到的其他信号束的功率相比较。一旦其他信号束的接收功率超过当前接收信号的功率，用户终端执行切换操作。在那时，两信号束的接收信号强度会很接近，会导致信噪比SNR的几乎不发生变化。然而，此方法会导致大量的开销流量。第二种解决问题的方法是在信号束指向中，设计具有非常紧密的公差(最大～0.2°)的每个卫星。但是除了紧密制造公差，这样需要卫星上相对更昂贵的硬件。便宜的卫星控制系统将不可能满足该公差。第三种方法是接受将这种相对较差的服务质量提供给用户。
第一种方法导致了通信流量过大，第二种方法试图避免该问题，而第三种方法是忽视该问题。所有上述三种方法均没有达到特别满意的效果。
发明内容
本发明提供一种用以随着用户终端将通信从一个信号束切换至卫星传输来的下一信号束维持信噪比的系统和方法。本发明基于以下几个观点：
·使用基于时间的方法，而不是使用传统方法确定何时切换(即，对比通道的接收功率)；
·确定角度偏移和时间差异的之间的关系；
·那么从关系中得到的信息可以：
Figure BDA0001655933540000021
用于调整信号束切换时间(因此用户终端会从两信号束中接收相等的信号强度)，和/或
Figure BDA0001655933540000022
反馈到卫星系统以便卫星系统做出必要的姿态调整从而不要求调整切换时间。
有很多原因造成在特定时间内，在用户终端收到的功率达不到预期级别。原因包括卫星姿态(纵倾，翻转和偏航)的偏差、单个信号束未机械地对齐、信号束形状的变化、信号束强度的变化、卫星在其轨道上可能未达到精确预设位置等等。这些问题的每一个都会通过一些参数来表征(例如，卫星轨道位置，信号束方向角等)。并且这些问题的每一个都会造成时间误差。
更具体地，理想地，当在用户终端上接收的两信号束功率相同时，用户终端将一个卫星信号束通信切换至下一个卫星信号束通信。当用户终端切换信号束时，这将导致不变的信噪比。那样的切换是按照时刻表执行的。特别地，用户终端接收到显示在特定时间用户终端应与哪个卫星和卫星的哪个信号束通信的一览表。表中的信息假设信号束均是按预期精确指向的。如果他们不是由上述任何问题引起的，切换时间就会出错。因此，与其接收的功率水平在切换时保持不变，不如接收的功率有变化——通常是下降。这会造成信噪比的减小。
根据现有教导，信号束指向信息是由用户终端获取的。尤其用户终端获得作为时间的函数的从信号束接收的功率读数。系统接收那些数据并将其同预期功率水平进行对比。从那样的对比中，在卫星姿态中相关的错误信息会提取出来(例如，翻转，纵倾或偏航)。除了确定卫星姿态错误，测量数据还可以捕获其他错误类型。
最后，从用户终端获取的通过测量产生的信号束指向信息用于：(1)改变用户终端将通信从第一信号束切换成第二信号束的时间，或(2)调整卫星姿态(从而改正从卫星传输到用户终端的信号束的指向角的任何错误)。
附图说明
图1描述了卫星系统100，用于传递互联网服务至家庭用户，等；
图2描述了从系统100的卫星传输的信号束；
图3A描述了从卫星传输的信号束的翻转误差影响；
图3B描述了从卫星传输的信号束的纵倾误差影响；
图3C描述了从卫星传输的信号束的偏航误差影响；
图4描述了在卫星覆盖范围内，作为其位置的函数的由用户终端接收的功率，一个卫星系统具有16束信号束；
图5A-5B描述了根据说明的实施例确定纵倾误差的方法；
图6A-6C描述了根据说明的实施例确定偏航和纵倾误差的方法；
图7A-7D描述了图5A-5B和6A-6C所描述的用于确定偏航和纵倾误差的方法的更多细节。
图8A-8C描述了根据说明的实施例确定翻转误差的方法；
图9A-9B描述了根据说明的实施例确定翻转、纵倾和偏航误差的方法；
图10描述了根据本发明的说明性实施例的方法的第一实施例；
图11A描述了附加信号束误差的模拟图，包括单个信号束指向偏移、信号束形状的变化和信号束强度的变化；
图11B从用在图11A的模拟图中的参数描述了在地面上信号束分配区域的图；
图12描述了根据本发明的说明性实施例的方法的第二实施例。
具体实施方式
本发明的说明性实施例涉及卫星系统100，用于为地面上任何地点提供低成本，宽频带的互联网服务。本发明的实施例通常用于非同步卫星系统，该非同步卫星系统产生地面可测的辐射(例如，光，无线电或其他任何辐射)的信号束，具有任意数量的卫星(即，一个或多个)。
图1描述了卫星系统100的说明性实施例和其操作环境。系统100包括核心网络102、(多个)网关天线104、LEO卫星(卫星群)106、和用户终端108。系统100从因特网50传输数据至用户设备70(例如，电视机、计算机、平板电脑、智能手机或其他可接收和/或可传输数据的设备)，反之亦然。
核心网络102从因特网50接收数据，或核心网络102将数据传输至因特网50。在其他功能中，核心网络102将数据包路由到多个网关天线104用以传输至多个LEO卫星106。同样地，核心网络102通过多个网关天线从多个LEO卫星接收数据包。除了包括互联网内容等，数据包包括与系统相关的信息，下文做进一步讨论。
为简单起见，图1描述了单个LEO卫星106；但是需要理解的是，系统100包括多个这样的LEO卫星，被称为“卫星群”。例如，在一些实施例中，卫星群包括很大数量的卫星，例如720个卫星。在一些实施例中，卫星群组成多个轨道平面，其中每个轨道平面位于不同的高度。通常情况下，每个轨道平面的卫星数量相同，但并非必需如此。
在图1描述的实施例中，用户设备70通过用户终端108从卫星106接收数据，和/或用户设备70通过用户终端108将数据传输到卫星106。将用户设备70描述为位于建筑物60中的。在一些其他实施例中，用户设备70在户外使用，由用户终端108和用户设备之间适当的扩展电信连通支持。
在说明性实施例中，将用户终端108描述为安装在其为住宅的建筑物60内。在一些其他实施例中，建筑物60是住宅之外的建筑，例如商业建筑(例如，办公楼，餐馆，仓库等)、棚子、或甚至是缓慢移动的船，例如游轮等。通常，在每个位置(例如，住宅建筑物，商业建筑等)设置一个用户终端108以提供至该处的互联网连通。用户终端108的实施例在2015年2月20日提交的美国申请序列号为14/627，577的申请文件中提供，该申请文件的名称为“User Terminal Having A Linear Array Antenna With Electronic And MechanicalActuation System”。
如图2所描述的，LEO卫星106配备有至少两种不同类型天线的多个版本。天线205用于与网关天线(网关天线组)104通信，并且天线207用于与用户终端108通信。在说明性实施例中，天线207是无线电天线用于向地球表面传输无线电信号。这种传输描述为信号束210，每束信号束在地球表面提供覆盖区212。当用户终端108在信号束210中的其中一束的覆盖区 212内时，该用户终端接收来自该无线电传输的这些数据。
在用户终端108的初步调试时，所述用户终端执行迅速扫描天空直到获得和追踪到卫星 106中的一个(即，通过听到在卫星星群中所有卫星传输的导频信号)。一旦用户终端108完成注册并认证(包括传输其精确位置到卫星系统)，通过控制信道，该用户终端接收到“卫星及信号束”查阅表。该表显示该卫星用户终端108的哪些特定卫星106和哪些信号束210需要在给定时间内通信。随着星历表信息的更新(例如，每天等)，查阅表也定期更新。
查阅表里所包含的信息的运用是基于隐含假设；也就是说，从卫星传输的信号束精确指向预期位置，并以指定的功率值传输。因为大部分时候这种假设不可能精确，所以表中指定的切换时间会出现误差。
例如，在任何一个或多个卫星的翻转，纵倾或偏航中，偏移会改变其信号束的指向方向。从图3A到3C图示出了上述误差对信号束指向方向影响。在这些图中，箭头314表示卫星106 在其轨道中的飞行方向。
图3A描述了卫星翻转对信号束指向方向的影响。虽然图示中为顺时针方向翻转，应该理解为，卫星是可以顺时针或逆时针翻转的。“翻转”指的是当旋转轴平行于飞行方向时。箭头 316描述了因翻转使得信号束210(及其各自的覆盖范围212)偏离的方向。在图示中的偏离是“向左”或“向右”，同卫星的飞行方向正交。
图3B描述了卫星纵倾对信号束指向方向的影响。虽然图示中为逆时针方向纵倾，应该理解为，卫星是可以逆时针或顺时针翻转的。“纵倾”指的是当旋转轴相对于飞行方向的正交时。箭头316描述了因纵倾使信号束210(及其各自的覆盖范围212)偏离的方向。在图示中的偏离是“向前”或“后退”，同卫星的飞行方向平行。
图3C描述了卫星偏航对信号束指向方向的影响。虽然图示中为顺时针方向偏航，应该理解为，卫星是可以顺时针或逆时针翻转的。“偏航”指的是当旋转轴与飞行方向的正交(且平面外)时。箭头316描述了因偏航使信号束210(及其各自的覆盖范围212)偏离的方向。当从上方观察时，该偏离是“顺时针”或“逆时针”的。
图4描述了通过在卫星106的其中一个之下的用户终端108接收的功率的计算机预测值。在该图中，卫星传输了16束信号束。对于每束信号束的，接收的功率显示了具有峰值418的“驼峰”形状的特征。根据用户终端相对于卫星在地面的位置，用户终端可看到峰值418的功率，或斜坡420的较小功率。驼峰间的“山谷”是从相邻信号束接收的功率相等的位置。当在用户终端接收的功率与该谷值相一致时是信号束切换应当发生时，则该用户终端不会看到任何接收功率的阶跃变化。
假设图4描述了当信号束指向标称方向时，多个用户终端接收的功率。任何特定用户终端应当切换信号束的时间基于该特定用户终端什么时候接收的功率是“谷值”。考虑到如果信号束的指向方向从标称方向偏移会发生什么，例如由于卫星的翻转、纵倾、或偏航。用户终端接收的功率与在谷值处的功率水平相一致的时间会改变。因此，如果用户终端108在查阅表中指定时间切换成不同的信号束，则不会对应谷值处的功率水平。结果在切换时接收功率出现阶跃变化(并且通常会下降)。
说明书的其他部分公开了一种由于卫星姿态偏移或其他问题而不能精确指向预期的信号束的方法。即，基于任何偏移和时间差异的几何和三角关系考虑，建立数学关系式，并用以在用户终端维持信噪比。
如果角度偏移小，时间差异也会小，并且数学关系式可用线性关系来近似。这样，时间差异以三个角度偏移的线性函数近似表达出。为了解决三个未知数——在本实例中，三个角度偏移，至少要求三个方程式。如已提及的，时间差异的一个估算值以三个角度偏移的线性函数表达出。这提供一个线性方程式。其余两个时间差异的估算值提供需要源于三个未知角度偏移的值的另外两个方程式。
额外的时间差异估算值可以用于为三个未知数确定最佳解集。即，随着方程式比未知数多，线性方程式系统通常称为是“超定的”。如下讨论，可以使用协方差矩阵与线性方程式相结合，用以为三个未知角度偏移找到最佳解集。
图5A和5B描述了测量纵倾方法。在卫星106轨道上的单个用户终端108接收(例如，从图1的卫星系统核心网络102，等)作为时间函数的预期接收功率的分布522。用户终端108测量接收功率。接收功率值是曲线拟合，并且与图5B所描述的分布522对比。可以得到峰值功率523(预测的)和峰值功率525(测量的)之间的到达时间的差值X。如下文进一步讨论，该时间上的误差数量是对纵倾误差的测量。
图6A至6C描述了用于测量纵倾和偏航的方法。该技术要求两个或多个用户终端。使用“峰值”到达时间的相同原则。因此，在卫星106轨道上的两个用户终端1081和1082分别接收(例如，从图1的卫星系统核心网络102，等)作为时间函数的预期接收功率的分布5221和 5222。上述用户终端测量接收的功率。接收的功率值是曲线拟合，并且分别与图6B和6C所描述的分布522对比。图6B描述了用户终端1081的峰值功率5231(预测的)和峰值功率5251(测量的)之间的达到时间的差值A。图6C描述了用户终端1082的峰值功率5231(预测的) 和峰值功率5251(测量的)之间的达到时间的差值B。
图7A至7D进一步提供了纵倾误差和偏航误差的确定细节。图7A描述了四束信号束的覆盖范围，并描述出这样的场景，在所述场景中，在用户终端测量的峰值接收功率的时间与预测的峰值接收功率的时间相一致。换句话说，没有姿态(或其他)误差。图7B描述了偏航误差。在图7B中，其到达时间误差指定为T_偏航。图7C描述了偏航和纵倾误差二者。纵倾的到达时间误差指定为T_纵倾。从图7C中可看出，两个用户终端的到达时间误差的平均值表示纵倾，并且两个用户终端的到达时间的差值表示偏航。
现在参考图7D，为纵倾(t_纵倾)和偏航(t_偏航)从时间的误差量确定纵倾角θ和偏航角Φ，卫星和用户终端(多个用户终端)的三维坐标必须总是已知的。用卫星上的GPS，卫星的高度(alt)和速度(v)也是知道的。用户终端之间的间距从其GPS接收器中得知。对于小纵倾角和小偏航角，用三角法确定纵倾和偏航，如以下和图7D所示：
纵倾角θ＝t_纵倾*v/alt [1]
偏航角θ＝t_偏航*v/L [2]
图8A至8C描述了用于测量翻转角β的方法。该技术要求一小组用户终端108i，i＝1，n，例如当n等于6处，作为实际的最小值。用户终端排列成一行，本质上垂直于卫星106的飞行方向。在某一时刻，所有用户终端报告功率测量值。如图7B所描述的，标绘出功率测量值。如果这些点连接起来，会确定具有驼峰形状特征的曲线。然后曲线的峰值就可以估计出来。在测量时，将该绘图与每个用户终端的预测功率的绘图相对比。实际与预测的功率数值的偏离(左 <->右)与翻转角有关。对于小翻转角，用三角法确定翻转，如以下和图8C示：
翻转角β＝距离/alt [3]
对于小角度误差，即使翻转，纵倾和偏航误差同时发生，图5A-5B、6A-6C、7A-7D和8A-8C所描述的方法还是有效的。
图9A和9B描述了用于同时确定翻转，纵倾和偏航的替代方法。如图9A所描述的，多用户终端108i，i＝1，n排成一行横穿卫星106的轨道。作为一种选择，只要有足够数量的用户终端观察来自卫星106的每束信号束210，用户终端可随意放置。如图9B所描述的，每个用户终端108i测量一段时间的接收功率。
再参考图4，信号束图案的计算机模型可预测出所有时间点上任何特定用户终端接收了什么功率。因此，以测量功率与预测功率之间差值的平方和计算所有时间和所有用户终端的总功率误差，根据表达式[4]：
PowerError＝∑allterminals and all times(powermeas-powerpredcted)2 [4]
可对所述计算机模型进行操作，以其在预测中包括翻转，纵倾和偏航误差的任何和所有值。对于翻转、纵倾和偏航误差与间隔尺寸例如0.1度间隔的每个结合，用解决问题的穷举法来计算总功率误差，然后选择最低总功率误差的情况。在不存在测量噪声时，本方法具有大约+/- 0.05度的误差。
为了降低测量噪声的影响，可采用本领域技术人员已知的多个估算方法。一个方法通过对每种情况计算所有相邻情况的平均值来“平滑”总功率误差数据，以及从其产生的操作中筛选最小功率误差，根据表达式[5]：
Figure BDA0001655933540000071
其中i、j、k是指数，分别用于翻转，纵倾和偏航的特定实例。
获得的任何测量受测量误差的影响，并且时间差异(例如，由于卫星姿态不合适等)的每个估算值会被这样的测量误差所破坏。误差是随机可变的，并且当然误差值是未知的。但是，可以从接收器噪声的知识和用于从接收信号推导差异估算值的方法分析估计出误差的方差。通常，不同差异估算值在统计上是独立的。事实上，有很多原因可以解释为什么有些差异估算值可能是相关的。用于计算差异估算值的方差的方法还可以用于评估估算值之间的相互关联。方差和相关性的估计统称为“协方差矩阵”。
图10描述了用于在信号束间切换时，在用户终端维持信噪比(SNR)的方法1000。方法 1000利用上文讨论的技术来确定指向误差(即，翻转，纵倾和偏航)。
根据任务1001，用户终端从卫星信号束测量接收的功率。根据任务1002，所述用户终端将测量结果及其位置(例如，GPS坐标等)传输到数据处理系统中，该数据处理系统通常是，但也不一定是卫星系统核心网络的一部分(例如参见图1)。该参考信息从用户终端传输到卫星，从卫星传输到网关天线，并从网关天线传输到数据处理系统。除了传输到网关天线，通过任务1003，卫星还获得从用户终端接收的信息，并传输其位置数据(例如，GPS坐标等)到数据处理系统。在用户终端测量接收功率的这段时间内，获得卫星的GPS坐标。
根据任务1004，数据处理系统取得上述接收功率测量值和所有GPS数据，并计算卫星或卫星群的信号束指向估算值。根据任务1005，数据处理系统确定卫星指向误差的最佳估算值。
在此方法中的该点上，可以两个方式之一进行处理。根据任务1006a，指向信号通过网关天线传输到卫星。最后，在任务1007a中，卫星基于反馈信息校正其姿态。
作为一种选择，处理可以继续至任务1006b，将指向信息传输到调节其信号束切换时刻表的用户终端。
在其中测量功率水平的用户终端可以是真实的客户的那些(用于由系统提供的服务)或者它们可以是属于系统的操作员的终端。在某些可选的实施例中，不使用用户终端，而是采用为测量和记录功率水平的目的建立的专用接收设备。
除了卫星的姿态偏差，还存在造成时间差异的其他可能原因。例如，单个信号束可以未机械地对齐、信号束形状的变化、信号束强度的变化、卫星在其轨道上可能未达到精确预设位置等等。每个这样的原因都通过一些参数来表征(例如，卫星轨道位置，信号束方向角等)。对于这些参数中的每一个，可以执行与偏航，纵倾和翻转等同的步骤以得出所有参数(包括偏航，纵倾和翻转)与特定测量的时间差异值之间的数学关系。随后生成上述数学关系的线性近似，在所有未知数中，生成一个线性方程。获得额外的测量值，直到得到至少和未知数一样多的线性方程。随后，解方程的系统为所有未知数找到解。如果方程比未知数多，能够用最小平方法找到“最佳”解。现在进一步详细阐述更复杂的分析。
图11A为描述了具有放大变量的所有这些影响的模拟。图11B从用于生成图11A的相同参数描述了地面上信号束分配区域的图。信号束之间的分界线置于从相邻信号束接收的功率相等的位置处，并且因此置于信号束应当切换发生的位置处。
如果基于测量的用户终端数据可以重新计算信号束分配图，那么可得到合适地修改该信号束切换时刻表以便提高信噪比。下面公开一种用于计算该图的技术。
考虑来自单数信号束下测量和存储功率数据的一系列用户终端的数据。每个数据点具有功率z，用户终端位置，以及收集时间t。假定这些误差在时间-测量的区间(例如，一分钟等) 是不变的，并使用来自卫星和用户终端的GPS坐标，所有数据可转换成在单独的时间点，但在不同的空间点收集。类比是办公室扫描仪，其中像素的一维阵列，每个具有强度的时间历史，可以产生扫描物体的二维图像。因此，现在每个数据点为等同[x，y，z]的空间点，其中x和y 是纬度和经度坐标，并且不再与任何用户终端位置相关。假定该信号束功率通过广义抛物面方程接近近似：
z＝a1*x2+a2*x+a3*y2+a4*y+a5*x*y+a6 [6]
随着[x，y，z]坐标点(即，最小6个)足够多，基于表达式[6]的一组方程式可以通过未知数a1、a2、a3、a4、a5、a6的最小平方解出：
状态＝伪逆矩阵(H)*z [7]
其中：“状态”是[a1a2a3a4a5a6]的解；
H是包含来自基于表达式[6]的方程组的x2、x、y2、y和x*y的所有数据的数组；并且
z是与x，y数据有关的功率数据。
上述分析可对所有卫星信号束执行，一次一束。当分析函数已经对于所有信号束重建，可计算出信号束分配图。通过获取来自卫星的所有信号束功率，和为地面上每个位置提供所有信号束功率，计算出信号束分配图，并随后选择具有最高接受功率的信号束。
图12描述了用于在信号束之间切换时，在用户终端维持信噪比(SNR)的方法1200。方法1200运用上述结合图11A和11B所讨论的技术。
方法1200的首先三个任务(1201到1203)与图10所描述的方法1000相同。
在任务1204中，通常是，但不一定必须是卫星系统核心网络的一部分(参见，例如图1) 的数据处理系统转换从用户终端接收的数据(功率/时间/位置)，并运用GPS数据，转换成纯位置格式(即，参见以上所附的表达式[6]的讨论)。在任务1205中，数据处理系统运用回归分析，例如最小平方法，得到每束信号束的解析函数(即，参见以上所附的表达式[7]的讨论)。对每个卫星信号束获得解析函数。
根据任务1206，从解析函数中生成信号束分配图，其中所述图仅仅是在地面上每个位置的所有函数的最大值。根据任务1207，将信号束分配图传输给所有用户终端。最后，基于图，每个用户终端调整其信号束切换时刻表。
方法1200涉及调整信号束切换时刻表以便补偿信号束指向误差。本领域技术人员将会领悟到，本文所公开的技术可以使卫星系统通过为每束信号束寻找解析函数的峰值的位置，来矫正其姿态误差。在地面上所有信号束的峰值位置的平均值可用于计算可反馈到卫星的翻转误差，纵倾误差和偏航误差。
在此应该理解为，本公开记载了几个实施例，本领域技术人员在阅读本公开后，可以轻易推到出本发明的多种改变，并且通过以下权利要求确定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于操作卫星系统的方法，其中所述卫星系统包括非地球同步卫星、第一用户终端和第二用户终端，所述非地球同步卫星的高度(alt)和速度(v)是已知的，第一用户终端和第二用户终端以已知的距离(L)彼此隔开，并且位于发射第一信号束和第二信号束的非地球同步卫星的路径上，其中，当第一用户终端在第一信号束和第二信号束之间切换通信时，操作卫星系统以维持第一用户终端的第一信噪比，所述方法包括：
计算(1)预测第一用户终端从非地球同步卫星接收峰值功率的时间和(2)第一用户终端测量来自非地球同步卫星的峰值功率的时间之间的第一差值；
计算(3)预测第二用户终端从非地球同步卫星接收峰值功率的时间和(4)第二用户终端测量来自非地球同步卫星的峰值功率的时间之间的第二差值；
基于纵倾误差时间(t_纵倾)计算纵倾角，所述纵倾误差时间确定为第一差值和第二差值的平均值，并且纵倾角通过以下公式计算：纵倾角＝t_纵倾*v/alt；
基于偏航误差时间(t_偏航)计算偏航角，所述偏航误差时间确定为第一用户终端到达时间和第二用户终端到达时间之间的第三差值，并且偏航角通过以下公式计算：偏航角＝t_偏航*v/L；
基于纵倾角和偏航角，调整第一用户终端在第一信号束和第二信号束之间切换通信的第一切换时间，
其中，在所述第一切换时间，在第一用户终端维持第一信噪比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当第二用户终端在第一信号束和第二信号束之间切换通信时，卫星系统基于所述纵倾角和偏航角在第二用户终端维持第二信噪比。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括基于纵倾角和偏航角，调整第二用户终端在第一信号束和第二信号束之间切换通信的第二切换时间，
其中，在所述第二切换时间，在第二用户终端维持第二信噪比。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调整进一步基于翻转角，并且其中基于由多个用户终端同时报告的各个功率测量值来计算所述翻转角，所述计算基于一方法，所述方法包括:
接收每个用户终端在共同的时间点进行的第一功率测量；
将功率测量值绘制成曲线图并确定所述曲线图的峰值；和
将所述曲线图与测量时每个用户终端的预测功率的曲线图进行比较，以确定翻滚角。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多个用户终端包括所述第一用户终端和所述第二用户终端。
6.一种用于操作卫星系统的方法，其中所述卫星系统包括非地球同步卫星和多个用户终端，所有用户终端被布置在基本垂直于卫星飞行方向的直线上，其中所述非地球同步卫星发射第一信号束和第二信号束，其中，当每个用户终端在第一信号束和第二信号束之间切换通信时，操作卫星系统以在多个用户终端维持第一信噪比，所述方法包括：
接收由每个用户终端在共同的时间点进行的第一功率测量；
将功率测量结果绘制成曲线图并确定其峰值；
将所述曲线图与测量时每个用户终端的预测功率的曲线图进行比较，以确定翻转角；以及
基于翻转角，调整第一用户终端在第一信号束和第二信号束之间切换通信的第一切换时间，其中，在所述第一切换时间，在第一用户终端维持第一信噪比。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，当第二用户终端在第一信号束和第二信号束之间切换通信时，卫星系统在第二用户终端维持第二信噪比。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括:基于所述翻转角，调整第二用户终端在第一信号束和第二信号束之间切换通信的第二切换时间，
其中，在所述第二切换时间，在第二用户终端维持第二信噪比。
9.根据权利要求6所述的方法，其中,所述调整进一步基于纵倾角。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括计算纵倾角，包括：
通过以下方法计算纵倾角误差：
计算(1)预测第一用户终端从非地球同步卫星接收峰值功率的时间和(2)第一用户终端测量来自非地球同步卫星的峰值功率的时间之间的第一差值；
计算(3)预测第二用户终端从非地球同步卫星接收峰值功率的时间和(4)第二用户终端测量来自非地球同步卫星的峰值功率的时间之间的第二差值；以及
计算第一差值和第二差值的平均值以获得纵倾角误差，以及
基于所述纵倾角误差计算所述纵倾角。
11.根据权利要求6所述的方法，其中,所述调整进一步基于偏航角。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括计算偏航角，包括：
由以下计算偏航角误差：
计算(1)预测第一用户终端从非地球同步卫星接收峰值功率的时间和(2)第一用户终端测量来自非地球同步卫星的峰值功率的时间之间的第一差值；
计算(3)预测第二用户终端从非地球同步卫星接收峰值功率的时间和(4)第二用户终端测量来自非地球同步卫星的峰值功率的时间之间的第二差值；以及
计算第一用户终端到达时间和第二用户终端到达时间之间的第三差值以获得偏航角误差，以及
基于所述偏航角误差计算所述偏航角。
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