CN110138426A - 一种基于卫星通信的全景波束构建方法、系统、设备和介质 - Google Patents

一种基于卫星通信的全景波束构建方法、系统、设备和介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种基于卫星通信的全景波束构建方法、系统、设备和介质，其中，该方法包括应用于地面站，所述方法包括：模拟卫星调制的历史下行数据；对模拟卫星调制的下行数据进行解调，得到设定数量航天器对应的解调参数；获取卫星调制的实时下行数据，基于解调参数对实时调制的下行数据进行解调，得到实时调制的下行数据中携带的设定数量航天器的信号特性数据。本申请中，通过仿真实际场景获得地面站设备所需要的解调参数，并基于获取的解调参数改进相应的地面站设备，基于改进后的地面站设备能够实现了静态全景波束的布设，使得与地面站设备通信的通信卫星能够覆盖其覆盖范围内的所有航天器，实现了与地面站通信的用户中心与每一个航天器的实时通讯。

Description

一种基于卫星通信的全景波束构建方法、系统、设备和介质
技术领域
本申请涉及航天器测控通信技术领域，具体而言，涉及一种基于卫星通信的全景波束构建方法、系统、设备和介质。
背景技术
目前，在卫星通信领域，通过卫星天线设计的有限的返向和前向波束，实现不同空域航天器的数据传输，并且实现卫星与地面站的通信。
但是，目前受限于星载设备的能力，通信卫星天线生成的有限个波束，仅能同时为多个不同空域航天器提供低速率返向数据传输服务和一个空域航天器提供低速前向数据传输服务。通信的一般流程为：目标用户通过返向波束将通讯数据传输给卫星；卫星将接收到的目标用户的通讯数据下行发送给地面站，地面站将接收到的目标用户的通讯数据进行处理，从而得到目标用户的运行状态；当地面站需要向目标用户发送任务时，地面站将通讯数据上行发送给卫星，卫星将接收到的携带有任务信息的通讯数据通过前向波束发送给目标用户，目标用户接收到上述通讯数据后执行相应的任务。在该过程中只能对该时刻卫星通信范围内的目标用户进行服务，若想为更多用户提供服务，只能运用S频段多址波束即时电扫的特点，采用空分和码分的方式为更多的用户提供服务。
当存在未处于卫星通信范围内的多个目标用户同时请求服务时，仅能通过上述即时电扫的方式，会导致目标用户的请求不能及时被响应，影响通信的速度与效率。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种基于卫星通信的全景波束构建方法、系统、设备和介质，通过进行波束的布设，形成静态覆盖的全景波束，以提高卫星通信的效率。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于卫星通信的全景波束构建方法，其中，所述方法应用于地面站，包括：
模拟卫星调制的历史下行数据，其中，所述历史下行数据包括所述卫星覆盖范围内所有航天器发射的信号特性数据；
对所述模拟卫星调制的下行数据进行解调，得到设定数量航天器对应的解调参数；其中，所述解调参数为所述地面站中的解调参数，该解调参数用于对卫星调制后的下行数据进行解调；
获取卫星调制的实时下行数据，基于所述解调参数对所述卫星调制的实时下行数据进行解调，得到所述卫星调制的实时下行数据中携带的设定数量航天器的信号特性数据。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，对所述模拟卫星调制的下行数据进行解调，得到设定数量航天器对应的解调参数，所述方法具体包括：
根据相控阵天线相对于目标覆盖区域内每个波束覆盖区域的中心位置，计算出每个波束对应的数字波束形成DBF权系数；
根据预设条件，调整每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，直到满足预设条件为止，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，其中，所述预设条件为相邻波束交叠的电平限制以及目标覆盖区域所需的信号强度；
基于调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，计算得到所述设定数量航天器对应的解调参数。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据相控阵天线相对于目标覆盖区域内每个波束覆盖区域的中心位置，计算出每个波束对应的数字波束形成DBF权系数之前，还包括：
建立通信卫星S频段多址SMA天线坐标系，将波束目标覆盖区域的坐标投影到SMA天线坐标系中，根据数字波束形成DBF加权系数的计算公式进行计算，得到DBF权系数ψn：
其中，(xn,yn,zn)为第n个阵元的坐标，λ为波长。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述根据预设条件，调整每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，直到满足预设条件为止，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，具体包括：
根据目标覆盖区域，设置相邻波束的信噪比，并计算每个波束的指向角；
若监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内，则根据所述指向角计算波束数量，基于所述指向角和所述波束数量，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数；
否则修改所述指向角，重复执行监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内的步骤。
第二方面，本申请实施例还提供了一种基于卫星通信的全景波束构建系统，其中，所述系统包括：仿真模块、第一解调模块、获取模块和第二解调模块；
所述仿真模块，用于模拟卫星调制的历史下行数据，其中，所述历史下行数据包括所述卫星覆盖范围内所有航天器发射的信号特性数据；
所述第一解调模块，用于对所述模拟卫星调制的下行数据进行解调，得到设定数量航天器对应的解调参数；其中，所述解调参数为地面站中的解调参数，该解调参数用于对卫星调制后的下行数据进行解调；
所述获取模块，用于获取卫星调制的实时下行数据；
所述第二解调模块，用于基于所述解调参数对所述卫星调制的实时下行数据进行解调，得到所述卫星调制的实时下行数据中携带的设定数量航天器的信号特性数据。
结合第二方面，本申请实施例还提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一解调模块，具体用于：
根据相控阵天线相对于目标覆盖区域内每个波束覆盖区域的中心位置，计算出每个波束对应的数字波束形成DBF权系数；
根据预设条件，调整每个波束对应的数字波束形成权系数，直到满足预设条件为止，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，其中，所述预设条件为相邻波束交叠的电平限制以及目标覆盖区域所需的信号强度；
基于调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，计算得到所述设定数量航天器对应的解调参数。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述系统还包括坐标系构建模块；
所述坐标系构建模块，用于建立通信卫星S频段多址SMA天线坐标系，将波束目标覆盖区域的坐标投影到SMA天线坐标系中，根据数字波束形成DBF加权系数的计算公式进行计算，得到DBF权系数ψn：
其中，(xn,yn,zn)为第n个阵元的坐标，λ为波长。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第一调节模块，具体用于：
根据目标覆盖区域，设置相邻波束的信噪比，并计算每个波束的指向角；
若监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内，则根据所述指向角计算波束数量，基于所述指向角和所述波束数量，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数；
否则修改所述指向角，重复执行监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内的步骤。
第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面中任一项所述的方法的步骤。
第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器运行时执行上述第一方面中任一项所述的方法的步骤。
本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束构建方法、系统、设备和介质，通过仿真卫星调制的下行数据并对下行数据进行解调，实现了仿真实际场景获得地面站设备所需要的解调参数，既不会影响实际场景的实时通信，还能够提高解调参数的获取效率。在得到解调参数后，基于该解调参数对卫星实时调制的下行数据进行解调，以实现对地面站设备的改进。其中，改进后的地面站设备能够进行静态全景波束的布设，使得与地面站设备通信的通信卫星能够覆盖其覆盖范围内的所有航天器，实现了与地面站通信的用户中心与每一个航天器的实时通讯。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的一种基于卫星通信的全景波束构建方法的流程示意图；
图2示出了本申请实施例所提供的一种基于卫星通信的全景波束构建方法中计算解调参数的流程示意图；
图3示出了本申请实施例所提供的一种基于卫星通信的全景波束构建方法中计算数字波束形成权系数的流程示意图；
图4a示出了本申请实施例所提供的一组交叠电平为1.5分贝的相邻波束交叠示意图；
图4b示出了本申请实施例所提供的一组交叠电平为3分贝的相邻波束交叠示意图；
图5示出了本申请实施例所提供的一种单星覆盖范围内相邻的波束不同的交叠电平下波束的数量分析结果示意图；
图6示出了本申请实施例所提供的一种基于卫星通信的全景波束覆盖地表波束地面投影的示意图；
图7示出了本申请实施例所提供的一种基于卫星通信的全景波束构建系统的结构示意图；
图8示出本申请实施例所提供的一种基于卫星通信的全景波束应用场景的流程示意图；
图9示出本申请实施例所提供的一种执行基于卫星通信全景波束构建方法的计算机设备的结构示意图。
主要元件符号说明：801-航天器；802-通信卫星；803-地面站；804-运控中心；805-用户中心；80-使用申请；81-航天器当前运行状态信息；82-使用计划；83-控制指令。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束构建方法的流程示意图，如图1所示，所述方法应用于地面站，包括：
S101、模拟卫星调制的历史下行数据，其中，所述历史下行数据包括所述卫星覆盖范围内所有航天器发射的信号特性数据。
上述历史下行数据为卫星下发给地面站的，所述历史下行数据中携带有卫星通信范围内所有航天器的数据，这里航天器的数据指信号特性数据。
上述所有航天器发射的信号特性数据包括航天器自身的状态数据以及相应状态下携带的数据。
通过地面站设备模拟卫星调制的下行数据，这里卫星调制生成下行数据的过程如下：卫星的相控阵天线接收的其通信范围内所有航天器的信号特性数据，并通过30路相控阵天线将所有航天器的信号特性数据调制成30路下行数据发送给地面站。
S102、对所述模拟卫星调制的下行数据进行解调，得到设定数量航天器对应的解调参数。
上述设定数量航天器是根据用户需要预先设定的需要解调出的航天器的数量，目前在保证单颗通信卫星覆盖范围内全景波束的覆盖并且满足相邻波束的交叠电平在不超过1.5分贝或3分贝的条件下，需要39或19个航天器对应的解调参数。
地面站接收到模拟的卫星调制的下行数据，并对接收到的携带有该卫星通信范围内所有航天器信号特性数据的下行数据进行解调，能够得到用户需要的设定数量的航天器对应的解调参数。
S103、获取卫星调制的实时下行数据，基于所述解调参数对所述卫星调制的实时下行数据进行解调，得到所述卫星调制的实时下行数据中携带的设定数量航天器的信号特性数据。
将模拟的卫星调制的下行数据输入到设置好的地面站设备中，地面站设备对下行数据基于解调参数进行解析，能够解调出卫星实时调制的下行数据中携带的设定数量航天器的信号特性数据。
例如：当模拟的单颗通信卫星的卫星通信范围内仅有40个航天器，此时的模拟过程如下：40个航天器同时发射通信数据(此时40个航天器中每一个航天器发射的通信数据都是已知的)给通信卫星，通信卫星实时接收上述通信数据，并通过通信卫星上的30个相控阵天线将40个航天器的通信数据生成30路下行数据发送给地面站，地面站接收到上述30路下行数据后，对上述已知每一个航天器的下行数据进行解调计算，得到满足用户需求数量的解调参数。
当卫星实时获取其通信范围内的所有航天器(n个航天器)的通信数据，并通过通信卫星的30个相控阵天线将所有航天器(n个航天器)的通信数据调整成30路下行数据，发送给地面站，地面站将接收到的上述30路下行数据(其中30路下行数据中每一路均携带有n个航天器的通信数据)经过光功分网络将30路下行数据的每一路数据区分开，然后将区分开的30路携带有n个航天器通信数据的下行数据分布输入到设有解调参数的数字波束形成器DBF板卡中，通过计算得到n个航天器每一个航天器的通信数据(此时如n大于用户设置的通信通道个数时，可以通过频分或者码分等方式对通信通道进行划分，从而增加通信通道)，从而实现用户中心实时获取该通信卫星通信范围内所有航天器的数据，并能够实时对所有航天器进行控制。
本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束构建方法，通过模拟迭代调试的方式，对地面站设备进行改进，实现静态全景波束的布设，从而使得通信卫星能够实时接收其通信覆盖范围内所有航天器的数据，并实时将数据传输给地面站，地面站对接收到的所有航天器的数据进行解析后，得到每一航天器的数据，传输给用户中心，从而建立起航天器与用户中心的实时通讯。
进一步的，图2示出本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束构建方法中计算解调参数的流程示意图，如图2所示，对所述模拟卫星调制的下行数据进行解调，得到设定数量航天器对应的解调参数，所述方法具体包括以下步骤：
S201、根据相控阵天线相对于目标覆盖区域内每个波束覆盖区域的中心位置，计算出每个波束对应的数字波束形成DBF权系数。
S202、根据预设条件，调整每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，直到满足预设条件为止，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成权DBF系数，其中，所述预设条件为相邻波束交叠的电平限制以及目标覆盖区域所需的信号强度。
S203、基于调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，计算得到所述设定数量航天器对应的解调参数。
结合上述步骤201、步骤202和步骤203，为实现全景波束对期望区域(即目标覆盖区域即单颗通信卫星通信覆盖范围)的覆盖，需要根据通信卫星S频段多址SMA相控阵天线相对于单个波束覆盖区域的中心位置，分析、计算出与每个波束对应的数字波束形成(DBF)权系数，并通过DBF控制单元传送给相应的DBF板卡，进而实现全景波束覆盖。
进一步的，本申请实施提供的一种基于卫星通信的全景波束构建方法，所述方法在上述步骤201之前，还需要进行以下步骤：
A10、建立通信卫星S频段多址SMA天线坐标系，将波束目标覆盖区域的坐标投影到SMA天线坐标系中，根据数字波束形成DBF加权系数的计算公式进行计算，得到DBF权系数ψn：
其中，(xn,yn,zn)为第n个阵元的坐标，λ为波长。
结合上述步骤A10定义SMA相控阵天线坐标系，并将通常按经纬高坐标定义的子波束覆盖区域中心映射到SMA相控阵天线坐标系中去，上述SMA天线坐标系的定义基于卫星坐标系，即：卫星坐标系原点位于星箭分离面的几何中心，X轴与卫星东板垂直且向外为正，Y轴与卫星南板垂直且向外为正，Z轴与卫星对地板垂直且向外为正；SMA天线坐标系：SMA天线坐标系原点为阵面与列地板安装面的几何中心，各坐标轴与卫星坐标系各轴对应平行。
由此获得对SMA天线坐标系的定义。由于SMA天线坐标系属于载体坐标的一种，以此为基础可通过不同坐标系的变换，将子波束覆盖区域中心的经纬高坐标投影到SMA天线坐标系，记作(θ，φ)，并结合DBF加权系数的计算公式实现对DBF权系数的计算：
式中(xn,yn,zn)为第n个阵元的坐标，λ为波长。
进一步的，图3示出本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束构建方法中计算数字波束形成权系数的流程示意图，如图3所示，根据预设条件，调整每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，直到满足预设条件为止，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，具体包括以下步骤：
S301、根据目标覆盖区域，设置相邻波束的信噪比，并计算每个波束的指向角。
S302、若监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内，则根据所述指向角计算波束数量，基于所述指向角和所述波束数量，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数。
S303、否则修改所述指向角，重复执行监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内的步骤。
全景波束数量主要考虑单个子波束的能力要求、覆盖区域的大小，以及通信卫星组网条件下的轨位分布。子波束越宽，所需波束数量较少，但波束边缘的性能下降较多，反之，子波束越窄，所需波束数量较多。
在分析景波束覆盖时，拟按照相邻波束以1.5dB和3dB交叠电平，分别分析波束数量。交叠电平越小，用户位于波束交叠区域的信噪比损失越小，但波束数量越多。如图4a、4b所示，图4a示出一组交叠电平为1.5分贝的相邻波束交叠示意图，图4b示出一组交叠电平为3分贝的相邻波束交叠示意图。
结合步骤301、步骤302和步骤303，首先根据SMA波束宽度和所期望覆盖的区域，相邻波束按照一定的交叠电平，如1.5dB或3dB交叠，在STK仿真软件里，粗略分析波束数量和每个波束的指向角；其次基于STK软件的分析结果，利用天线仿真软件具体计算空域里每个角度是否处于全景波束覆盖范围内，并且在波束边缘的损失不超过1.5dB或3dB；若不满足上述条件，则重新迭代，修改每个波束指向角，直到满足上述条件。利用上述方法初步分析得出单颗通信卫星对地覆盖和覆盖一定高度波束数量和构型。
通过不断迭代计算得出如图5所示的一种单星覆盖范围内相邻的波束不同交叠电平下波束的数量分析结构示意图，当相邻波束的交叠电平为1.5分贝时且单星覆盖范围为地面时，得到波束的数量为39，每个波束的张角为±8.5°；当相邻波束的交叠电平为1.5分贝时且单星覆盖范围为1000km以下时，得到波束的数量为55，每个波束的张角为±10.0°；当相邻波束的交叠电平为3分贝时且单星覆盖范围为地面时，得到波束的数量为19，每个波束的张角为±8.5°；当相邻波束的交叠电平为3分贝时且单星覆盖范围为1000km以下时，得到波束的数量为31，每个波束的张角为±10.0°。
图6示出本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束覆盖地表波束地面投影的示意图，如图6所示在多星组网条件下(即多个卫星通信进行组网实现全球通信时)，通信卫星SMA系统全景波束构型重点考虑不同卫星覆盖区域重叠对波束构型的影响，按照通信卫星轨位分布，若不考虑重叠的影响会导致波束的浪费，从而使得地面站波束形成和解调系统造成大量的资源浪费，因此，多星组网条件下波束构型设计需要尽量减少不同卫星形成波束的重叠，以最少的波束形成所需区域的静态覆盖。
本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束构建系统，所述系统包括地面站设备；所述地面站设备，用于：
模拟卫星调制的下行数据，其中，所述下行数据包括所述卫星覆盖范围内所有航天器发射的信号特性数据；
对所述模拟卫星调制的下行数据进行解调，得到设定数量航天器对应的解调参数；
获取卫星实时调制的下行数据，基于所述解调参数对所述实时调制的下行数据进行解调，得到所述实时调制的下行数据中携带的设定数量航天器的信号特性数据。
图7为本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束构建系统的结构示意图，如图7所示，地面站设备包括波束形成设备701和解调器设备702；
所述解调器设备包括第一计算模块、迭代调整模块和第二计算模块；
所述第一计算模块，用于根据相控阵天线相对于目标覆盖区域内每个波束覆盖区域的中心位置，计算出每个波束对应的数字波束形成DBF权系数；
所述迭代调整模块，用于根据预设条件，调整每个波束对应的数字波束形成权系数，直到满足预设条件为止，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，其中，所述预设条件为相邻波束交叠的电平限制以及目标覆盖区域所需的信号强度；
所述第二计算模块，用于基于调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，计算得到所述设定数量航天器对应的解调参数。
进一步的，本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束构建系统，所述解调器设备还包括坐标构建模块；
所述坐标系构建模块，用于：
建立通信卫星S频段多址SMA天线坐标系，将波束目标覆盖区域的坐标投影到SMA天线坐标系中，根据数字波束形成DBF加权系数的计算公式进行计算，得到DBF权系数ψn：
其中，(xn,yn,zn)为第n个阵元的坐标，λ为波长。
进一步的，本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束构建系统，所述迭代调整模块，具体用于：
根据目标覆盖区域，设置相邻波束的信噪比，并计算每个波束的指向角；
若监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内，则根据所述指向角计算波束数量，基于所述指向角和所述波束数量，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数；
否则修改所述指向角，重复执行监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内的步骤。
本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束构建系统，在不改变星上设备，通信体制紧密围绕用户的作需求，并且在Opnet网络仿真软件中验证其性能，具有可行性；在地面站进行协议升级和设备改造，通过光功分网络接入当前的系统，对现有系统不造成影响。另外，硬件设备基于在地面站型号设备，只需要进行扩展和升级，具有良好的继承性。因此本方案具有较低的风险性和较高的实际可行性与可操作性。
基于卫星通信的全景波束构建系统地面站的地面设备可在现有通信卫星SMA系统基础上进行改造。返向全景波束系统通过通信卫星SMA地面站光功分网络接入30路返向信号，完成全景波束形成、数据解扩解调等功能。
信号处理硬件设备采用了基于通用处理平台的开放式硬件架构设计，通过加载不同模式的软件可实现不同类型的功能。按照功能划分，信号处理硬件设备共分为波束形成设备701和解调器设备702；其中波束形成设备701负责形成全空域覆盖的全景波束并检测用户的信号到来，解调器设备702(即解调器)负责短报文信号、连续业务的解扩、解调、组帧等功能。
本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束构建系统，系统工作的具体流程如下：全景波束形成设备701(即波束形成设备)的数据输入为30通道基带信号，原有光功分网络接口不足时可使用扩展的光网络，波束形成设备701提供了全景覆盖的公共信道；用户可在公共信道上发送接入请求或者短报文信息；波束形成设备701检测到信号之后，交由解调器设备702进行解调并进行MAC层的帧解析；如果是资源接入请求，则通过网络发往运控中心进行解析和资源调度；如果是短报文信息，则将解调后的短报文数据发往用户中心。
其中，波束形成设备701每个波束合成模块后带一个信号检测模块，负责物理层信号的存在性实时检测，当检测到信号存在时，将信号位置传送给解调器终端，由解调器终端完成MAC层信号的解析。
考虑到模块的资源规模，根据需要可以配置一到多个公共信道。此外，全景波束形成设备701还可以根据用户申请情况，配置形成可灵活调度的动态跟踪波束，为用户提供连续服务。
解调器设备702采用基于资源池的思路，根据需要通过软件加载，既可用于短报文信号的解调，也可以用于连续业务信号的解调。
图8为本申请实施例提供的一种基于卫星通信的全景波束应用场景的流程示意图，如图8所示，航天器801采用周期性的方式通过返向全景波束按照一定的频率(时间可设定，如10s)重复向通信卫星802发送数帧使用申请80，并将航天器自身的当前运行状态信息81实时发送给通信卫星802，通信卫星802将接收到的使用申请80和航天器当前运行状态信息81下行发送给地面站，地面站接收通信卫星802发送的使用申请80和航天器当前运行状态信息81，并将上述使用申请80和航天器当前运行状态信息81传输给运控中心804，运控中心804接收到上述使用申请80后，通过资源分配软件计算是否有可用的时间段，并根据可用时间段生成相应航天器的使用计划82，同时通过地面网络将使用计划82发送给用户中心805，运控中心804还将接收到的航天器当前运行状态信息81发送给用户中心，用户中心根据接收到的航天器当前运行状态信息81对航天器的状态进行监控，通过分析航天器当前运行状态信息81中处于异常状态的航天器的信号特性数据，生成相应的控制指令83对处于异常状态的航天器进行控制。
用户中心805将生成的控制指令83信息发送给运控中心804，运控中心804将生成的使用计划82和接收到的控制指令83发送给地面站803，地面站803将接收到的使用计划82和控制指令83上行发送给通信卫星802，通信卫星802调用通信卫星S频段多址SMA全景波束的前向波束将上述使用计划82和控制指令83发送给航天器801，从而实现航天器801与用户中心805之间实时进行数据传输。
上述航天器801当前运行状态信息包括航天器801的当前运行状态(即当前运行状态良好或异常)和航天器801的当前运行异常状态对应的相应的航天器801的异常数据。
上述使用申请80指的是航天器801与用户中心805进行通信的申请信息，以使通过该申请获得相应的通信卫星通道资源，实现航天器801与用户中心805之间进行通信。
上述使用计划82是运控中心804根据航天器801发送的使用申请80以及通信卫星802通道资源当前的使用情况，运用资源分配软件计算出的当前是否有可用的时间段，当计算出当前通信卫星802通道资源有可用的时间段时，则生成相应的使用计划82，以使航天器801与用户中心805根据该使用计划82进行通信。
上述通信卫星802、地面站803和运控中心804构成为航天器801与用户中心805之间进行通信的传输通道，上述运控中心804用于对通信卫星通道资源进行分配，上述用户中心805用于对航天器801进行控制、监测与管理。
对应于图1中的一种基于卫星通信的全景波束构建方法，本申请实施例还提供了一种计算机设备900，如图9所示，该设备包括存储器901、处理器902及存储在该存储器901上并可在该处理器902上运行的计算机程序，其中，上述处理器902执行上述计算机程序时实现上述一种基于卫星通信的全景波束构建方法。
具体地，上述存储器901和处理器902能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器902运行存储器901存储的计算机程序时，能够执行上述一种基于卫星通信的全景波束构建方法，解决了现有技术中当存在未处于卫星通信范围内的多个目标用户同时请求服务时，仅能通过上述即时电扫的方式，会导致目标用户的请求不能及时被响应，影响通信的速度与效率的问题。
对应于图1中的一种基于卫星通信的全景波束构建方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述一种基于卫星通信的全景波束构建方法的步骤。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述一种基于卫星通信的全景波束构建方法，解决了现有技术中当存在未处于卫星通信范围内的多个目标用户同时请求服务时，仅能通过上述即时电扫的方式，会导致目标用户的请求不能及时被响应，影响通信的速度与效率的问题，本申请通过模拟迭代调试的方式，对地面站设备进行改进，实现静态全景波束的布设，从而使得通信卫星能够实时接收其通信覆盖范围内所有航天器的数据，并实时将数据传输给地面站，地面站对接收到的所有航天器的数据进行解析后，得到每一航天器的数据，传输给用户中心，从而建立起航天器与用户中心的实时通讯。
本申请实施例所提供的进行一种基于卫星通信的全景波束构建方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
本申请实施例所提供的一种基于卫星通信的全景波束构建系统可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于卫星通信的全景波束构建方法，其特征在于，所述方法应用于地面站，包括：
模拟卫星调制的历史下行数据，其中，所述历史下行数据包括所述卫星覆盖范围内所有航天器发射的信号特性数据；
对所述模拟卫星调制的下行数据进行解调，得到设定数量航天器对应的解调参数；其中，所述解调参数为所述地面站中的解调参数，该解调参数用于对卫星调制后的下行数据进行解调；
获取卫星调制的实时下行数据，基于所述解调参数对所述卫星调制的实时下行数据进行解调，得到所述卫星调制的实时下行数据中携带的设定数量航天器的信号特性数据。
2.根据权利要求1所述的基于卫星通信的全景波束构建方法，其特征在于，对所述模拟卫星调制的下行数据进行解调，得到设定数量航天器对应的解调参数，所述方法具体包括：
根据相控阵天线相对于目标覆盖区域内每个波束覆盖区域的中心位置，计算出每个波束对应的数字波束形成DBF权系数；
根据预设条件，调整每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，直到满足预设条件为止，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，其中，所述预设条件为相邻波束交叠的电平限制以及目标覆盖区域所需的信号强度；
基于调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，计算得到所述设定数量航天器对应的解调参数。
3.根据权利要求2所述的基于卫星通信的全景波束构建方法，其特征在于，根据相控阵天线相对于目标覆盖区域内每个波束覆盖区域的中心位置，计算出每个波束对应的数字波束形成DBF权系数之前，还包括：
建立通信卫星S频段多址SMA天线坐标系，将波束目标覆盖区域的坐标投影到SMA天线坐标系中，根据数字波束形成DBF加权系数的计算公式进行计算，得到DBF权系数ψn：
其中，(xn,yn,zn)为第n个阵元的坐标，λ为波长。
4.根据权利要求2所述的基于卫星通信的全景波束构建方法,其特征在于，所述根据预设条件，调整每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，直到满足预设条件为止，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，具体包括：
根据目标覆盖区域，设置相邻波束的信噪比，并计算每个波束的指向角；
若监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内，则根据所述指向角计算波束数量，基于所述指向角和所述波束数量，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数；
否则修改所述指向角，重复执行监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内的步骤。
5.一种基于卫星通信的全景波束构建系统，其特征在于，所述系统包括：仿真模块、第一解调模块、获取模块和第二解调模块；
所述仿真模块，用于模拟卫星调制的历史下行数据，其中，所述历史下行数据包括所述卫星覆盖范围内所有航天器发射的信号特性数据；
所述第一解调模块，用于对所述模拟卫星调制的下行数据进行解调，得到设定数量航天器对应的解调参数；其中，所述解调参数为所述地面站中的解调参数，该解调参数用于对卫星调制后的下行数据进行解调；
所述获取模块，用于获取卫星调制的实时下行数据；
所述第二解调模块，用于基于所述解调参数对所述卫星调制的实时下行数据进行解调，得到所述卫星调制的实时下行数据中携带的设定数量航天器的信号特性数据。
6.根据权利要求5所述的基于卫星通信的全景波束构建系统，其特征在于，所述第一解调模块，具体用于：
根据相控阵天线相对于目标覆盖区域内每个波束覆盖区域的中心位置，计算出每个波束对应的数字波束形成DBF权系数；
根据预设条件，调整每个波束对应的数字波束形成权系数，直到满足预设条件为止，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，其中，所述预设条件为相邻波束交叠的电平限制以及目标覆盖区域所需的信号强度；
基于调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数，计算得到所述设定数量航天器对应的解调参数。
7.根据权利要求6所述的基于卫星通信的全景波束构建系统，其特征在于，所述系统还包括坐标系构建模块；
所述坐标系构建模块，用于建立通信卫星S频段多址SMA天线坐标系，将波束目标覆盖区域的坐标投影到SMA天线坐标系中，根据数字波束形成DBF加权系数的计算公式进行计算，得到DBF权系数ψn：
其中，(xn,yn,zn)为第n个阵元的坐标，λ为波长。
8.根据权利要求6所述的基于卫星通信的全景波束构建系统，其特征在于，所述第一调节模块，还具体用于：
根据目标覆盖区域，设置相邻波束的信噪比，并计算每个波束的指向角；
若监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内，则根据所述指向角计算波束数量，基于所述指向角和所述波束数量，得到调整后的每个波束对应的数字波束形成DBF权系数；
否则修改所述指向角，重复执行监测到目标覆盖区域内每个波束的指向角均处于目标覆盖区域范围内，且相邻波束的信噪比在预设的范围内的步骤。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1-4任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1-4中任一项所述的方法的步骤。
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