CN110890915A - 用于与多个航天器进行并发通信的地基天线 - Google Patents

用于与多个航天器进行并发通信的地基天线 Download PDF

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Abstract

本公开涉及用于与多个航天器进行并发通信的地基天线。具体地，一种系统包括地面站的天线。所述天线被配置为生成多个信号波束。所述多个信号波束在天空中限定多个小区。所述天线被机械地固定到特定取向。所述天线包括相控阵天线。所述系统还包括联接到所述天线的处理器。所述处理器被配置为发起经由所述多个信号波束与多个航天器进行的并发通信。所述多个航天器位于所述多个小区内。

Description

用于与多个航天器进行并发通信的地基天线
技术领域
本公开总体上涉及一种用于与航天器(spacecraft)进行通信的天线。
背景技术
随着技术进步，诸如蜂窝通信之类的无线通信已变得越来越普遍。一些蜂窝网络包括用于向诸如卫星电话之类的移动装置提供蜂窝通信的一个或更多个卫星。在这样的系统中，卫星能够从多个电子装置发送和接收数据并把接收到的数据路由至地面站，以进一步进行处理。为了允许这样的通信，卫星通常包括大型天线，该大型天线提供多个通信波束，以在地球上形成覆盖区域。覆盖区域内的电子装置经由该多个波束与卫星进行通信。卫星还包括附加天线，以允许与地面站进行通信。卫星上的天线意味着卫星的总体的尺寸、重量和功耗的相当大一部分，因此意味着在降低卫星的总体的成本、重量、尺寸和功耗方面的挑战。
为了执行与多个卫星的通信，地面站包括多个天线。在地面站使用多个天线增加了系统的成本和复杂度。另外，为了在卫星穿过相应轨道路径时执行与卫星的通信，地面站处的天线机械地进行转向，以跟随卫星的轨道路径。例如，地基(ground-based)天线包括机械地操纵天线(例如，改变天线的取向、天线的位置或这二者)以在卫星跨天空移动时跟踪该卫星的万向接头(gimbal)、电机以及其它部件。这些机械操纵部件增加了地基天线的成本和复杂度。
卫星系统面临的另一挑战是在地面站处识别各种卫星。用于识别卫星的一种方式是，使各个卫星把识别信息包括在到地面站的各个传输中。把识别信息包括在到地面站的各个传输中增加了网络拥塞并降低了卫星系统中的吞吐量。
发明内容
在特定实现方式中，一种系统包括地面站的天线。所述天线被配置为生成多个信号波束。所述多个信号波束在天空中限定多个小区。所述天线被机械地固定到特定取向。所述天线包括相控阵天线。所述系统还包括联接到所述天线的处理器。所述处理器被配置为发起经由所述多个信号波束与多个航天器进行的并发通信。所述多个航天器位于所述多个小区内。
在另一特定实现方式中，一种方法包括在地面站的天线处生成多个信号波束。所述多个信号波束在天空中限定多个小区。所述天线被机械地固定到特定取向。所述天线包括相控阵天线。所述方法还包括执行经由所述多个信号波束与多个航天器进行的并发通信。所述多个航天器位于所述多个小区内。
在另一特定实现方式中，一种计算机可读存储装置存储指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行操作，所述操作包括发起在地面站的天线处生成多个信号波束。所述多个信号波束在天空中限定多个小区。所述天线被机械地固定到特定取向。所述天线包括相控阵天线。所述操作还包括发起经由所述多个信号波束与多个航天器进行的并发通信。所述多个航天器位于所述多个小区内。
附图说明
图1是示出用于执行与多个航天器的并发通信的系统的特定实现方式的图；
图2示出图1的天线的特定实现方式；
图3是示出使用图1的天线估计航天器的轨道路径的图；以及
图4是执行与多个航天器的并发通信的方法的示例的流程图。
具体实施方式
本文公开了用于使得单个地基天线能够与多个航天器并发地进行通信的系统和方法的实现方式。根据一个方面，天线包括相控阵天线，该相控阵天线被配置为生成在天空中限定多个小区的多个信号波束。多个信号波束使得能够与位于多个小区内的航天器进行通信。例如，天线被配置为经由限定特定小区的特定信号波束从该特定小区内的航天器发送和接收数据。因为天线被配置为生成多个波束，所以天线能够并发地与多个航天器进行通信(例如，与多个航天器的通信的部分同时发生)。因此，与使用多个地基天线来与多个航天器进行通信的系统相比，所述系统的成本和复杂度是降低的。
天线(例如，地基天线)被固定到特定取向。例如，天线不包括万向接头、电机以及其它部件来机械地操纵天线。相反，天线被配置为使用多个信号波束来与多个航天器进行通信。天线包括被配置为生成多个信号波束的多个天线元件。例如，如本文进一步描述的，多个天线元件执行波束成形，以生成多个信号波束。多个信号波束在天空中限定多个小区(例如，覆盖区域)，在这些小区中，天线能够执行与多个航天器的通信。如本文进一步描述的，小区的尺寸和形状由天线元件的特性(例如，与多个天线元件相关联的波束成形参数以及天线元件的其它特性)控制。另外，小区的位置由多个天线元件的取向控制。在特定实现方式中，天线(例如，多个天线元件)被设计成使得多个小区提供全景(horizon-to-horizon)覆盖。例如，天线元件的数量、天线元件的取向以及天线元件的其它特性被选择成，使得多个小区从一个地平线(horizon)延伸到另一地平线。由于多个小区的覆盖区域，在与多个航天器进行通信期间，天线不转向来改变取向。因此，与包括诸如万向接头、电机和其它部件之类的机械操纵部件的其它地基天线相比，所述天线降低了成本。
因为地基天线被配置为提供限定多个小区的多个信号波束，所以位于该航天器上的通信电路比位于其它航天器上的通信电路更小且更简单。例如，航天器可包括卫星，并且可包括通常见于卫星电话中的通信电路以使得能够与地基天线进行通信。由于卫星电话的小形状因子，所以这样的通信电路通常具有小于几英寸的尺寸。在卫星上使用这种通信电路允许与传统卫星相比具有小很多的形状因子的卫星设计。例如，可使用较小的通信电路来设计具有几立方厘米或几立方英寸的总体积的“立方卫星(CubeSat)”。这些小卫星可由地基天线监测和控制，如本文进一步描述的。
另外，与传统系统相比，本文所描述的系统和方法允许航天器的改进的跟踪和识别。例如，当航天器在天空中穿过多个小区时，在经由多个信号波束接收到通信时，可相对于多个小区确定航天器的位置。为了例示，当经由限定特定小区的信号波束接收到通信时，航天器的第一位置被确定为在该特定小区内。当确定了航天器的位置时，基于该位置来估计该航天器的轨道路径。因为基于关于多个小区确定的位置来估计轨道路径，所以地基天线不需要机械地转向来跟踪特定航天器。另外，可把估计的轨道路径与存储器处存储的轨道路径数据进行比较，以识别匹配的轨道路径。例如，轨道路径数据包括特定组航天器的注册的或以其它方式指定的轨道路径。通过把估计的轨道路径与轨道路径数据所识别的轨道路径中的一个轨道路径进行匹配，确定航天器的标识。例如，如果估计的轨道路径与“航天器A”的指定的轨道路径相匹配，则该航天器被识别为航天器A。因此，本文所描述的系统和方法描述了在来自航天器的各个通信不包括识别信息的情况下对航天器进行识别，这改进了系统的总带宽和吞吐量，或者减少了包括在航天器中的用于以其它方式识别航天器的基础设施。
图1示出执行与多个航天器的并发通信的系统100的特定实现方式的示例。系统100包括天线102、地面站104以及包括第一航天器130和第二航天器132的多个航天器。尽管示出了两个航天器，但在其它实现方式中，系统100包括超过两个的航天器。
天线102和地面站104在地球上位于特定位置。天线102联接到地面站104。尽管示出为分离的部件，但天线102可以是地面站104的一部分。天线102和地面站104被配置为执行与第一航天器130和第二航天器132的并发通信，如本文进一步描述的。在特定实现方式中，地面站104包括处理器106和存储器108。存储器108可包括随机存取存储器、只读存储器、高速缓存或其它动态存储器、诸如存储装置之类的静态存储器、不同类型的计算机可读存储装置或者其任何组合。存储器108被配置为存储指令，所述指令在由处理器106执行时使得处理器106执行本文所描述的操作。另外，存储器108被配置为存储航天器轨道数据110。航天器轨道数据110表示由地面站104的操作者操作的或者向政府机关或其它组织注册的一个或更多个航天器的轨道路径。航天器轨道数据110用于识别由天线102检测到的航天器，如参照图3进一步描述的。
在特定实现方式中，地面站104是基站。在此实现方式中，地面站104连接到诸如公共交换电话网络(PSTN)之类的电路交换网络、诸如互联网之类的分组交换网络、专用网络、其它通信服务或其组合。另外地或另选地，地面站104可包括用于与航天器群(例如，诸如第一航天器130和第二航天器132的多个航天器)进行通信并控制该航天器群的操作中心。
在特定实现方式中，天线102被固定到特定取向。例如，天线102可按照特定取向来取向，并且可为不可移动的。为了例示，天线102不包括被配置为机械地操纵天线102的万向接头、电机或其它部件(例如，天线102不包括被配置为改变天线102的取向或位置的部件)。在另选实现方式中，天线102包括1维万向接头，以提供针对天线102的取向的粗调，从而调节天线102所提供的覆盖区域。
在特定实现方式中，天线102是相控阵天线。例如，天线102包括按照阵列布置的多个天线元件。如本文进一步描述的，信号波束的特性基于波束成形参数。在一些实现方式中，多个天线元件中的各个天线元件被固定到对应取向。
天线102被配置为生成多个信号波束120。多个信号波束120可包括多个发送信号波束、多个接收信号波束或其组合。例如，多个信号波束可包括使得能够向第一航天器130和第二航天器132发送数据的发送信号波束、使得能够从第一航天器130和第二航天器132接收数据的接收信号波束或其组合。
多个信号波束120在天空中限定多个小区122。多个小区122通过多个信号波束120中的对应信号波束来表示覆盖区域。尽管在图1中多个小区122中的每一个小区被示出为椭圆，但这种例示并非限制性的。在其它实现方式中，小区具有其它形状，例如圆形、方形、矩形、六边形(或其它多边形)、不同的椭圆或其它形状。在特定实现方式中，小区的形状基于多个天线元件的波束成形参数和特性来设定，如参照图2进一步描述的。另外，尽管小区被示出为不交叠，但这种例示是为了方便，并非旨在限制。在其它实现方式中，多个小区122中的小区交叠，使得提供连续的覆盖区域。
在一些实现方式中，多个小区122中的相邻小区与不同的参数相关联。例如，多个小区122可与复用模式(reuse pattern)相关联，使得相邻小区不与相同的参数相关联。参数可包括通信时间(例如，对于时分多址(TDMA)方案)、通信代码(例如，对于码分多址(CDMA)方案)、频带(例如，对于频分多址(FDMA)或正交频分多址(OFDMA)方案)、其它参数或其组合。与各个小区相关联的参数基于用于在系统100内执行通信的无线协议。通信协议可包括TDMA协议、CDMA协议、FDMA或OFDMA协议、另一类通信协议或其组合。
多个小区122的覆盖区域基于小区的尺寸和形状。可针对距天线102的特定距离设定小区的尺寸和形状。例如，多个天线元件可被设计成生成多个小区122，其中各个小区在地球上方的特定轨道(例如，高度)处具有特定尺寸。在特定实现方式中，多个天线元件被配置为提供“地平线至地平线”覆盖。例如，在一些实现方式中，多个小区122相对于天线102的位置从一个地平线延伸到另一地平线。
天线102和地面站104被配置为允许与多个航天器的并发通信。例如，处理器106被配置为发起经由多个信号波束120与第一航天器130和第二航天器132进行的并发通信。并发通信是指两个通信的至少一部分同时发生(但其它部分可在不同的时间发生)的通信。并发通信可包括通信信号的发送、通信信号的接收或这二者。当第一航天器130和第二航天器132位于多个小区122内时，允许并发通信。
第一航天器130和第二航天器132被配置为跨多个小区122穿过相应轨道路径。第一航天器130和第二航天器132还被配置为经由天线102与地面站104进行通信。在特定实现方式中，第一航天器130和第二航天器132包括卫星。在其它实现方式中，第一航天器130和第二航天器132包括航天飞机、空间站、火箭或其它类型的航天器。第一航天器130包括处理器134、存储器136和通信电路138。存储器136可存储指令，所述指令在由处理器134执行时使得处理器134执行本文所描述的操作。通信电路138包括天线、收发器以及被配置为使得第一航天器130能够执行与地面站104的无线通信的其它通信电路。由于天线102的功能，通信电路138可小于位于传统卫星上的通信电路。在一些实现方式中，通信电路138类似于见于卫星电话中的通信电路，并且具有小于几英寸或几厘米的尺寸。类似于第一航天器130，第二航天器132也包括处理器、存储器和通信电路。
在一些实现方式中，第一航天器130和第二航天器132相对于地球上的一个或更多个固定位置移动。航天器在地球的特定轨道中行进。为了例示，在特定实现方式中，第一航天器130、第二航天器132或这二者在低地球轨道(LEO)中行进。在另一实现方式中，第一航天器130、第二航天器132或这二者在中地球轨道(MEO)中行进。在另一实现方式中，第一航天器130、第二航天器132或这二者在高地球轨道(HEO)中行进。另外，第一航天器130和第二航天器132可在相同类型的轨道或不同类型的轨道中。作为第一示例，第一航天器130和第二航天器132在LEO中行进。作为第二示例，第一航天器130在MEO中行进，并且第二航天器132在HEO中行进。另外地或另选地，第一航天器130、第二航天器132或这二者在地球同步轨道中或地球同步轨道附近行进。这些示例仅是为了例示，而非限制。
第一航天器130和第二航天器132被配置为执行持久通信。例如，第一航天器130和第二航天器132被配置为发送信标消息。地面站104可使用持久通信(例如，信标消息)来确定第一航天器130和第二航天器132的位置。
为了例示，天线102被配置为经由多个信号波束120从第一航天器130和第二航天器132接收持久通信(或其它通信)。基于哪一信号波束用于接收通信，处理器106被配置为确定第一航天器130关于多个小区122的位置以及第二航天器132关于多个小区122的位置，如本文进一步描述的。处理器106还被配置为基于所确定的位置来估计第一航天器130和第二航天器132的轨道路径，并通过把估计的轨道路径与航天器轨道数据110所表示的轨道路径进行匹配，来识别第一航天器130和第二航天器132，如参照图3进一步描述的。
在识别第一航天器130或第二航天器132并估计相应轨道路径之后，处理器106被配置为执行与第一航天器130或第二航天器132的通信。例如，如果在识别第一航天器130之后，数据等待用于第一航天器130，则处理器106经由天线102发起经由与第一航天器130的估计的位置相对应的信号波束向第一航天器130发送数据。作为另一示例，如果在识别第二航天器132之后，数据等待用于第二航天器132，则处理器106经由天线102发起经由与第二航天器132的估计的位置相对应的信号波束向第二航天器132发送数据。因此，可在识别特定航天器之后开始与该特定航天器的通信。另外地或另选地，处理器106可发起经由多个信号波束向一组航天器发送数据。另外地或另选地，天线102还被配置为从第一航天器130接收通信信号或数据，并且数据被传递到处理器106以进行处理。
因为地面站104被配置为基于估计的轨道路径来识别航天器(如参照图3进一步描述的)，所以航天器不需要在向地面站104的发送中包括把该航天器识别为特定航天器的识别数据。例如，一些传统卫星通信系统要求卫星把识别信息包括在由该卫星发送的各个消息中。在本文所描述的实现方式中，系统100的航天器没有把识别信息包括在向地面站104的各个发送中。相反，使用消息的特性(例如，特定通信时隙、用于对消息进行编码的特定代码或者特定通信频带)来区分航天器，并使得能够确定与该航天器相对应的位置。地面站104使用该位置来把航天器识别为特定航天器，如本文进一步描述的。发送没有把航天器识别为特定航天器的识别信息的消息减小了消息的大小，这减少了网络拥塞并提高了系统100的吞吐量。在其它实现方式中，基于航天器的位置(关于多个小区122)的识别用作第一形式的识别，从航天器接收到的消息的分析和处理(以解析包括在该消息中的识别信息，例如嵌入在协议栈中的识别信息)用作第二形式的识别。第二形式的识别可用于验证第一形式的识别。
在一些实现方式中，使用估计的轨道路径来检测未知航天器。例如，如果特定航天器的估计的轨道路径未能与任何已知航天器(例如，由地面站104监测并控制的航天器群)的轨道路径相匹配，则该特定航天器被识别为未知航天器(例如，不是该群的一部分的航天器)。未知航天器的识别可用作对由于故障而改变轨道的航天器进行评估的附属能力或者在其它群(例如，由其它地面站监测和控制的群)的航天器之间进行区分的方式。例如，未知航天器可被识别为错过预期轨道路径的航天器，这表示该航天器改变了轨道路径(例如，由于故障或干扰)。航天器不再沿着指定的轨道路径行进的确定可以是触发一个或更多个操作的基础，如本文进一步描述的。
在特定实现方式中，天线102被配置为经由L波段频率来执行与第一航天器130和第二航天器132的并发通信。经由L波段频率范围进行通信允许这样的数据速率：该数据速率支持把任务数据和命令以及控制数据二者传送到第一航天器130和第二航天器132。在其它实现方式中，可经由S波段频率、C波段频率、X波段频率、Ku波段频率、K波段频率、Ka波段频率或其它频带来执行通信。
在操作期间，天线102生成在天空中限定多个小区122的多个信号波束120。多个小区122被限定在距天线102的特定距离处。例如，作为非限制性示例，多个小区122被限定在LEO距离、MEO距离或HEO距离处。多个小区122表示来自天线102的通信的覆盖区域。在特定实现方式中，覆盖区域是地平线至地平线覆盖区域。小区的数量以及小区的尺寸和形状基于天线102的天线元件的波束成形参数和特性，如参照图2进一步描述的。在特定实现方式中，各个小区在与LEO相关联的距离处跨约四公里。
处理器106经由天线102执行与第一航天器130和第二航天器132进行的并发通信。例如，处理器106发起经由天线102把数据并发传输到第一航天器130以及第二航天器132。作为另一示例，在从第二航天器132接收到部分数据的同时，天线102把数据发送到第一航天器130。可根据诸如TDMA协议、CDMA协议、FDMA或OFDMA协议或另一协议之类的一个或更多个通信协议来执行并发通信。经由多个信号波束120中的信号波束来执行通信。例如，当第一航天器130位于第一小区122A内时，可经由第一信号波束120A把数据发送到第一航天器130。如果航天器位于同一小区内，则天线102经由分离的逻辑信道独立地与航天器进行通信。当航天器穿过多个小区122时，与该航天器的通信从信号波束切换到信号波束。根据用于与航天器进行通信的通信协议来执行信号波束切换。
另外，地面站104确定航天器关于多个小区122的位置。例如，在第一时间t1，第一航天器130位于多个小区122中的第一小区122A内，并且第二航天器132位于多个小区122中的第二小区122B内。天线102经由多个信号波束120中的第一信号波束120A从第一航天器130接收第一通信信号。另外，天线102经由多个信号波束120中的第二信号波束120B从第二航天器132接收第二通信信号。处理器106基于接收到的通信信号的特性(例如，与通信信号相关联的时隙、代码或频带)而在两个航天器之间进行区分。通过识别出经由第一信号波束120A接收到第一通信信号，处理器106确定第一航天器130位于与第一小区122A相对应的区域内。类似地，通过识别出经由第二信号波束120B接收到第二通信信号，处理器106确定第二航天器132位于与第二小区122B相对应的区域内。当第一航天器130和第二航天器132穿过其相应轨道路径时，可确定附加位置，并且基于这些位置，处理器106确定与第一航天器130和第二航天器132相对应的估计的轨道路径。基于估计的轨道路径，处理器106识别第一航天器130和第二航天器132，如参照图3进一步描述的。
在特定实现方式中，各个波束的幅度分布不均匀(例如，在小区内的各种点处获得的信号功率不同)。例如，小区中心处的信号功率最高，并且信号功率朝着小区的外边缘减小。由于该信号功率分布，可确定航天器在小区内的位置。例如，处理器106测量与从第一航天器130接收到的第一通信信号相关联的信号功率。基于所测得的信号功率，处理器106确定第一航天器130在第一小区122A内的位置。
执行跟踪航天器(例如，确定航天器的位置)，而不执行扫描操作以确定航天器的位置。作为扫描操作的一部分，传统卫星系统从地基天线向卫星发送测距信号，以确定卫星的位置。一旦确定了卫星的位置，地基天线通过随着卫星跨天空移动而改变天线的取向来跟踪卫星。然而，在一些实现方式中，本公开的天线102被固定到特定取向。因此，天线102不移动来跟踪航天器。另外，因为通过对经由多个信号波束120的来自航天器的通信进行监测来监测该航天器，所以天线102不向航天器发送测距信号或执行扫描操作(包括指向、采集和跟踪)来在通信上连接到航天器。因为不使用测距信号，所以位于航天器上的通信电路不需要包括测距电路和相关硬件，这降低了位于航天器上的通信电路的成本和复杂度。
系统100提供了优于传统卫星系统的多个益处。作为一个示例，因为天线102被配置为经由多个信号波束120进行通信，所以天线102能够执行与多个航天器的并发通信。尽管描述了两个航天器，但在其它实现方式中，系统100中可包括超过两个的航天器。例如，根据形成天线102的天线元件的数量和配置，天线102能够与几十至几百个航天器并发地进行通信。并发地执行与多个航天器的通信使得地面站104能够使用单个地基天线(例如，天线102)来与卫星群(或其它航天器)进行通信并控制该卫星群(或其它航天器)。
另外，系统100使得能够设计和使用与其它卫星系统相比更小的航天器。例如，因为天线102能够经由多个信号波束120与多个航天器进行通信，所以包括在航天器上的通信电路可小于传统卫星上的通信电路。例如，航天器上的通信电路可在尺寸和面积/体积上类似于在卫星电话中使用的通信电路。由于通信电路(例如，天线、收发器、射频电路等)的小尺寸，与传统卫星相比，该航天器(例如，卫星)的总体尺寸可被减小。例如，“立方卫星”(例如，具有近似立方体形状和小尺寸的卫星，有时在各个维度上是几厘米那么小)可配备有较小的通信电路，而不会显著增加立方卫星的总体尺寸。立方卫星通常按体积测量，其中一个单位(“1U”)的立方卫星具有10立方厘米的体积。存在其它标准立方卫星尺寸，例如0.5U、1.5U、2U、3U、6U和12U。因此，立方卫星具有可用于通信电路的有限面积。另外，这种通信电路比传统卫星的较大天线使用更少的功率，从而降低系统100的航天器的总功率要求。
系统100的另一益处是地基天线的降低的成本和复杂度。例如，天线102可被固定到特定取向，同时仍经由多个信号波束120(所述多个信号波束120限定多个小区122)提供地平线至地平线覆盖。因为天线102被固定到特定取向，所以天线102不需要万向接头、电机以及其它部件来改变天线102的取向以使得能够跨天空跟踪航天器。因为不包括万向接头、电机和其它部件，所以与其它卫星系统的其它地基天线相比，天线102具有降低的成本和复杂度。
系统100的另一益处是改进了航天器的识别。例如，如参照图3进一步描述的，处理器106能够基于航天器的估计的轨道路径来识别航天器。因为以这种方式识别航天器，所以在一些实现方式中，航天器不需要利用各个消息来发送把航天器识别为特定航天器的识别信息。处理器106可基于通信信号的特性在航天器之间进行区分并基于在特定时间的航天器位置来确定航天器的估计的轨道路径。使用估计的轨道路径(以及沿着估计的轨道路径的航天器位置)来确定在特定时间使用了哪些信号波束与航天器进行通信。在一些实现方式中，代替包含在通信信号内的信息，使用估计的轨道路径来识别航天器，如参照图3进一步描述的。因此，可减小消息的大小，或者可增加消息中的有效负荷量，从而减少网络拥塞和/或提高系统100内的总吞吐量。
图2示出图1的天线102的特定实现方式。天线102包括按照阵列布置的多个天线元件202。多个天线元件202包括例示性天线元件202A。多个天线元件202中的各个天线元件包括联接到天线元件的馈电喇叭。例如，天线元件202A包括联接到天线元件202A的馈电喇叭204。在特定实现方式中，馈电喇叭204被配置为提供从收发器到天线元件202A的无线电波，以进行传输。另外，馈电喇叭204被配置为捕获接收到的无线电波并把接收到的无线电波提供给收发器以进行处理。在特定实现方式中，多个天线元件202中的各个天线元件包括反射器，该反射器被配置为反射从馈电喇叭接收到的无线电波以生成对应信号波束。在另选实现方式中，通过从馈电喇叭直接辐射来生成信号波束(例如，天线元件不包括反射器)。
天线102被配置为执行波束成形以定向多个信号波束120，从而形成图1的多个小区122。在波束成形中，由多个元件生成的信号被组合(通过相长干涉和相消干涉)，以生成具有特定方向的信号波束。为了允许波束成形，天线102还包括与多个天线元件202的馈电喇叭相联接的波束成形网络。波束成形网络被配置为对由多个天线元件202生成的信号的幅度和相位进行控制。波束成形网络基于波束成形参数来控制幅度和相位。信号的幅度和相位的控制使得能够生成信号波束定向的信号波束以用于发送或接收。因为信号波束被定向，所以信号波束可被定向成形成图1的多个小区122。
在一些实现方式中，多个天线元件202中的各个天线元件被固定到对应取向。例如，各个天线元件被固定到使得能够生成限定图1的多个小区122中的对应小区的信号波束的相应取向。为了进一步例示，与多个天线元件中的各个天线元件相关联的波束成形参数被固定。因为波束成形参数被固定，所以由天线102生成的信号波束具有固定的特性(例如，尺寸、形状)并指向天空中的固定位置。
由多个天线元件202生成的信号波束的特性以及因此由信号波束限定的小区的特性基于多个天线元件202的波束成形参数和特性。例如，由信号波束限定的小区的尺寸和形状基于与多个天线元件202中的天线元件中的一个或更多个天线元件相关联的波束成形参数。例如，波束成形参数控制由对应天线元件生成的信号的相对幅度和相位，并且幅度和相位影响信号波束的方向(例如，对应小区的位置)以及对应小区的尺寸和形状。另外，小区的特性可基于天线元件的其它特性，例如对应天线元件的馈电喇叭的直径、反射器的形状或类型或其它特性。在特定实现方式中，多个天线元件202中的各个天线元件被固定到对应取向(例如，波束成形参数被固定)，使得图1的多个小区122在天空中具有固定的小区图案。
在特定实现方式中，天线102包括被配置为生成多个小区的128个天线元件，各个小区在LEO处跨四公里并具有椭圆形状。在其它实现方式中，天线102包括不同数量的天线元件、小区具有不同的形状(例如，圆形、矩形、方形、六边形或其它多边形等)、小区具有不同的尺寸或其组合。
图3示出使用图1的天线102估计航天器的轨道路径。在特定实现方式中，地面站104的处理器106被配置为执行参照图3描述的操作。
如参照图1说明的，天线102生成在天空中限定多个小区122的多个信号波束120。尽管多个小区122被示出为不交叠，但在一些实现方式中，多个小区122中的小区交叠，使得在天空中限定连续的覆盖区域。随着第一航天器130和第二航天器132穿过多个小区122，第一航天器130和第二航天器132把持久通信(例如，信标信号)发送到地面站104。在特定实现方式中，贯穿航天器的寿命，周期性地发送持久通信。在另选实现方式中，当航天器在多个小区122的覆盖范围内时，航天器发送持久通信。例如，航天器可使用定时器(例如，在航天器位于多个小区122内的时间之间倒计时)或定位电路(例如，全球定位系统(GPS)电路)，以确定航天器在多个小区122内。天线102经由多个信号波束120接收持久通信，并且处理器106被配置为基于接收到的信号来确定第一航天器130和第二航天器132的位置。
为了例示，在第一时间t1，第一航天器130位于多个小区122中的第三小区122C内的第一位置302处。天线102在第一时间t1经由多个信号波束120中的第三信号波束(第三信号波束限定第三小区122C)从第一航天器130接收第三通信信号。处理器106基于第三通信信号的接收，来确定第一航天器130关于多个小区122的第一位置302。例如，处理器106识别出经由第三信号波束接收到第三通信信号，并且处理器106识别出第三信号波束限定第三小区122C。处理器基于第三通信信号的特性(例如，与第三通信信号相关联的时隙、与第三通信信号相关联的代码、与第三通信信号相关联的频带或其它独特特性)还把第一航天器130与其它航天器区分开来。因此，处理器106确定在第一时间t1时，第一航天器130位于与天空的特定区域相对应的第三小区122C内。在一些实现方式中，处理器106访问多个小区122到关于地球的位置的映射，以确定第一位置302。在特定实现方式中，处理器106基于第三通信信号的信号功率来确定第三小区122C内的第一位置302。为了例示，处理器106测量第三通信信号的信号功率并把第三通信信号的信号功率与一个或更多个参考信号功率(例如，估计的最大信号功率和/或估计的最小信号功率)进行比较，以参照第三小区122C的中心确定第一位置302。例如，如果测得的信号功率近似等于估计的最大信号功率，则第一航天器130近似位于第三小区122C的中心。当第一航天器130接近第三小区122C的边缘时，第三通信信号的信号功率减小，因此测得的信号功率越低，第一航天器130越靠近第三小区122C的边缘。
在第一时间t1之后的第二时间t2，第一航天器130位于多个小区122中的第四小区122D内的第二位置304处。天线102在第二时间t2经由多个信号波束120中的第四信号波束(第四信号波束限定第四小区122D)从第一航天器130接收第四通信信号。处理器106基于第四通信信号的接收来确定第一航天器130关于多个小区122的第二位置304。例如，处理器106识别出经由第四信号波束接收到第四通信信号，并且处理器106识别出第四信号波束限定第四小区122D。处理器106基于第四通信信号的特性来把第一航天器130与其它航天器区分开来。因此，处理器106确定在第二时间t2时，第一航天器130位于与天空的特定区域以及因此关于地球的特定位置相对应的第四小区122D内。在特定实现方式中，处理器106基于第四通信信号的信号功率来确定第四小区122D内的第二位置304。
在确定第一位置302和第二位置304之后，处理器106至少部分地基于第一位置302和第二位置304来确定第一航天器130的估计的路径310。例如，基于第一位置302、第二位置304以及任何中间位置，处理器106构造估计的路径310。当从第一航天器130接收到附加通信信号并确定附加位置时，处理器106可细化估计的路径310。
类似地，处理器106确定位置并执行第二航天器132的路径估计。为了例示，在第一时间t1，第二航天器132位于多个小区122中的第五小区122E内的第三位置306处。天线102在第一时间t1经由多个信号波束120中的第五信号波束(该第五信号波束限定第五小区122E)从第二航天器132接收第五通信信号。处理器106基于第五通信信号的接收来确定第二航天器132关于多个小区122的第三位置306。例如，处理器106识别出经由第五信号波束接收到第五通信信号，并且处理器106识别出第五信号波束限定第五小区122E。处理器106基于第五通信信号的特性来把第二航天器132与其它航天器区分开来。因此，处理器106确定在第一时间t1时，第二航天器132位于与天空的特定区域相对应的第五小区122E内。在特定实现方式中，处理器106基于第五通信信号的信号功率来确定第五小区122E内的第三位置306。
在第二时间t2，第二航天器132位于第四小区122D内的第四位置308处。天线102在第二时间t2经由第四信号波束(该第四信号波束限定第四小区122D)从第二航天器132接收第六通信信号。处理器106基于第六通信信号的接收来确定第二航天器132关于多个小区122的第四位置308。例如，处理器106识别出经由第四信号波束接收到第六通信信号，并且处理器106识别出第四信号波束限定第四小区122D。处理器106基于第六通信信号的特性来把第二航天器132与其它航天器区分开来。因此，处理器106确定在第二时间t2时，第二航天器132位于与天空的特定区域以及因此关于地球的特定位置相对应的第四小区122D内。在特定实现方式中，处理器106基于第六通信信号的信号功率来确定第四小区122D内的第四位置308。
在确定第三位置306和第四位置308之后，处理器106至少部分地基于第三位置306和第四位置308来确定第二航天器132的估计的路径312。例如，基于第三位置306、第四位置308以及任何中间位置，处理器106构造估计的路径312。当从第二航天器132接收到附加通信信号并确定附加位置时，处理器106可细化估计的路径312。
估计的路径和确定的位置的精度基于多个小区122中的小区的尺寸。例如，基于较大的小区确定的位置和估计的路径的精度低于基于较小的小区的位置和估计的路径。在特定实现方式中，天线102被设计成使得关于天线102的位置(例如，地球上的位置)，邻近小区彼此相隔约一度。在此实现方式中，第一航天器130和第二航天器132可在彼此的一度内，并且在多个小区122中的不同小区内。因此，与在彼此一度内的两个航天器的并发通信可通过经由多个信号波束120中的两个信号波束执行通信来执行。
除了确定航天器的位置之外，处理器106还被配置为确定航天器的速度。例如，处理器106基于第二位置304和第一位置302之差与第二时间t2和第一时间t1之差的比率，来确定第一航天器130的速度。类似地，处理器基于第四位置308和第三位置306之差与第二时间t2和第一时间t1之差的比率，来确定第二航天器132的速度。
在对估计的路径310和估计的路径312进行估计之后，基于估计的路径来识别第一航天器130和第二航天器132。为了例示，为了识别第一航天器130，处理器106把第一航天器130的估计的路径310与图1的存储器108处存储的航天器轨道数据110进行比较。航天器轨道数据110存储表示一个或更多个航天器的一个或更多个轨道路径的数据。例如，航天器轨道数据110可表示与地面站104相关联的操作者操作的一个或更多个航天器的轨道路径。作为另一示例，航天器轨道数据110可表示向政府机关或其它机构注册的航天器的一个或更多个轨道路径。
处理器106把估计的路径310与航天器轨道数据110进行比较，以确定估计的路径310是否与航天器轨道数据110所识别的轨道路径相匹配。如果检测到匹配，则基于该匹配来识别第一航天器130。例如，如果航天器轨道数据110表示“航天器A”、“航天器B”、“航天器C”和“航天器D”的轨道路径，并且如果处理器106确定第一航天器130的估计的路径310与航天器A的轨道路径相匹配，则处理器106把第一航天器130识别为航天器A。作为另一示例，如果处理器106确定第二航天器132的估计的路径312与航天器C的轨道路径相匹配，则处理器106把第二航天器132识别为航天器C。
在一些实现方式中，两个航天器可共享同一轨道路径。例如，航天器轨道数据110可表示航天器A和航天器B共享同一轨道路径，其中航天器B落后航天器A特定时间量。在这样的实现方式中，处理器106可基于在特定时间穿过对应轨道路径来确定第一航天器130和第二航天器132的标识。为了例示，如果第一航天器130的估计的路径310和第二航天器132的估计的路径312二者与航天器A和航天器B的轨道路径相匹配，则处理器106确定是第一航天器130还是第二航天器132在特定时间沿着航天器A的轨道路径(或航天器B的轨道路径)更远。如果第一航天器130比第二航天器132沿着轨道路径更远，并且航天器轨道数据110表示航天器B落后航天器A，则处理器106把第一航天器130识别为航天器A并把第二航天器132识别为航天器B。另选地，如果第二航天器132比第一航天器130沿着轨道路径更远，则处理器106把第一航天器130识别为航天器B并把第二航天器132识别为航天器A。
在一些实现方式中，如果对应的估计的路径不与航天器轨道数据110所识别的任何轨道路径相匹配，则识别新航天器。为了例示，如果处理器106确定第一航天器130的估计的路径310不与航天器轨道数据110所识别的任何轨道路径相匹配，则处理器106把第一航天器130识别为新航天器，并把新的标识符指派给第一航天器130。另外，处理器106把估计的路径310存储为与新航天器相关联的轨道路径。另选地，处理器106确定发生了错误状况，并且可发起一个或更多个校正动作。例如，如果航天器不与航天器轨道数据110所识别的任何轨道路径相匹配，则该航天器可能已改变了轨道路径。对于识别航天器何时遇到导致航天器改变航向的非预期状况，识别已改变了轨道路径的航天器可能是重要的。可发起一个或更多个校正动作，例如在地面站104处向用户显示警告，或者发起用于校正轨道路径的操作(例如，向第一航天器130发送控制数据)。
在识别航天器之后，处理器106被配置为估计航天器的未来位置并执行与航天器的通信。例如，在把第一航天器130识别为航天器A之后，处理器106可确定第一航天器130在特定时间的未来位置。为了进一步例示，处理器106基于从第一航天器130接收到的表示特定信号波束并因此表示第一航天器130所在的特定小区的通信信号，来确定第一航天器130的当前位置。然后，处理器106可基于特定时间和第一航天器130的估计的速度来外推沿着与航天器A相关联的轨道路径，第一航天器130将在哪里。在一些实现方式中，航天器轨道数据110所识别的轨道路径比基于穿过多个小区122确定的估计的路径更精确(例如，由于多个小区122的尺寸)，因此，使用由航天器轨道数据110识别的轨道路径来估计航天器的未来位置。在其它实现方式中，使用估计的路径来估计航天器的未来位置。
另外，处理器106可发起如下操作：使用与未来位置(例如，第一航天器130在特定时间将位于的小区)相对应的信号波束，来把与航天器A相对应的特定数据发送到第一航天器130。例如，如果处理器106确定第一航天器130在特定时间将位于第六小区122F内，则处理器106使得天线102经由限定第六小区122F的信号波束发送针对航天器A指定的数据。这样，可使用多个信号波束120中的一个或更多个信号波束把针对航天器A的在地面站104处接收到的或由地面站104生成的数据发送到第一航天器130。另外地或另选地，可通过经由所有可用信号波束发送数据或者通过经由与航天器的未来位置相对应的信号波束发送数据，来发送针对多个航天器指定的数据。例如，可通过经由多个信号波束120中的各个信号波束发送数据来执行集群管理，而无需确定航天器在哪里。
图3所示的益处是改进航天器的识别。例如，处理器106能够基于航天器的估计的轨道路径来识别航天器。基于根据确定哪一信号波束被用于从航天器接收通信信号而获得的位置来确定估计的路径。可使用估计的轨道路径来确定在特定时间哪些信号波束被用于与航天器进行通信。因为以这种方式识别航天器，所以在一些实现方式中，航天器不需要在各个消息内发送对特定航天器进行识别的识别信息。例如，第一航天器130不需要发送把第一航天器130识别为航天器A的信息。相反，使用消息的特性来在不同的航天器之间进行区分以确定位置并估计路径。因此，可减小从航天器传递到天线102的消息的大小(例如，因为消息中不包括把航天器识别为特定航天器的识别信息)或者可增加消息中的有效负荷量，从而减少网络拥塞和/或提高系统100内的总吞吐量。在其它实现方式中，来自航天器的消息包括识别信息，并且识别信息被用于验证基于航天器的位置执行的识别。
图4示出执行与多个航天器的并发通信的方法400。在特定实现方式中，方法400由图1的地面站104的元件(例如，处理器106和天线102)执行。
方法400包括：在402处，在地面站的天线处生成多个信号波束。所述多个信号波束在天空中限定多个小区。天线被机械地固定到特定取向，并且天线包括相控阵天线。例如，图1的天线102生成多个信号波束120。多个信号波束120在天空中限定多个小区122。在特定实现方式中，天线102被固定到特定取向，如参照图1描述的。在特定实现方式中，天线102是相控阵天线，如参照图2进一步描述的。
方法400还包括：在404处，执行经由多个信号波束与多个航天器进行的并发通信。所述多个航天器位于多个小区内。例如，在第一航天器130和第二航天器132位于图1的多个小区122内的同时，天线102被配置为执行与第一航天器130和第二航天器132的并发通信。
在特定实现方式中，方法400包括：经由天线从多个航天器中的第一航天器接收第一通信信号。经由多个信号波束中的第一信号波束接收第一通信信号。例如，参照图3，天线102经由信号波束(与第三小区122C相对应)从第一航天器130接收第一通信信号。在此实现方式中，方法400包括：基于第一通信信号的接收来确定第一航天器关于多个小区的第一位置。例如，基于经由与第三小区122C相对应的信号波束接收到第一通信信号来确定图3的第一位置302。在此实现方式中，方法400包括：经由天线从第一航天器接收第二通信信号。经由多个信号波束中的第二信号波束接收第二通信信号。例如，天线102经由不同的信号波束(与第四小区122D相对应)从第一航天器130接收第二通信信号。在此实现方式中，方法400包括：基于第二通信信号的接收来确定第一航天器关于多个小区的第二位置。例如，基于经由与第四小区122D相对应的信号波束接收到第二通信信号来确定第二位置304。在此实现方式中，方法400还包括：至少部分地基于第一位置和第二位置来确定第一航天器的估计的路径。例如，可基于第一位置302和第二位置304(以及基于在第一航天器130位于多个小区122中的任何其它小区中的同时接收到的通信确定的任何其它位置)来确定第一航天器130的估计的路径310。
在一些实现方式中，方法400还包括：确定估计的路径是否与存储器处存储的航天器轨道数据所识别的轨道路径相匹配，并且响应于确定估计的路径与特定航天器的特定轨道路径相匹配，而把第一航天器识别为特定航天器。例如，处理器106把估计的路径310与航天器轨道数据110所表示的针对航天器A的特定轨道路径进行比较。响应于估计的路径310与特定轨道路径相匹配，第一航天器130被识别为航天器A。在一些实现方式中，方法400还包括：响应于把第一航天器识别为特定航天器，发起以下操作：经由多个信号波束中的一个或更多个信号波束，把与特定航天器相关联的特定数据发送到第一航天器。例如，经由与第一航天器130的估计的位置相对应的信号波束向第一航天器130发送与航天器A相关联的数据。在一些实现方式中，方法400还包括：基于特定轨道路径来估计第一航天器的未来位置。例如，基于特定轨道路径，确定未来位置(例如，第一航天器130将位于的小区)。
在一些实现方式中，方法400还包括：经由天线从多个航天器中的第二航天器接收第三通信信号。经由多个信号波束中的第三信号波束接收第三通信信号。例如，参照图3，天线102经由信号波束(与第五小区122E相对应)从第二航天器132接收第三通信信号。在此实现方式中，方法400包括：基于第三通信信号的接收来确定第二航天器关于多个小区的第三位置。例如，基于经由与第五小区122E相对应的信号波束接收到第三通信信号来确定图3的第三位置306。在此实现方式中，方法400包括：经由天线从第二航天器接收第四通信信号。经由第二信号波束接收第四通信信号。例如，天线102经由与第四小区122D相对应的信号波束从第二航天器132接收第四通信信号。在此实现方式中，方法400包括：基于第四通信信号的接收来确定第二航天器关于多个小区的第四位置。例如，基于经由与第四小区122D相对应的信号波束接收到第四通信信号来确定第四位置308。在此实现方式中，方法400还包括：至少部分地基于第三位置和第四位置来确定第二航天器的估计的路径。例如，可基于第三位置306和第四位置308(以及基于在第二航天器132位于多个小区122中的任何其它小区中的同时接收到的通信确定的任何其它位置)来确定第二航天器132的估计的路径312。在特定实现方式中，在特定时间时，第一航天器和第二航天器关于地球上的点位于彼此1度内，并且在特定时间执行并发通信。例如，第二位置304和第四位置308可参照天线102在地球上的位置在彼此1度内。
在特定实现方式中，方法400包括：测量与第一通信信号相关联的信号功率，其中基于该信号功率来确定第一位置。例如，各个小区的幅度分布不均匀，因此，从各个小区的中心接收到的通信的信号功率高于从小区的外边缘接收到的通信。基于信号功率，由处理器106确定小区内的位置。
方法400使得天线能够执行与多个航天器的并发通信。另外，方法400使得能够设计和使用与其它卫星系统相比更小的航天器。例如，因为大多数通信是由地基天线执行的，所以包括在该航天器上的通信电路可比传统卫星上的通信电路更小且使用更少的功率。方法400的另一益处是地基天线的降低的成本和复杂度。例如，执行方法400所描述的操作的天线不需要万向接头、电机以及其它部件来改变天线的取向以使得能够跨天空寻找和跟踪航天器。另外，在一些实现方式中，方法400使得能够在无需航天器利用每一个消息发送把航天器识别为特定航天器的识别信息的情况下识别航天器。因为航天器不需要利用各个消息发送该识别信息，所以可减小消息的大小或者可增加消息中的有效负荷量，从而减少网络拥塞和/或提高在天线与多个航天器之间传递的消息的总吞吐量。
在一些实现方式中，方法400由执行计算机可读指令的处理器执行。例如，计算机可读存储装置存储指令，所述指令在由处理器执行时使得处理器执行操作，所述操作包括发起在地面站的天线处生成多个信号波束。所述多个信号波束在天空中限定多个小区。天线被机械地固定到特定取向，并且天线包括相控阵天线。所述操作还包括发起经由所述多个信号波束与多个航天器进行的并发通信。所述多个航天器位于所述多个小区内。在特定实现方式中，所述操作还包括基于所述多个航天器中的第一航天器穿过的所述多个小区中的小区的子集来确定所述第一航天器的估计的路径；把估计的路径与航天器轨道数据进行比较；以及基于把估计的路径与航天器轨道数据所表示的轨道路径中的一个轨道路径进行匹配来识别第一航天器。
尽管图1至图4中的一个或更多个示出根据本公开的教导的系统、设备和/或方法，但本公开不限于这些示出的系统、设备和/或方法。本文中示出或描述的图1至图4中的任一个的一个或更多个功能或部件可与图1至图4中的另一个的一个或更多个其它部分组合。例如，图4的方法400的一个或更多个元件可与本文所描述的其它操作组合地执行。因此，本文所描述的单个实现方式不应被解释为限制性的，并且在不脱离本公开的教导的情况下，本公开的实现方式可适当地组合。作为示例，参照图4描述的一个或更多个操作可为可选的、可至少部分地并发地执行和/或可按照与所示出或描述不同的次序执行。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
条款1：一种系统，所述系统包括：地面站的天线，所述天线被配置为生成多个信号波束，所述多个信号波束在天空中限定多个小区，其中，所述天线被机械地固定到特定取向，并且其中，所述天线包括相控阵天线；以及联接到所述天线的处理器，所述处理器被配置为发起经由所述多个信号波束与多个航天器进行的并发通信，所述多个航天器位于所述多个小区内。
条款2：根据条款1所述的系统，其中，所述多个信号波束包括多个发送信号波束、多个接收信号波束或其组合。
条款3：根据条款1所述的系统，其中，所述天线包括多个天线元件，并且其中，所述多个天线元件中的各个天线元件被固定到对应取向。
条款4：根据条款1所述的系统，其中，所述天线还被配置为从所述多个航天器接收通信信号，并且其中，所述通信信号不包括与所述多个航天器相关联的识别信息。
条款5：根据条款1所述的系统，其中，所述多个航天器中的各个航天器相对于地球上的一个或更多个固定位置移动。
条款6：根据条款5所述的系统，其中，所述多个航天器包括在低地球轨道(LEO)中行进的一个或更多个航天器、在中地球轨道(MEO)中行进的一个或更多个航天器、在高地球轨道(HEO)中行进的一个或更多个航天器或其组合。
条款7：根据条款1所述的系统，其中，所述多个航天器包括在地球同步轨道中或地球同步轨道附近行进的一个或更多个航天器。
条款8：根据条款1所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：经由所述天线从所述多个航天器中的第一航天器接收第一通信信号，所述第一通信信号经由所述多个信号波束中的第一信号波束来接收；基于所述第一通信信号的接收来确定所述第一航天器关于所述多个小区的第一位置；经由所述天线从所述第一航天器接收第二通信信号，所述第二通信信号经由所述多个信号波束中的第二信号波束来接收；基于所述第二通信信号的接收来确定所述第一航天器关于所述多个小区的第二位置；以及至少部分地基于所述第一位置和所述第二位置来确定所述第一航天器的估计的路径。
条款9：根据条款8所述的系统，所述系统还包括被配置为存储航天器轨道数据的存储器，所述航天器轨道数据表示所述多个航天器的轨道路径，其中，所述处理器还被配置为：确定估计的路径是否与所述航天器轨道数据所识别的轨道路径相匹配；并且响应于确定估计的路径与特定航天器的特定轨道路径相匹配，把所述第一航天器识别为所述特定航天器。
条款10：一种方法，所述方法包括以下步骤：在地面站的天线处生成多个信号波束，所述多个信号波束在天空中限定多个小区，其中，所述天线被机械地固定到特定取向，并且其中，所述天线包括相控阵天线；以及执行经由所述多个信号波束与多个航天器进行的并发通信，所述多个航天器位于所述多个小区内。
条款11：根据条款10所述的方法，所述方法还包括以下步骤：经由所述天线从所述多个航天器中的第一航天器接收第一通信信号，所述第一通信信号经由所述多个信号波束中的第一信号波束来接收；基于所述第一通信信号的接收来确定所述第一航天器关于所述多个小区的第一位置；经由所述天线从所述第一航天器接收第二通信信号，所述第二通信信号经由所述多个信号波束中的第二信号波束来接收；基于所述第二通信信号的接收来确定所述第一航天器关于所述多个小区的第二位置；以及至少部分地基于所述第一位置和所述第二位置来确定所述第一航天器的估计的路径。
条款12：根据条款11所述的方法，所述方法还包括以下步骤：确定估计的路径是否与存储器处存储的航天器轨道数据所识别的轨道路径相匹配；并且响应于确定估计的路径与特定航天器的特定轨道路径相匹配，把所述第一航天器识别为所述特定航天器。
条款13：根据条款12所述的方法，所述方法还包括以下步骤：响应于把所述第一航天器识别为所述特定航天器，发起如下操作：经由所述多个信号波束中的一个或更多个信号波束，把与所述特定航天器相关联的特定数据发送到所述第一航天器。
条款14：根据条款12所述的方法，所述方法还包括以下步骤：基于所述特定轨道路径来估计所述第一航天器的未来位置。
条款15：根据条款12所述的方法，所述方法还包括以下步骤：经由所述天线从所述多个航天器中的第二航天器接收第三通信信号，所述第三通信信号经由所述多个信号波束中的第三信号波束来接收；基于所述第三通信信号的接收来确定所述第二航天器关于所述多个小区的第三位置；经由所述天线从所述第二航天器接收第四通信信号，所述第四通信信号经由所述第二信号波束来接收；基于所述第四通信信号的接收来确定所述第二航天器关于所述多个小区的第四位置；以及至少部分地基于所述第三位置和所述第四位置来确定所述第二航天器的估计的路径。
条款16：根据条款15所述的方法，其中，在特定时间，关于在地球上的位置，所述第一航天器和所述第二航天器位于彼此1度内，并且其中，在该特定时间执行并发通信。
条款17：根据条款11所述的方法，所述方法还包括以下步骤：测量与所述第一通信信号相关联的信号功率，其中，基于所述信号功率来确定所述第一位置。
条款18：一种存储指令的计算机可读存储装置，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行操作，所述操作包括：发起在地面站的天线处生成多个信号波束，所述多个信号波束在天空中限定多个小区，其中，所述天线被机械地固定到特定取向，并且其中，所述天线包括相控阵天线；以及发起经由所述多个信号波束与多个航天器进行的并发通信，所述多个航天器位于所述多个小区内。
条款19：根据条款18所述的计算机可读存储装置，其中，在不执行扫描操作来确定所述多个航天器的位置的情况下，发起所述并发通信。
条款20：根据条款18所述的计算机可读存储装置，其中，所述操作还包括：基于所述多个航天器中的第一航天器穿过的所述多个小区中的小区的子集来确定所述第一航天器的估计的路径；把估计的路径与航天器轨道数据进行比较，所述航天器轨道数据表示一个或更多个航天器的轨道路径；以及基于把估计的路径与所述航天器轨道数据所表示的轨道路径中的一个轨道路径进行匹配来识别所述第一航天器。

Claims (10)

1.一种系统(100)，所述系统(100)包括：
地面站(104)的天线(102)，所述天线(102)被配置为生成多个信号波束(120)，所述多个信号波束(120)在天空中限定多个小区(122)，其中，所述天线(102)被机械地固定到特定取向，并且其中，所述天线(102)包括相控阵天线；以及
联接到所述天线(102)的处理器(106)，所述处理器(106)被配置为发起经由所述多个信号波束(120)与多个航天器进行的并发通信，所述多个航天器位于所述多个小区(122)内。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述多个信号波束(120)包括多个发送信号波束、多个接收信号波束或其组合。
3.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述天线(102)包括多个天线元件(202)，并且其中，所述多个天线元件(202)中的各个天线元件被固定到对应取向。
4.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述天线(102)还被配置为从所述多个航天器接收通信信号，并且其中，所述通信信号不包括与所述多个航天器相关联的识别信息。
5.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述多个航天器中的各个航天器相对于地球上的一个或更多个固定位置移动。
6.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述多个航天器包括在地球同步轨道中或在地球同步轨道附近行进的一个或更多个航天器。
7.一种方法(400)，所述方法(400)包括以下步骤：
在地面站(104)的天线(102)处生成(402)多个信号波束(120)，所述多个信号波束(120)在天空中限定多个小区(122)，其中，所述天线(102)被机械地固定到特定取向，并且其中，所述天线(102)包括相控阵天线；以及
执行(404)经由所述多个信号波束(120)与多个航天器进行的并发通信，所述多个航天器位于所述多个小区(122)内。
8.根据权利要求7所述的方法(400)，所述方法(400)还包括以下步骤：
经由所述天线(102)从所述多个航天器中的第一航天器(130)接收第一通信信号，所述第一通信信号经由所述多个信号波束(120)中的第一信号波束来接收；
基于所述第一通信信号的接收来确定所述第一航天器(130)关于所述多个小区(122)的第一位置(302)；
经由所述天线(102)从所述第一航天器(130)接收第二通信信号，所述第二通信信号经由所述多个信号波束(120)中的第二信号波束来接收；
基于所述第二通信信号的接收来确定所述第一航天器(130)关于所述多个小区(122)的第二位置(304)；以及
至少部分地基于所述第一位置(302)和所述第二位置(304)来确定所述第一航天器(130)的估计的路径(310)。
9.根据权利要求8所述的方法(400)，所述方法(400)还包括以下步骤：
确定所述估计的路径(310)是否与由存储器(108)处存储的航天器轨道数据(110)识别的轨道路径相匹配；以及
响应于确定了所述估计的路径(310)与特定航天器的特定轨道路径相匹配，把所述第一航天器(130)识别为所述特定航天器。
10.一种存储指令的计算机可读存储装置，所述指令在由处理器(106)执行时使得所述处理器(106)执行操作，所述操作包括：
发起在地面站(104)的天线(102)处生成多个信号波束(120)，所述多个信号波束(120)在天空中限定多个小区(122)，其中，所述天线(102)被机械地固定到特定取向，并且其中，所述天线(102)包括相控阵天线；以及
发起经由所述多个信号波束(120)与多个航天器进行的并发通信，所述多个航天器位于所述多个小区(122)内。
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