CN111541476A - 非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，涉及移动通信中卫星通信系统的技术领域，包括：根据非静止轨道卫星的状态信息确定非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的起始时刻和结束时刻；根据星历数据库或地面定轨方式确定起始时刻和结束时刻的静止通信卫星的波束边缘位置；根据待估计静止通信卫星位置及静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置，并得到待估计静止通信卫星位置与目标静止通信卫星位置之间的估计误差，直至估计误差的值符合预期得到最优静止通信卫星位置和波束参数，分析方法操作简单、计算复杂度低，可满足非静止轨道卫星操作者确定静止通信卫星信号源的要求。

Description

非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法

技术领域

本发明涉及移动通信中卫星通信系统的技术领域，尤其是涉及一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法。

背景技术

频谱资源是不可再生的资源，随着大规模非静止轨道空间互联网星座的快速发展，卫星通信频率资源日益紧张，多个卫星系统共用频谱的情况在所难免，特别是对于静止轨道卫星和非静止轨道卫星，受轨道构型、业务特点的约束，更容易发生系统间相互的干扰。在国际电信联盟的相关规定下，静止轨道卫星、非静止轨道卫星均有相关保护标准。因此，在双方发生相互干扰时，确定静止通信卫星的位置和波束特征，是非静止轨道卫星操作者与静止通信卫星展开频率协调的基础。

相比非静止轨道卫星，静止通信通信卫星一般具有更高的轨道高度，且相对地面静止，这使得非静止轨道卫星在运动时，不可避免地要穿越静止通信卫星的波束，当非静止轨道卫星在静止通信卫星的波束范围内时，会收到静止通信卫星的信号，当双方所用频段相同时，会产生系统间的相互干扰。对于非静止轨道卫星而言，在空间复杂的电磁环境下，受非静止轨道运动速度快、轨道位置和卫星姿态存在误差等特点，确定静止轨道信号源的位置和波束信息是十分困难的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，以非静止轨道卫星在静止通信卫星波束边缘时的位置为输入变量，将原有估计问题转换为两个优化问题，并通过牛顿迭代法和黄金分割迭代法，得到静止通信卫星和波束参数的精确估计结果，分析方法操作简单、计算复杂度低，可满足非静止轨道卫星操作者确定静止通信卫星信号源的要求。

第一方面，实施例提供一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，包括：

获取非静止轨道卫星的状态信息，根据所述状态信息确定所述非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的起始时刻和结束时刻；

根据星历数据库或地面定轨方式确定所述起始时刻和所述结束时刻的静止通信卫星的波束边缘位置；

根据待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置，并得到所述待估计静止通信卫星位置与所述目标静止通信卫星位置之间的估计误差，直至估计误差的值符合预期得到最优静止通信卫星位置和波束参数；如果所述估计误差的值不符合预期，将所述目标静止通信卫星位置作为新的待估计目标静止通信卫星位置。

在可选的实施方式中，根据待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置的步骤，包括：

根据所述待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置确定新生静止通信卫星的波束边缘位置；

根据最小二乘法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优拟合面；

根据牛顿迭代法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优波束中心指向位置；

根据黄金分割法和所述最优波束中心指向位置确定目标静止通信卫星位置。

在可选的实施方式中，根据所述待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置确定新生静止通信卫星的波束边缘位置的步骤，包括：

计算多个静止通信卫星的波束边缘位置与所述待估计静止通信卫星位置的最远距离；

将所述待估计静止通信卫星位置与所述静止通信卫星的波束边缘位置的距离延长至所述最远距离，得到所述新生静止通信卫星的波束边缘位置。

在可选的实施方式中，根据最小二乘法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优拟合面的步骤，包括；

根据最小二乘拟合法确定最优拟合平面，以使所述新生静止通信卫星的波束边缘位置距离所述最优拟合平面的平均距离最短。

在可选的实施方式中，根据牛顿迭代法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优波束中心指向位置的步骤，包括：

根据牛顿迭代法确定最优波束中心指向位置，以使最优拟合平面上的最优波束中心指向位置到所述新生静止通信卫星的波束边缘位置的距离方差最小。

在可选的实施方式中，根据黄金分割法和所述最优波束中心指向位置确定目标静止通信卫星位置的步骤，包括：

根据所述静止通信卫星的波束边缘位置以及所述最优波束中心指向位置，计算最小化波束张角的方差值，得到最优静止轨道位置；

或者，

根据所述新生静止通信卫星的波束边缘位置以及所述最优波束中心指向位置，计算最小化波束张角的方差值，得到最优静止轨道位置。

在可选的实施方式中，获取非静止轨道卫星的状态信息，根据所述状态信息确定所述非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的起始时刻和结束时刻的步骤，包括：

获取非静止轨道卫星的状态信息；

根据所述状态信息确定所述非静止轨道卫星穿越静止通信卫星波束的穿越次数；

根据所述状态信息以及所述穿越次数确定所述非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的多组起始时刻和结束时刻，其中，每一次穿越静止通信卫星波束具有一组对应的起始时刻和结束时刻。

在可选的实施方式中，在根据待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置的步骤之前，还包括：

根据所述静止通信卫星的波束弧段范围确定待估计静止通信卫星的位置。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：

根据所述最优静止通信卫星位置和所述最优静止通信卫星位置对应的最优波束中心指向位置计算得到所述最优静止通信卫星对应的波束参数，所述波束参数包括波束指向方位角、指向仰角和波束张角。

第二方面，实施例提供一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的装置，包括：

非静止轨道卫星星载感知模块，用于获取非静止轨道卫星的状态信息，根据所述状态信息确定所述非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的起始时刻和结束时刻；

非静止轨道卫星位置确定模块，用于根据星历数据库或地面定轨方式确定所述起始时刻和所述结束时刻的静止通信卫星的波束边缘位置；

地面处理计算模块，用于根据待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置，并得到所述待估计静止通信卫星位置与所述目标静止通信卫星位置之间的估计误差，直至估计误差的值符合预期得到最优静止通信卫星位置和波束参数；如果所述估计误差的值不符合预期，将所述目标静止通信卫星位置作为新的待估计目标静止通信卫星位置。

本发明实施例提供的一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，利用非静止轨道卫星穿越静止通信卫星波束边缘时的位置，确定静止通信卫星边缘位置，以非静止轨道卫星在静止通信卫星波束边缘时的位置为输入变量，将原有估计问题转换为两个优化问题，通过牛顿迭代法和黄金分割迭代法，解决了这一问题。本发明实施例所提的分析方法操作简单、计算复杂度低、对静止通信卫星和波束参数的估计结果精确，可满足非静止轨道卫星操作者确定静止通信卫星信号源的要求，以低计算复杂度的代价，实现对静止通信卫星信号源的快速确定和特征估计。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、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发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种拟合平面确定示意图；

图3为本发明实施例提供的一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的装置示意图；

图4为本发明实施例提供的一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的应用场景示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

当前确定静止通信卫星信号源位置和波束特征的主要方法包括查找国际电信联盟卫星数据库的方法和利用微纳卫星确定信号方向的方法。

其中，查找国际电信联盟卫星数据库的方法是指利用国际电联公布的卫星网络资料数据库，根据非静止轨道卫星收到的信号的频率、功率等特征来在卫星数据库中筛选符合条件的静止卫星网络，但是，数据库中卫星数目庞大，且卫星实际用频特征可能与所登记在数据库中的存在差异，因此，此方法效率低下且错误率高。

这里，利用微纳卫星确定信号方向的方法具体为，通过微纳卫星穿越波束时，所收信号的方向特征，确定静止通信卫星的位置和其他特征。但是，该方法对微纳卫星的姿态稳定性要求极高，而普通微纳卫星难以达到很高的姿态稳定性。因此，确定静止通信卫星信号源的位置和波束特征成为难题。

基于此，本发明实施例提供的一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，以非静止轨道卫星在静止通信卫星波束边缘时的位置为输入变量，将原有估计问题转换为两个优化问题，并通过牛顿迭代法和黄金分割迭代法，得到静止通信卫星和波束参数的精确估计结果，分析方法操作简单、计算复杂度低，可满足非静止轨道卫星操作者确定静止通信卫星信号源的要求。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法进行详细介绍。

图1为本发明实施例提供的一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法流程图。

参照图1，非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，包括以下步骤：

步骤S102，获取非静止轨道卫星的状态信息，根据状态信息确定非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的起始时刻和结束时刻；

步骤S104，根据星历数据库或地面定轨方式确定起始时刻和结束时刻的静止通信卫星的波束边缘位置；

步骤S106，根据待估计静止通信卫星位置及静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置，并得到待估计静止通信卫星位置与目标静止通信卫星位置之间的估计误差，直至估计误差的值符合预期得到最优静止通信卫星位置和波束参数；如果估计误差的值不符合预期，将目标静止通信卫星位置作为新的待估计目标静止通信卫星位置。

在实际应用的优选实施例中，利用非静止轨道卫星穿越静止通信卫星波束边缘时的位置，确定静止通信卫星边缘位置，以非静止轨道卫星在静止通信卫星波束边缘时的位置为输入变量，将原有估计问题转换为两个优化问题，通过牛顿迭代法和黄金分割迭代法，解决了这一问题。本发明实施例所提的分析方法操作简单、计算复杂度低、对静止通信卫星和波束参数的估计结果精确，可满足非静止轨道卫星操作者确定静止通信卫星信号源的要求，以低计算复杂度的代价，实现对静止通信卫星信号源的快速确定和特征估计。

作为一种可选的实施例，在步骤S106的根据待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置之前，还包括：

步骤1.1)，根据所述静止通信卫星的波束弧段范围确定待估计静止通信卫星的位置。

此时，可根据波束弧段范围确定初始待估计静止通信卫星的位置。

在可选的实施方式中，步骤S102还包括：

步骤2.1)，获取非静止轨道卫星的状态信息；

步骤2.2)，根据所述状态信息确定所述非静止轨道卫星穿越静止通信卫星波束的穿越次数；

步骤2.3)，根据所述状态信息以及所述穿越次数确定所述非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的多组起始时刻和结束时刻，其中，每一次穿越静止通信卫星波束具有一组对应的起始时刻和结束时刻。

本发明能够保证在非静止轨道卫星穿越静止通信卫星波束两次及两次以上时，即可定位静止通信卫星的位置，并得到波束指向方位角、指向仰角、波束张角等波束参数的估计结果，估计精度较高，可满足非静止轨道卫星操作者确定信号源的要求，并且随着非静止轨道卫星穿越静止通信卫星波束的次数逐渐增加，估计结果越来越精确。

其中，本发明实施例操作简单，能够保证在低计算复杂度情况下完成所述方法，且涉及的牛顿迭代法和黄金迭代法均可保证快速收敛至最优结果，卫星系统、地面系统需付出的代价很小。

作为一种可选的实施例，对于步骤S102来说，非静止轨道卫星在轨运动时，受轨道高度的限制，将会不可避免地穿越静止通信卫星的波束，非静止轨道卫星配有频谱感知设备，可以实时采样，再根据能量检测法等方法，判断是否处于静止通信卫星波束范围内，当卫星处于波束内或波束外时，不采取行动；当卫星处于波束边缘时，对于非静止轨道卫星第i次处于边缘时，记录该时刻为t_i。

作为一种可选的实施例，对于步骤S104来说，通过查找卫星星历数据库、地面设备定轨等方式，可以得到非静止轨道卫星处于波束边缘时刻t_i时的卫星位置，记为

待估计静止通信卫星位置记为

在可选的实施方式中，步骤S106，还包括以下步骤：

步骤3.1)，根据所述待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置确定新生静止通信卫星的波束边缘位置；

步骤3.2)，根据最小二乘法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优拟合面；

步骤3.3)，根据牛顿迭代法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优波束中心指向位置；

步骤3.4)，根据黄金分割法和所述最优波束中心指向位置确定目标静止通信卫星位置。

在可选的实施方式中，步骤3.1)，包括：

步骤3.1.1)，计算多个静止通信卫星的波束边缘位置与所述待估计静止通信卫星位置的最远距离；

步骤3.1.2)，将所述待估计静止通信卫星位置与所述静止通信卫星的波束边缘位置的距离延长至所述最远距离，得到所述新生静止通信卫星的波束边缘位置。

这里，如图2所示，选定一个静止通信卫星的初始迭代位置(如果此时存在最优的静止卫星轨道位置，则选择最优的静止卫星轨道位置)，即待估计静止通信卫星位置记为

根据上述实施例方式得到静止通信卫星的波束边缘位置

将

延长至相同长度，以保证非静止轨道卫星得到的静止通信卫星边缘位置均与初始静止通信卫星的距离相同，新得到的静止通信卫星边缘位置,即新生静止通信卫星边缘位置，记为

计算

的公式为：

可以理解的是，本发明实施例中的最远距离指各个非静止轨道卫星位置(即静止通信卫星的波束边缘位置

)与待估计静止通信卫星位置

之间相距的最远距离。通过延长操作，使得每个非静止轨道卫星位置(即静止通信卫星的波束边缘位置

)与待估计静止通信卫星位置

之间均保持最远距离，即延长后的各个非静止轨道卫星位置(即静止通信卫星的波束边缘位置

)与待估计静止通信卫星位置

之间的距离相同，均为最远距离。

在可选的实施方式中，步骤3.2)，包括；

步骤3.2.2)，根据最小二乘拟合法确定最优拟合平面，以使所述新生静止通信卫星的波束边缘位置距离所述最优拟合平面的平均距离最短。

根据

通过最小二乘法拟合得到最优的平面，以保证

与该平面的平均距离最短，该平面满足：β₁x+β₂y+β₃z＝1，则得到拟合的β₁、β₂和β₃(记为

和

)的公式为：

其中，

在可选的实施方式中，步骤3.3)，包括以下步骤：

步骤3.3.1)，根据牛顿迭代法确定最优波束中心指向位置，以使最优拟合平面上的最优波束中心指向位置到所述新生静止通信卫星的波束边缘位置的距离方差最小。

在拟合得到最优的平面，寻找与各

的距离方差最小的点，作为最优的波束中心指向位置，记为

以优化问题表示为：

x′_bc,min≤x′_bc≤x′_bc,max

y′_bc,min≤y′_bc≤y′_bc,max

z′_bc,min≤z′_bc≤z′_bc,max，

其中m为非静止轨道卫星穿越静止通信卫星波束的次数。通过优化变量反表示和扩大迭代搜索范围，可将上述优化问题表示为：

其中，

对于该转换后的优化问题，符合无约束优化问题条件，可以用牛顿迭代法求解，此方法为本领域技术人员普遍掌握的基本技术，本文不再展开。

在可选的实施方式中，步骤3.4)，包括以下实现步骤：

步骤3.4.1)，根据所述静止通信卫星的波束边缘位置以及所述最优波束中心指向位置，计算最小化波束张角的方差值，得到最优静止轨道位置；

或者，

步骤3.4.2)，根据所述新生静止通信卫星的波束边缘位置以及所述最优波束中心指向位置，计算最小化波束张角的方差值，得到最优静止轨道位置。

这里，在得到最优的波束指向中心位置之后，可根据最优的波束中心指向位置和静止轨道卫星处于波束边缘时刻的卫星位置，通过最小化波束张角的方差值，得到最优的静止通信卫星位置，以优化问题表示为：

对于该优化问题，以

为优化变量，可以使用黄金分割法求解，此方法为本领域技术人员普遍掌握的基本技术，本文不再展开。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：

步骤4.1)，根据所述最优静止通信卫星位置和所述最优静止通信卫星位置对应的最优波束中心指向位置计算得到所述最优静止通信卫星对应的波束参数，所述波束参数包括波束指向方位角、指向仰角和波束张角。

其中，根据波束中心指向位置和静止通信卫星位置，计算得到波束指向方位角A、指向仰角E和波束张角bw，计算方法可以表示为：

其中，P_xoy为地心地固坐标系下xoy平面的投影矩阵，

为静止通信卫星航迹方向单位向量，

为与

垂直平面的投影矩阵。

本发明实施例利用非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法和装置，所设计的估计方法，利用波束中心指向作为媒介，将原有估计问题分解为2个优化问题，并通过数据预处理等转换操作，通过牛顿迭代和黄金分割迭代算法，经过反复迭代，收敛至确定的静止通信卫星，并通过波束中心指向和波束边缘位置，达到估计波束指向方位角、仰角和波束张角等信息的目的。

在一些可能的实施例中，提供一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的装置，包括：

非静止轨道卫星星载感知模块，用于获取非静止轨道卫星的状态信息，根据所述状态信息确定所述非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的起始时刻和结束时刻；

非静止轨道卫星位置确定模块，用于根据星历数据库或地面定轨方式确定所述起始时刻和所述结束时刻的静止通信卫星的波束边缘位置；

地面处理计算模块，用于根据待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置，并得到所述待估计静止通信卫星位置与所述目标静止通信卫星位置之间的估计误差，直至估计误差的值符合预期得到最优静止通信卫星位置和波束参数；如果所述估计误差的值不符合预期，将所述目标静止通信卫星位置作为新的待估计目标静止通信卫星位置。

如图3所示，所述非静止轨道卫星星载感知模块，用于感知非静止轨道卫星所处状态，通过采样等方式判断每一时刻非静止轨道卫星是否处于静止通信卫星的下行通信波束范围内，从而确定非静止轨道卫星处于静止通信卫星波束边缘时刻(即收到信号的起始时刻和结束时刻)；

所述非静止轨道卫星位置确定模块，用于根据非静止轨道卫星处于静止通信卫星波束边缘时刻，通过查找星历数据库、地面定轨等方式确定上述时刻非静止轨道卫星的位置，即静止通信卫星的波束边缘位置。

所述地面处理计算模块，用于根据所述静止通信卫星波束边缘位置，通过数据预处理、牛顿迭代算法、黄金分割迭代算法，计算最优的波束中心指向和静止卫星轨道位置，再根据波束中心指向和静止卫星轨道位置，确定静止通信卫星和波束指向方位角、仰角和波束张角等波束参数。

在可选的实施方式中，地面处理计算模块，还用于根据所述待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置确定新生静止通信卫星的波束边缘位置；根据最小二乘法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优拟合面；根据牛顿迭代法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优波束中心指向位置；根据黄金分割法和所述最优波束中心指向位置确定目标静止通信卫星位置。

在可选的实施方式中，地面处理计算模块，还用于计算多个静止通信卫星的波束边缘位置与所述待估计静止通信卫星位置的最远距离；将所述待估计静止通信卫星位置与所述静止通信卫星的波束边缘位置的距离延长至所述最远距离，得到所述新生静止通信卫星的波束边缘位置。

在可选的实施方式中，地面处理计算模块，还用于根据最小二乘拟合法确定最优拟合平面，以使所述新生静止通信卫星的波束边缘位置距离所述最优拟合平面的平均距离最短。

在可选的实施方式中，地面处理计算模块，还用于根据牛顿迭代法确定最优波束中心指向位置，以使最优拟合平面上的最优波束中心指向位置到所述新生静止通信卫星的波束边缘位置的距离方差最小。

在可选的实施方式中，地面处理计算模块，还用于根据所述静止通信卫星的波束边缘位置以及所述最优波束中心指向位置，计算最小化波束张角的方差值，得到最优静止轨道位置；或者，根据所述新生静止通信卫星的波束边缘位置以及所述最优波束中心指向位置，计算最小化波束张角的方差值，得到最优静止轨道位置。

在可选的实施方式中，非静止轨道卫星星载感知模块，还用于获取非静止轨道卫星的状态信息；根据所述状态信息确定所述非静止轨道卫星穿越静止通信卫星波束的穿越次数；根据所述状态信息以及所述穿越次数确定所述非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的多组起始时刻和结束时刻，其中，每一次穿越静止通信卫星波束具有一组对应的起始时刻和结束时刻。

在可选的实施方式中，地面处理计算模块，还用于在根据待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置之前，根据所述静止通信卫星的波束弧段范围确定待估计静止通信卫星的位置。

在可选的实施方式中，地面处理计算模块，还用于根据所述最优静止通信卫星位置和所述最优静止通信卫星位置对应的最优波束中心指向位置计算得到所述最优静止通信卫星对应的波束参数，所述波束参数包括波束指向方位角、指向仰角和波束张角。

本发明的一种实施实例如下：

针对非静止轨道卫星与静止通信卫星共存的场景，非静止轨道卫星为由25颗卫星组成的Walker星座，共5个轨道面，每个轨道面5颗卫星，基本参数为轨道高度1500km，倾角为85度，偏心率为0。静止通信卫星地理经度为35度，以固定圆波束发射下行通信信号，波束指向方位角45度，指向仰角-83度，波束张角±1度。非静止轨道卫星与静止通信卫星共存的场景如图4所示。

非静止轨道卫星配有“非静止轨道卫星星载感知模块”，在该模块，通过采样的方式判断非静止轨道卫星是否处于静止通信卫星的状态，如果非静止轨道卫星处于波束内部或外部，则不操作，如果非静止轨道卫星处于波束边缘，则进入“非静止轨道卫星位置确定模块”，根据前述实施例，获取非静止轨道卫星穿越静止通信卫星波束时的波束边缘时刻，通过星历外推，可得到在地心地固坐标系下，第1次穿越波束时，波束边缘位置为：

第2次穿越波束时，波束边缘位置为：

第3次穿越波束时，波束边缘位置为：

得到波束边缘位置之后，即可以进入“地面处理计算模块”，代入静止通信卫星的初始轨道位置，开始数据预处理，可以得到一系列

向量，根据

向量和最小二乘法，可以得到最优的拟合平面，在该拟合平面上，展开牛顿迭代，可以找到最优的波束中心指向向量，再通过最优的波束中心指向向量和黄金分割迭代法，得到最优的静止通信卫星轨道位置，根据新得到的最优的静止通信卫星轨道位置，重复前述实施例中步骤，经多次迭代后得到最终的波束中心指向向量和静止通信卫星轨道位置，再前述实施例中公式，得到波束指向方位角、指向仰角和波束张角等波束特征的估计结果。

下表给出前述实施例中最优的波束中心指向向量

和前述实施例步骤中静止通信卫星经度位置随黄金分割迭代次数的变化。

表1最优的波束中心指向向量随黄金分割迭代次数的变化

表2静止通信卫星经度位置估计结果随黄金分割迭代次数的变化

黄金分割迭代次数	静止通信卫星经度位置估计结果
		第1次	22.5000度
第5次	35.1527度
		第10次	35.0396度
第15次	34.9964度
		第20此	35.0081度
第25次	35.0075度
		第30次	35.0074度

可以看出，随着迭代次数逐渐变多，最优的波束中心指向向量和静止通信卫星经度位置均逐渐收敛。根据经过30次迭代，静止通信卫星的地理经度误差可以缩小至0.01度以内，可以确定唯一的静止通信卫星，根据第30次的迭代得到的静止通信卫星位置和波束中心指向向量，通过前述实施例中示出的公式，可以得到波束指向方位角为45.0153度，误差为0.0153度；波束指向仰角是-82.997度，误差为0.003；波束张角为±9.999978度，误差为0.000022度。

在实际操作时，难以保证非静止轨道卫星的位置是完全准确的，且感知采样结果可能存在偏差，因此考虑非静止轨道卫星的获取的静止通信卫星波束边缘存在误差时，验证本发明实施例的有效性。

表3估计结果随静止通信卫星波束边缘位置误差的变化

可以看出，在静止通信卫星波束边缘位置存在误差时，本方法依旧有效，但估计误差将增加。

本实例的背景为非静止轨道卫星3次穿越静止通信卫星波束，随着穿越次数的增加，本发明实施例方法的估计效果将越来越好。

该方案较已有的查找国际电信联盟卫星数据库等确定静止通信卫星方法相比，能够做到操作简单，计算复杂度低，不需大规模数据筛查工作。该方法较已有的利用微纳卫星等确定静止通信卫星方法相比，能够做到在无需非静止轨道卫星高姿态稳定度和高位置精度情况下实现对静止通信卫星定位，且可以精确估计波束指向方位角、指向仰角和波束张角等波束参数。此外，当非静止轨道卫星位置存在一定的随机误差时，本发明依旧可以得到较精确的估计结果。

本文中提到的机器可读存储介质可以是任何电子、磁性、光学或其它物理存储装置，可以包含或存储信息，如可执行指令、数据，等等。例如，机器可读存储介质可以是：RAM(Radom Access Memory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。

非易失性介质可以是非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的非易失性存储介质，或者它们的组合。

可以理解的是，本实施例中的各功能模块的具体操作方法可参照上述方法实施例中相应步骤的详细描述，在此不再重复赘述。

本发明实施例所提供计算机可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序代码被执行时可实现上述任一实施例所述的非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

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，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，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，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明揭露的技术范围内，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发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，其特征在于，包括：

获取非静止轨道卫星的状态信息，根据所述状态信息确定所述非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的起始时刻和结束时刻；

根据星历数据库或地面定轨方式确定所述起始时刻和所述结束时刻的静止通信卫星的波束边缘位置；

根据待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置，并得到所述待估计静止通信卫星位置与所述目标静止通信卫星位置之间的估计误差，直至估计误差的值符合预期得到最优静止通信卫星位置和波束参数；如果所述估计误差的值不符合预期，将所述目标静止通信卫星位置作为新的待估计目标静止通信卫星位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置的步骤，包括：

根据所述待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置确定新生静止通信卫星的波束边缘位置；

根据最小二乘法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优拟合面；

根据牛顿迭代法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优波束中心指向位置；

根据黄金分割法和所述最优波束中心指向位置确定目标静止通信卫星位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置确定新生静止通信卫星的波束边缘位置的步骤，包括：

计算多个静止通信卫星的波束边缘位置与所述待估计静止通信卫星位置的最远距离；

将所述待估计静止通信卫星位置与所述静止通信卫星的波束边缘位置的距离延长至所述最远距离，得到所述新生静止通信卫星的波束边缘位置。

4.根据权利要求2所述的非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，其特征在于，根据最小二乘法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优拟合面的步骤，包括；

根据最小二乘拟合法确定最优拟合平面，以使所述新生静止通信卫星的波束边缘位置距离所述最优拟合平面的平均距离最短。

5.根据权利要求2所述的非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，其特征在于，根据牛顿迭代法和所述新生静止通信卫星的波束边缘位置确定最优波束中心指向位置的步骤，包括：

根据牛顿迭代法确定最优波束中心指向位置，以使最优拟合平面上的最优波束中心指向位置到所述新生静止通信卫星的波束边缘位置的距离方差最小。

6.根据权利要求2所述的非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，其特征在于，根据黄金分割法和所述最优波束中心指向位置确定目标静止通信卫星位置的步骤，包括：

根据所述静止通信卫星的波束边缘位置以及所述最优波束中心指向位置，计算最小化波束张角的方差值，得到最优静止轨道位置；

或者，

根据所述新生静止通信卫星的波束边缘位置以及所述最优波束中心指向位置，计算最小化波束张角的方差值，得到最优静止轨道位置。

7.根据权利要求1所述的非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，其特征在于，获取非静止轨道卫星的状态信息，根据所述状态信息确定所述非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的起始时刻和结束时刻的步骤，包括：

获取非静止轨道卫星的状态信息；

根据所述状态信息确定所述非静止轨道卫星穿越静止通信卫星波束的穿越次数；

根据所述状态信息以及所述穿越次数确定所述非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的多组起始时刻和结束时刻，其中，每一次穿越静止通信卫星波束具有一组对应的起始时刻和结束时刻。

8.根据权利要求7所述的非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，其特征在于，在根据待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置的步骤之前，还包括：

根据所述静止通信卫星的波束弧段范围确定待估计静止通信卫星的位置。

9.根据权利要求1所述的非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述最优静止通信卫星位置和所述最优静止通信卫星位置对应的最优波束中心指向位置计算得到所述最优静止通信卫星对应的波束参数，所述波束参数包括波束指向方位角、指向仰角和波束张角。

10.一种非静止轨道卫星估计静止通信卫星和波束参数的装置，其特征在于，包括：

非静止轨道卫星星载感知模块，用于获取非静止轨道卫星的状态信息，根据所述状态信息确定所述非静止轨道卫星处于静止通信卫星的波束边缘位置的起始时刻和结束时刻；

非静止轨道卫星位置确定模块，用于根据星历数据库或地面定轨方式确定所述起始时刻和所述结束时刻的静止通信卫星的波束边缘位置；

地面处理计算模块，用于根据待估计静止通信卫星位置及所述静止通信卫星的波束边缘位置，确定目标静止通信卫星位置，并得到所述待估计静止通信卫星位置与所述目标静止通信卫星位置之间的估计误差，直至估计误差的值符合预期得到最优静止通信卫星位置和波束参数；如果所述估计误差的值不符合预期，将所述目标静止通信卫星位置作为新的待估计目标静止通信卫星位置。

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