CN111740774B - 基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置 - Google Patents

Abstract

一种基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置，该装置包括龙伯透镜天线体、在用星跟踪装置和后继星跟踪装置；在用星跟踪装置，用于基于在用星在龙伯透镜天线体上的焦点调整跟踪方向，以实时跟踪在用星；后继星跟踪装置，用于基于后继星在龙伯透镜天线体上的焦点调整跟踪方向，以实时跟踪后继星；当在用星超出在用星跟踪装置的跟踪范围，则将后继星作为新的在用星，后继星跟踪装置作为新的在用星跟踪装置，在用星跟踪装置作为新的后继星跟踪装置继续跟踪下一颗卫星，并将下一颗卫星作为新的后继星，以实现在用星跟踪装置和后继星跟踪装置对不同卫星跟踪的切换，缩短通信中断时间，保证通信的连续性。

Description

基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别是涉及一种基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置。

背景技术

低轨卫星通信系统相对同步静止轨道（GEO）卫星提供了更短的传输时延，以及更小的路径损耗，作为地面通信的重要补充方式，低轨卫星通信系统可实现真正的全球覆盖。目前低轨卫星通信系统主要采用抛物面天线、平板天线，小部分应用相控阵天线。其中，抛物面天线和平板天线均为一面天线，一面天线仅能跟踪一颗卫星，只能等正在使用的卫星超出跟踪范围后，再通过机械转动去寻找下一颗进入跟踪范围的卫星，存在通信中断时间长、通信不连续等问题。为缩短通信中断时间，保证通信连续，则需要两颗卫星快速切换，而两颗卫星快速切换则需要两面天线同时工作，存在体积大、重量大、成本高等缺点；为克服体积大、重量大、成本高等缺点，采用相控阵天线实现对两颗卫星的跟踪，相控阵天线通过扫描多波束技术实现两颗卫星快速切换，但多波束技术会带来天线效率降低、增益下降等问题，大角度扫描时增益还会进一步降低，同时价格昂贵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前低轨卫星通信系统无法兼顾实现两颗卫星同时跟踪、天线效率高且体积小、成本低的技术问题。本发明提供一种基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置及方法，在不增加卫星天线数量和平台空间占用的前提下，利用龙伯透镜天线体的多焦点特性，以实现同时跟踪两颗卫星，并通过在用星跟踪装置与后继卫星跟踪装置的切换缩短通信中断时间，保证通信的连续性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置，包括龙伯透镜天线体、在用星跟踪装置和后继星跟踪装置；

所述在用星跟踪装置，用于基于在用星在所述龙伯透镜天线体上的焦点调整跟踪方向，以实时跟踪在用星；

所述后继星跟踪装置，用于基于后继星在所述龙伯透镜天线体上的焦点调整跟踪方向，以实时跟踪后继星；

当所述在用星超出所述在用星跟踪装置的跟踪范围，则将所述后继星作为新的在用星，所述后继星跟踪装置作为新的在用星跟踪装置，所述在用星跟踪装置作为新的后继星跟踪装置继续跟踪下一颗卫星，并将所述下一颗卫星作为新的后继星。

进一步地，所述在用星跟踪装置包括在用星馈源、在用星伺服设备、在用星射频处理模块和卫星通信终端；所述在用星馈源设置在所述在用星伺服设备上；

所述在用星伺服设备，用于实时获取所述龙伯透镜天线体的位置信息、在用星馈源姿态信息和在用星位置信息，并对所述龙伯透镜天线体的位置信息、所述在用星馈源姿态信息和所述在用星位置信息进行计算，获取在用星馈源指向角度，以实时跟踪所述在用星；

所述在用星射频处理模块，用于接收所述在用星馈源发送的在用星射频信号，并对所述在用星射频信号进行处理，生成在用星中频信号；将所述在用星中频信号等分成两束，其中一束在用星中频信号发送给所述在用星伺服设备，以对所述在用星馈源指向角度进行调整，另一束在用星中频信号发送给所述卫星通信终端；

所述卫星通信终端，用于接收所述在用星射频处理模块发送的在用星中频信号；对所述在用星中频信号进行处理，生成在用星通信信息和在用星待发送中频信号，并将所述在用星待发送中频信号发送给所述在用星射频处理模块；

所述在用星射频处理模块，用于接收所述在用星待发送中频信号，并发送给所述在用星馈源。

进一步地，所述在用星伺服设备包括方位旋转机构A、俯仰机构A、信标接收机A、驱动控制模块A、位置传感器和姿态传感器

所述位置传感器，用于实时获取所述龙伯透镜天线体的位置信息，并发送给所述驱动控制模块A；

所述姿态传感器，用于实时获取所述在用星馈源姿态信息，并发送给所述驱动控制模块A；

所述驱动控制模块A，用于获取所述龙伯透镜天线体的位置信息和所述在用星馈源姿态信息，并根据卫星星历拟合算法计算在用星位置信息；通过第一方位俯仰角计算公式对所述龙伯透镜天线的位置信息、所述在用星馈源姿态信息和所述在用星位置信息进行计算，获取在用星馈源指向角度；基于所述在用星馈源指向角度控制所述方位旋转机构A和所述俯仰机构A调整所述在用星馈源的指向，以跟踪所述在用星；

所述信标接收机A，用于实时接收所述在用星射频处理模块发送的在用星中频信号，并判断所述在用星中频信号的大小发送给所述驱动控制模块A；

所述驱动控制模块A，用于根据所述在用星中频信号的大小实时修正所述在用星馈源指向角度，并基于修正后的在用星馈源指向角度实时调整所述方位旋转机构A和所述俯仰机构A，以修正所述在用星馈源的指向。

进一步地，所述在用星射频处理模块包括功放A、低噪声放大器A、功分器A和切换开关A；

所述低噪声放大器A，用于接收所述在用星馈源发送的在用星射频信号，并对所述在用星射频信号进行下变频和功率放大处理，生成在用星中频信号并发送给所述功分器A；

所述功分器A，用于将接收到的所述在用星中频信号等分成两束，其中一束在用星中频信号发送给所述信标接收机A，另一束在用星中频信号发送给所述切换开关A；

所述切换开关A，用于基于所述在用星中频信号确定选通在用通道或后继通道，并将所述在用星中频信号通过所述在用通道或所述后继通道发送给所述卫星通信终端，以使所述卫星通信终端对所述在用星中频信号进行处理，生成在用星通信信息和在用星待发送中频信号，并将所述在用星待发送中频信号经所述切换开关A发送给所述功放A；

所述功放A，用于接收所述卫星通信终端发送的在用星待发送中频信号，并进行上变频和功率放大后发送给所述在用星馈源。

进一步地，所述后继星跟踪装置包括后继星馈源、后继星伺服设备、后继星射频处理模块和卫星通信终端；所述后继星馈源设置在所述后继星伺服设备上；

所述后继星伺服设备，用于实时获取所述龙伯透镜天线体的位置信息、后继星馈源姿态信息和后继星位置信息，并对所述龙伯透镜天线体的位置信息、所述后继星馈源姿态信息和所述后继星位置信息进行计算，获取后继星馈源指向角度，以实时跟踪所述后继星；

所述后继星射频处理模块，用于接收所述后继星馈源发送的后继星射频信号，并对所述后继星射频信号进行处理，生成后继星中频信号；将所述后继星中频信号等分成两束，其中一束后继星中频信号发送给所述后继星伺服设备，以对所述后继星馈源指向角度进行调整，另一束后继星中频信号发送给所述卫星通信终端；

所述卫星通信终端，用于接收所述后继星射频处理模块发送的后继星中频信号；对所述后继星中频信号进行处理，生成后继星通信信息和后继星待发送中频信号，并将所述后继星待发送中频信号发送给所述后继星射频处理模块；

所述后继星射频处理模块，用于接收所述后继星待发送中频信号，并发送给所述后继星馈源。

进一步地，所述后继星伺服设备包括方位旋转机构B、俯仰机构B、信标接收机B、驱动控制模块B、位置传感器和姿态传感器

所述位置传感器，用于实时获取所述龙伯透镜天线体的位置信息，并发送给所述驱动控制模块B；

所述姿态传感器，还用于实时获取所述后继星馈源姿态信息，并发送给所述驱动控制模块B；

所述驱动控制模块B，用于获取所述龙伯透镜天线体的位置信息和所述后继星馈源姿态信息，并根据卫星星历拟合算法计算后继星位置信息；通过第二方位俯仰角计算公式对所述龙伯透镜天线的位置信息、所述后继星馈源姿态信息和所述后继星位置信息进行计算，获取后继星馈源指向角度；基于所述后继星馈源指向角度控制所述方位旋转机构B和所述俯仰机构B调整所述后继星馈源的指向，以跟踪所述后继星；

所述信标接收机B，用于实时接收所述后继星射频处理模块发送的后继星中频信号，并判断所述后继星中频信号的大小发送给所述驱动控制模块B；

所述驱动控制模块B，用于根据所述后继星中频信号的大小实时修正所述后继星馈源指向角度，并基于修正后的后继星馈源指向角度实时调整所述方位旋转机构B和所述俯仰机构B，以修正所述后继星馈源的指向。

进一步地，所述后继星射频处理模块包括功放B、低噪声放大器B、功分器B和切换开关B；

所述低噪声放大器B，用于接收所述后继星馈源发送的后继星射频信号，并对所述后继星射频信号进行下变频和功率放大处理，生成后继星中频信号并发送给所述功分器B；

所述功分器B，用于将接收到的所述后继星中频信号等分成两束，其中一束后继星中频信号发送给所述信标接收机B，另一束后继星中频信号发送给所述切换开关B；

所述切换开关B，用于基于所述后继星中频信号确定选通在用通道或后继通道，并将所述后继星中频信号通过所述后继通道或所述后继通道发送给所述卫星通信终端，以使所述卫星通信终端对所述后继星中频信号进行处理，生成后继星通信信息和后继星待发送中频信号，并将所述后继星待发送中频信号经所述切换开关B发送给所述功放B；

所述功放B，用于接收所述卫星通信终端发送的后继星待发送中频信号，并进行上变频和功率放大后发送给所述后继星馈源。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、通过采用龙伯透镜天线体，使得馈源在龙伯透镜天线体的球表面上位置的改变不存在偏焦问题。

2、通过龙伯透镜天线体的球对称结构和多焦点特性，可同时在龙伯透镜天线体上放置两个卫星跟踪装置，每个卫星跟踪装置根据各自跟踪的卫星的位置，自动调整跟踪方向，以实现对两个卫星的跟踪。

3、通过当在用星超出在用星跟踪装置的跟踪范围，则将后继星作为新的在用星，后继星跟踪装置作为新的在用星跟踪装置，在用星跟踪装置作为新的后继星跟踪装置继续跟踪下一颗卫星，并将下一颗卫星作为新的后继星，以实现在用星跟踪装置和后继星跟踪装置对不同卫星跟踪的切换，缩短通信中断时间，保证通信的连续性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置的原理图。

图2为本发明基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置的一具体电路图

图3为本发明基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置的一具体实施例图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1-图2所示，本发明提供一种基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置，包括龙伯透镜天线体、在用星跟踪装置和后继星跟踪装置。具体地，本实施例中的龙伯透镜天线体包括半球龙伯透镜和反射板，通过将半球龙伯透镜安装在反射板上，以使半球龙伯透镜成球对称结构，使得卫星波束可以指向任意方向，且不存在偏焦问题。

其中，在用星跟踪装置，用于基于在用星在龙伯透镜天线体上的焦点调整跟踪方向，以实时跟踪在用星。

其中，在用星跟踪装置指用于跟踪在用星的装置，具体包括在用星馈源、在用星伺服设备、在用星射频处理模块和卫星通信终端。其中，在用星馈源设置在在用星伺服设备上。其中，在用星馈源指在用星对应的馈源。在用星伺服设备指在用星馈源对应的伺服设备。在用星射频处理模块指在用星对应的射频处理模块。

进一步地，在用星伺服设备，用于实时获取龙伯透镜天线体的位置信息、在用星馈源姿态信息和在用星位置信息，并对龙伯透镜天线体的位置信息、在用星馈源姿态信息和在用星位置信息进行计算，获取在用星馈源指向角度，以实时跟踪在用星。

其中，在用星馈源姿态信息指在用星馈源的姿态信息。在用星位置信息指在用星在空间中的位置信息。在用星馈源指向角度指在用星馈源跟踪在用星时指向在用星的角度。

在用星射频处理模块，用于接收在用星馈源发送的在用星射频信号，并对在用星射频信号进行处理，生成在用星中频信号；将在用星中频信号等分成两束，其中一束在用星中频信号发送给在用星伺服设备，以对在用星馈源指向角度进行调整，另一束在用星中频信号发送给卫星通信终端。

其中，在用星射频信号指在用星馈源发射的射频信号。在用星中频信号指在用星射频信号经过下变频和放大处理后得到的射频信号。

卫星通信终端，用于接收在用星射频处理模块发送的在用星中频信号；对在用星中频信号进行处理，生成在用星通信信息和在用星待发送中频信号，并将在用星待发送中频信号发送给在用星射频处理模块。

其中，在用星待发送中频信号指卫星通信终端对在用星中频信号进行处理后得到的需要发送给在用星射频处理模块的在用星中频信号。

在用星射频处理模块，用于接收在用星待发送中频信号，并发送给在用星馈源。

进一步地，在用星伺服设备包括方位旋转机构A、俯仰机构A、信标接收机A、驱动控制模块A、位置传感器和姿态传感器。

其中，方位旋转机构A指在用星对应的方位旋转机构。俯仰机构A指在用星对应的俯仰机构。信标接收机A指在用星对应的信标接收机。驱动控制模块A指在用星对应的驱动控制模块。

位置传感器，用于实时获取龙伯透镜天线体的位置信息，并发送给驱动控制模块A。

姿态传感器，用于实时获取在用星馈源姿态信息，并发送给驱动控制模块A。

驱动控制模块A，用于获取龙伯透镜天线体的位置信息和在用星馈源姿态信息，并根据卫星星历拟合算法计算在用星位置信息；通过第一方位俯仰角计算公式对龙伯透镜天线的位置信息、在用星馈源姿态信息和在用星位置信息进行计算，获取在用星馈源指向角度；基于在用星馈源指向角度控制方位旋转机构A和俯仰机构A调整在用星馈源的指向，以跟踪在用星。

其中，第一方位俯仰角包括第一方位角和第一俯仰角，具体计算公式为：

第一方位角AZ₁=180-tg^-1｛tg【（Lng_S1- Lng_D）cos（Lat_S1）】/sin（Lat_D - Lat_S1）｝

第一俯仰角EA₁= sin^-1【（H_S1-H_D）/D）】

其中：Lng_S1指在用星经度；Lat_S1指在用星纬度；H_S1指在用星高度；Lng_D指卫星通信终端经度；Lat_D指卫星通信终端纬度；H_D指卫星通信终端高度；D指在用星与卫星通信终端之间的距离。

信标接收机A，用于实时接收在用星射频处理模块发送的在用星中频信号，并判断在用星中频信号的大小发送给驱动控制模块A。

驱动控制模块A，用于根据在用星中频信号的大小实时修正在用星馈源指向角度，并基于修正后的在用星馈源指向角度实时调整方位旋转机构A和俯仰机构A，以修正在用星馈源的指向。

其中，信标接收机A指在用星对应的信标接收机。驱动控制模块A指在用星对应的驱动控制模块。

进一步地，在用星射频处理模块包括功放A、低噪声放大器A、功分器A和切换开关A。其中，功放A指在用星对应的功放。低噪声放大器A指在用星对应的低噪声放大器。功分器A指在用星对应的功分器。切换开关A指在用星对应的切换开关。

低噪声放大器A，用于接收在用星馈源发送的在用星射频信号，并对在用星射频信号进行下变频和功率放大处理，生成在用星中频信号并发送给功分器A。通过低噪声放大器A减小在用星射频信号中的噪声,提高在用星中频信号的信噪比。

功分器A，用于将接收到的在用星中频信号等分成两束，其中一束在用星中频信号发送给信标接收机A，另一束在用星中频信号发送给切换开关A。

切换开关A，用于基于在用星中频信号确定选通在用通道或后继通道，并将在用星中频信号通过在用通道或后继通道发送给卫星通信终端，以使卫星通信终端对在用星中频信号进行处理，生成在用星通信信息和在用星待发送中频信号，并将在用星待发送中频信号经切换开关A发送给功放A。

其中，在用通道指在用星对应的信号传输通道。后继通道指后继星对应的信号传输通道。

功放A，用于接收卫星通信终端发送的在用星待发送中频信号，并进行上变频和功率放大后发送给在用星馈源。

后继星跟踪装置，用于基于后继星在龙伯透镜天线体上的焦点调整跟踪方向，以实时跟踪后继星。其中，后继星跟踪装置指用于跟踪后继星的装置，具体包括后继星跟踪装置包括后继星馈源、后继星伺服设备、后继星射频处理模块和卫星通信终端；后继星馈源设置在后继星伺服设备上。其中，后继星馈源指后继星对应的馈源。后继星伺服设备指后继星馈源对应的伺服设备。后继星射频处理模块指后继星对应的射频处理模块。

进一步地，后继星伺服设备，用于实时获取龙伯透镜天线体的位置信息、后继星馈源姿态信息和后继星位置信息，并对龙伯透镜天线体的位置信息、后继星馈源姿态信息和后继星位置信息进行计算，获取后继星馈源指向角度，以实时跟踪后继星。

其中，后继星馈源姿态信息指后继星馈源的姿态信息。后继星位置信息指后继星在空间中的位置信息。后继星馈源指向角度指后继星馈源跟踪后继星时指向后继星的角度。

后继星射频处理模块，用于接收后继星馈源发送的后继星射频信号，并对后继星射频信号进行处理，生成后继星中频信号；将后继星中频信号等分成两束，其中一束后继星中频信号发送给后继星伺服设备，以对后继星馈源指向角度进行调整，另一束后继星中频信号发送给卫星通信终端。

其中，后继星射频信号指后继星馈源发射的射频信号。后继星中频信号指后继星射频信号经过下变频和放大处理后得到的射频信号。

卫星通信终端，用于接收后继星射频处理模块发送的后继星中频信号；对后继星中频信号进行处理，生成后继星通信信息和后继星待发送中频信号，并将后继星待发送中频信号发送给后继星射频处理模块。

其中，后继星待发送中频信号指卫星通信终端对后继星中频信号进行处理后得到的需要发送给后继星射频处理模块的后继星中频信号。

后继星射频处理模块，用于接收后继星待发送中频信号，并发送给后继星馈源。

进一步地，后继星伺服设备包括方位旋转机构B、俯仰机构B、信标接收机B、驱动控制模块B、位置传感器和姿态传感器。

其中，方位旋转机构B指后继星对应的方位旋转机构。俯仰机构B指后继星对应的俯仰机构。信标接收机B指后继星对应的信标接收机。驱动控制模块B指后继星对应的驱动控制模块。

位置传感器，用于实时获取龙伯透镜天线体的位置信息，并发送给驱动控制模块B。

姿态传感器，还用于实时获取后继星馈源姿态信息，并发送给驱动控制模块B。

驱动控制模块B，用于获取龙伯透镜天线体的位置信息和后继星馈源姿态信息，并根据卫星星历拟合算法计算后继星位置信息；通过第二方位俯仰角计算公式对龙伯透镜天线的位置信息、后继星馈源姿态信息和后继星位置信息进行计算，获取后继星馈源指向角度；基于后继星馈源指向角度控制方位旋转机构B和俯仰机构B调整后继星馈源的指向，以跟踪后继星。

其中，第二方位俯仰角包括第二方位角和第二俯仰角，具体计算公式为：

第二方位角AZ₂=180-tg^-1｛tg【（Lng_S2 - Lng_D）cos（Lat_S2）】/sin（Lat_D- Lat_S2）｝

第二俯仰角EA₂= sin^-1【（H_S2-H_D）/D）】

其中：Lng_S2指后继星经度；Lat_S2指后继星纬度；H_S2指后继星高度；Lng_D指卫星通信终端经度；Lat_D指卫星通信终端纬度；H_D指卫星通信终端高度；D指后继星与卫星通信终端之间的距离。

信标接收机B，用于实时接收后继星射频处理模块发送的后继星中频信号，并判断后继星中频信号的大小发送给驱动控制模块B。

驱动控制模块B，用于根据后继星中频信号的大小实时修正后继星馈源指向角度，并基于修正后的后继星馈源指向角度实时调整方位旋转机构B和俯仰机构B，以修正后继星馈源的指向。

其中，信标接收机B指后继星对应的信标接收机。驱动控制模块B指后继星对应的驱动控制模块。

进一步地，后继星射频处理模块包括功放B、低噪声放大器B、功分器B和切换开关B。

低噪声放大器B，用于接收后继星馈源发送的后继星射频信号，并对后继星射频信号进行下变频和功率放大处理，生成后继星中频信号并发送给功分器B。通过低噪声放大器B减小后继星射频信号中的噪声,提高后继星中频信号的信噪比。

功分器B，用于将接收到的后继星中频信号等分成两束，其中一束后继星中频信号发送给信标接收机B，另一束后继星中频信号发送给切换开关B。

切换开关B，用于基于后继星中频信号确定选通在用通道或后继通道，并将后继星中频信号通过后继通道或后继通道发送给卫星通信终端，以使卫星通信终端对后继星中频信号进行处理，生成后继星通信信息和后继星待发送中频信号，并将后继星待发送中频信号经切换开关B发送给功放B。

功放B，用于接收卫星通信终端发送的后继星待发送中频信号，并进行上变频和功率放大后发送给后继星馈源。

具体地，俯仰机构A和俯仰机构B均采用大于等于1/4圆弧的摇臂机构；俯仰机构A和俯仰机构B对应同一圆心，且俯仰机构A和俯仰机构B的半径不相同。

进一步地，基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置还包括汇流环和两路旋转关节；卫星通信终端通过汇流环与低轨卫星通信切换装置实现供电及控制信号的联通；卫星通信终端通过所述旋转关节与所述切换开关实现中频信号联通。

进一步地，基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置还包括方位转台和安装底座；方位转台安装在安装底座上；通过方位转台控制在用星跟踪装置调整在用星馈源指向角度，通过方位转台控制在后继星跟踪装置调整后继星馈源指向角度。如图3所示为在用星伺服设备和后继星伺服设备一具体应用场景图。

进一步地，本发明提供一种基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置还包括：当在用星超出在用星跟踪装置的跟踪范围，则将后继星作为新的在用星，后继星跟踪装置作为新的在用星跟踪装置，在用星跟踪装置作为新的后继星跟踪装置继续跟踪下一颗卫星，并将下一颗卫星作为新的后继星。

本发明提供的一种基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置，通过采用龙伯透镜天线体，使得卫星波束可以指向任意方向，且随着馈源在龙伯透镜天线体的球表面上位置的改变不存在偏焦问题；通过龙伯透镜天线体的球对称结构和多焦点特性，可同时在龙伯透镜天线体上放置多个馈源，根据不同卫星的位置，自动调整对应馈源的位置，使馈源位置与对应卫星波束在龙伯透镜天线体上形成的焦点对应，以实现对多卫星波束的跟踪；通过在用星馈源和后继星馈源的快速切换，当后继星馈源完成用户终端与之的通信后，后继星作为新的在用星，通过在用星馈源继续与用户终端通信，如此循环，实现连续通信。

具体地，以上所述具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置，其特征在于，包括龙伯透镜天线体、在用星跟踪装置和后继星跟踪装置；

所述在用星跟踪装置，用于基于在用星在所述龙伯透镜天线体上的焦点调整跟踪方向，以实时跟踪在用星；

所述后继星跟踪装置，用于基于后继星在所述龙伯透镜天线体上的焦点调整跟踪方向，以实时跟踪后继星；

当所述在用星超出所述在用星跟踪装置的跟踪范围，则将所述后继星作为新的在用星，所述后继星跟踪装置作为新的在用星跟踪装置，所述在用星跟踪装置作为新的后继星跟踪装置继续跟踪下一颗卫星，并将所述下一颗卫星作为新的后继星；

所述在用星跟踪装置包括在用星馈源、在用星伺服设备、在用星射频处理模块和卫星通信终端；所述在用星馈源设置在所述在用星伺服设备上；

所述在用星伺服设备，用于实时获取所述龙伯透镜天线体的位置信息、在用星馈源姿态信息和在用星位置信息，并对所述龙伯透镜天线体的位置信息、所述在用星馈源姿态信息和所述在用星位置信息进行计算，获取在用星馈源指向角度，以实时跟踪所述在用星；

所述在用星射频处理模块，用于接收所述在用星馈源发送的在用星射频信号，并对所述在用星射频信号进行处理，生成在用星中频信号；将所述在用星中频信号等分成两束，其中一束在用星中频信号发送给所述在用星伺服设备，以对所述在用星馈源指向角度进行调整，另一束在用星中频信号发送给所述卫星通信终端；

所述卫星通信终端，用于接收所述在用星射频处理模块发送的在用星中频信号；对所述在用星中频信号进行处理，生成在用星通信信息和在用星待发送中频信号，并将所述在用星待发送中频信号发送给所述在用星射频处理模块；

所述在用星射频处理模块，用于接收所述在用星待发送中频信号，并发送给所述在用星馈源。

2.根据权利要求1所述的基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置，其特征在于，所述在用星伺服设备包括方位旋转机构A、俯仰机构A、信标接收机A、驱动控制模块A、位置传感器和姿态传感器；

所述位置传感器，用于实时获取所述龙伯透镜天线体的位置信息，并发送给所述驱动控制模块A；

所述姿态传感器，用于实时获取所述在用星馈源姿态信息，并发送给所述驱动控制模块A；

所述驱动控制模块A，用于获取所述龙伯透镜天线体的位置信息和所述在用星馈源姿态信息，并根据卫星星历拟合算法计算在用星位置信息；通过第一方位俯仰角计算公式对所述龙伯透镜天线的位置信息、所述在用星馈源姿态信息和所述在用星位置信息进行计算，获取在用星馈源指向角度；基于所述在用星馈源指向角度控制所述方位旋转机构A和所述俯仰机构A调整所述在用星馈源的指向，以跟踪所述在用星；

其中，第一方位俯仰角包括第一方位角和第一俯仰角，具体计算公式为：

第一方位角AZ₁=180-tg^-1｛tg【（Lng_S1- Lng_D）cos（Lat_S1）】/sin（Lat_D - Lat_S1）｝

第一俯仰角EA₁= sin^-1【（H_S1-H_D）/D）】

其中：Lng_S1指在用星经度；Lat_S1指在用星纬度；H_S1指在用星高度；Lng_D指卫星通信终端经度；Lat_D指卫星通信终端纬度；H_D指卫星通信终端高度；D指在用星与卫星通信终端之间的距离；

所述信标接收机A，用于实时接收所述在用星射频处理模块发送的在用星中频信号，并判断所述在用星中频信号的大小发送给所述驱动控制模块A；

所述驱动控制模块A，用于根据所述在用星中频信号的大小实时修正所述在用星馈源指向角度，并基于修正后的在用星馈源指向角度实时调整所述方位旋转机构A和所述俯仰机构A，以修正所述在用星馈源的指向。

3.根据权利要求2所述的基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置，其特征在于，所述在用星射频处理模块包括功放A、低噪声放大器A、功分器A和切换开关A；

所述低噪声放大器A，用于接收所述在用星馈源发送的在用星射频信号，并对所述在用星射频信号进行下变频和功率放大处理，生成在用星中频信号并发送给所述功分器A；

所述功分器A，用于将接收到的所述在用星中频信号等分成两束，其中一束在用星中频信号发送给所述信标接收机A，另一束在用星中频信号发送给所述切换开关A；

所述切换开关A，用于基于所述在用星中频信号确定选通在用通道或后继通道，并将所述在用星中频信号通过所述在用通道或所述后继通道发送给所述卫星通信终端，以使所述卫星通信终端对所述在用星中频信号进行处理，生成在用星通信信息和在用星待发送中频信号，并将所述在用星待发送中频信号经所述切换开关A发送给所述功放A；

所述功放A，用于接收所述卫星通信终端发送的在用星待发送中频信号，并进行上变频和功率放大后发送给所述在用星馈源。

4.根据权利要求1所述的基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置，其特征在于，所述后继星跟踪装置包括后继星馈源、后继星伺服设备、后继星射频处理模块和卫星通信终端；所述后继星馈源设置在所述后继星伺服设备上；

所述后继星伺服设备，用于实时获取所述龙伯透镜天线体的位置信息、后继星馈源姿态信息和后继星位置信息，并对所述龙伯透镜天线体的位置信息、所述后继星馈源姿态信息和所述后继星位置信息进行计算，获取后继星馈源指向角度，以实时跟踪所述后继星；

所述后继星射频处理模块，用于接收所述后继星馈源发送的后继星射频信号，并对所述后继星射频信号进行处理，生成后继星中频信号；将所述后继星中频信号等分成两束，其中一束后继星中频信号发送给所述后继星伺服设备，以对所述后继星馈源指向角度进行调整，另一束后继星中频信号发送给所述卫星通信终端；

所述卫星通信终端，用于接收所述后继星射频处理模块发送的后继星中频信号；对所述后继星中频信号进行处理，生成后继星通信信息和后继星待发送中频信号，并将所述后继星待发送中频信号发送给所述后继星射频处理模块；

所述后继星射频处理模块，用于接收所述后继星待发送中频信号，并发送给所述后继星馈源。

5.根据权利要求4所述的基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置，其特征在于，所述后继星伺服设备包括方位旋转机构B、俯仰机构B、信标接收机B、驱动控制模块B、位置传感器和姿态传感器；

所述位置传感器，用于实时获取所述龙伯透镜天线体的位置信息，并发送给所述驱动控制模块B；

所述姿态传感器，还用于实时获取所述后继星馈源姿态信息，并发送给所述驱动控制模块B；

所述驱动控制模块B，用于获取所述龙伯透镜天线体的位置信息和所述后继星馈源姿态信息，并根据卫星星历拟合算法计算后继星位置信息；通过第二方位俯仰角计算公式对所述龙伯透镜天线的位置信息、所述后继星馈源姿态信息和所述后继星位置信息进行计算，获取后继星馈源指向角度；基于所述后继星馈源指向角度控制所述方位旋转机构B和所述俯仰机构B调整所述后继星馈源的指向，以跟踪所述后继星；

其中，第二方位俯仰角包括第二方位角和第二俯仰角，具体计算公式为：

第二方位角AZ₂=180-tg^-1｛tg【（Lng_S2 - Lng_D）cos（Lat_S2）】/sin（Lat_D- Lat_S2）｝

第二俯仰角EA₂= sin^-1【（H_S2-H_D）/D）】

其中：Lng_S2指后继星经度；Lat_S2指后继星纬度；H_S2指后继星高度；Lng_D指卫星通信终端经度；Lat_D指卫星通信终端纬度；H_D指卫星通信终端高度；D指后继星与卫星通信终端之间的距离；

所述信标接收机B，用于实时接收所述后继星射频处理模块发送的后继星中频信号，并判断所述后继星中频信号的大小发送给所述驱动控制模块B；

所述驱动控制模块B，用于根据所述后继星中频信号的大小实时修正所述后继星馈源指向角度，并基于修正后的后继星馈源指向角度实时调整所述方位旋转机构B和所述俯仰机构B，以修正所述后继星馈源的指向。

6.根据权利要求5所述的基于龙伯透镜天线的低轨卫星通信切换装置，其特征在于，所述后继星射频处理模块包括功放B、低噪声放大器B、功分器B和切换开关B；

所述低噪声放大器B，用于接收所述后继星馈源发送的后继星射频信号，并对所述后继星射频信号进行下变频和功率放大处理，生成后继星中频信号并发送给所述功分器B；

所述功分器B，用于将接收到的所述后继星中频信号等分成两束，其中一束后继星中频信号发送给所述信标接收机B，另一束后继星中频信号发送给所述切换开关B；

所述切换开关B，用于基于所述后继星中频信号确定选通在用通道或后继通道，并将所述后继星中频信号通过所述后继通道或所述后继通道发送给所述卫星通信终端，以使所述卫星通信终端对所述后继星中频信号进行处理，生成后继星通信信息和后继星待发送中频信号，并将所述后继星待发送中频信号经所述切换开关B发送给所述功放B；

所述功放B，用于接收所述卫星通信终端发送的后继星待发送中频信号，并进行上变频和功率放大后发送给所述后继星馈源。

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