CN112738816B - 一种以卫星为中心的波位划分方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开一种以卫星为中心的波位划分方法，包括：以卫星为中心，卫星发射前将卫星业务波束覆盖角度划分为多个波位；对所有波位进行编号，根据每个波位与卫星的固定指向关系计算每个波位对应的二进制波控码；将波位号和对应的二进制波控码存储在波控模块中，即波控模块中内置波位列表；卫星通过发送波位号控制相控阵的波束指向地面用户。该方法大幅度降低波位编号数量，降低卫星存储及计算资源的消耗。

Description

一种以卫星为中心的波位划分方法
技术领域
本发明涉及卫星通信相控阵技术领域。更具体地，涉及一种以卫星为中心的波位划分方法、存储介质和计算机设备。
背景技术
为实现全球通信，自1990年开始，相继有多个低轨卫星通信系统提出、建设并投入运营。在低轨卫星通信系统中，相控阵天线由于具有波束指向灵活、快速调转等特点而在低轨通信卫星中被广泛应用。
传统卫星通信通常选择以地球为中心的波位划分方法。此方法以地球为基准将地球球面划分为许多个服务区，每个服务区对应一个波位，波位与地球固连在一起。当服务区需要卫星提供通信服务时，卫星相控阵天线通过不断调整波束指向实现凝视覆盖该服务区，直到该服务区不再需要服务为止。当一个波束需要同时服务多个服务区时，卫星可以跳波束的形式分时凝视覆盖多个服务区。
当卫星与地面被服务区域目标相对位置关系发生变化时(相控阵波束指向发生变化)，波控模块就需要重新计算一次移相码并控制相控阵移相器改变相控阵的波束指向。地球同步轨道通信卫星由于卫星与地面目标相对位置关系较为固定，因此每颗地球同步轨道通信卫星的服务区也较为固定，且波束指向变化频次较低，通常采用以地球为中心的波位划分方法。
而低轨通信卫星与地面固定目标相对位置关系时刻发生变化，每颗低轨通信卫星都要服务地球表面所有的服务区。以低轨通信卫星每个点波束波束角2.3°为例，相控阵最小波位间隔为0.023°，此时波束可以连续覆盖服务区的波束角大小为2.277°，对应服务区直径为20.17km，服务区面积为319.6km2，如图1所示。地球上陆地和海洋总面积约5.1亿平方千米，其中海洋面积约3.61亿平方千米，陆地面积约1.49亿平方千米，假设低轨通信系统将为陆地50％的区域提供服务，则服务区面积约为0.745亿平方千米，则服务区个数大约为23.3万，至少需要18位二进制数字表示，每颗卫星均需要存储所有的服务区(23.3万个)的数据，卫星存储资源需求较大。通信卫星通常还需要叠加毫秒级跳波束的通信应用需求，因此波控模块计算频次也会大大增加，计算资源需求较大，同样以低轨通信卫星每个点波束波束角2.3°为例，为保证卫星业务波束持续提供对地面固定服务区的凝视跳波束服务，卫星需每28ms计算一次相控阵波束指向的方位角和俯仰角及对应的二进制波控码，每1ms发送一次二进制波控码。因此上述技术存在通信卫星波束角小、服务区域大、传统基于地球编排波位的方法数量过多的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种以卫星为中心的波位划分方法，包括：
以卫星为中心，卫星发射前将卫星业务波束覆盖角度划分为多个波位；
对所有波位进行编号，根据每个波位与卫星的固定指向关系计算每个波位对应的二进制波控码；
将波位号和对应的二进制波控码存储在波控模块中，即波控模块中内置波位列表；
卫星通过发送波位号控制相控阵的波束指向地面用户。
在一个具体实施例中，当一个波束需要同时服务多个不同位置的用户时，卫星以跳波束的形式分时指向不同的波位号服务多个不同位置的用户。
在一个具体实施例中，调整相控阵波束指向时，卫星读取波位号获得对应的二进制波控码，通过所述波控模块和TR组件的通讯传输线将波控码中的移相码传输给整个阵面TR中的各个移相器，实现移相器的相位预置，从而实现阵面等相位面的偏转，即实现波束在目标方向的指向。
本发明的第二个实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一个实施例所述的方法。
本发明的第三个实施例提供一种计算设备，包括处理器，所述处理器执行程序时实现如第一个实施例所述的方法。
本发明的有益效果如下：
本发明实施例的一种以卫星为基准的波位划分方法，可以大幅度降低波位编号数量，降低卫星存储及计算资源的消耗。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出地球球面服务区大小示意图。
图2示出根据本发明一个实施例的一种以卫星为中心的波位划分方法步骤流程图。
图3示出根据本发明一个实施例的一种以卫星为中心的波位划分示意图。
图4示出本发明的一个实施例的以卫星为中心业务波束服务区划分示意图。
图5示出本发明的一个实施例的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图2所示，一种以卫星为中心的波位划分方法，包括：
S1、以卫星为中心，卫星发射前将卫星业务波束覆盖角度划分为多个波位；
波位与卫星固连在一起，每个波位覆盖的地面服务区随卫星的移动而移动，而不再是地球上固定的服务区。
S2、对所有波位进行编号，根据每个波位与卫星的固定指向关系计算每个波位对应的二进制波控码；
S3、将波位号和对应的二进制波控码存储在波控模块中，即波控模块中内置波位列表；
S4、卫星通过发送波位号控制相控阵的波束指向地面用户。
调整相控阵波束指向时，卫星读取波位号获得对应的二进制波控码，通过所述波控模块和TR组件的通讯传输线将波控码中的移相码传输给整个阵面TR中的各个移相器，实现移相器的相位预置，从而实现阵面等相位面的偏转，即实现波束在目标方向的指向。
当一个波束需要同时服务多个不同位置的用户时，卫星以跳波束的形式分时指向不同的波位号服务多个不同位置的用户。
一个示例中，轨道高度为508km，轨道倾角55°，卫星用户侧波束覆盖范围东西宽度±30°、南北宽度±36.5°，单个点波束宽度±1.15°(波束角2.3°)，则覆盖区满覆盖共需要1247个波位，得到波位划分示意图如图3所示，卫星覆盖区及其波位随着卫星移动而移动。
由于每颗卫星的服务区为固定的1247个波位，根据每个波位与卫星的固定指向关系提前计算1247个波位对应的二进制波控码，存储在波控模块中(含1247个波位号和对应的二进制波控码)，调整相控阵波束指向时，卫星通过读取波位号获得对应的二进制波控码，通过波控和TR组件的通讯传输线将波控码中的移相码传输给整个阵面TR中的各个移相器，实现移相器的相位预置，从而实现阵面等相位面的偏转，即实现波束在目标方向的指向。
以目前最小业务波束角2.3°(星下点情况)，波束交叠区0.3°计算，暂时考虑两波束交叠中心为小服务区的分界线，则以卫星为中心的波位划分方法对应服务区直径不小于2°，对应服务区直径不小于17.72km(已考虑服务区互相搭接不遗漏)，波位调整一次的时间为1.445s～2.89s(六边型直径20.38km)，如图4所示。
分别对两种划分方式的需要的卫星资源进行对比分析，对比情况如表1所示。
表1两种波位划分方法资源需求对比分析
Figure BDA0002886988770000041
在通信卫星波束角小、服务区域大情况下，以卫星为中心的波位划分方法在资源消耗上较为占优，以地球为中心划分波位由于只有一个地球，因此波位只能集中排列；而以卫星为基准划分波位，由于卫星数量众多、且每颗卫星状态相同，就可以将波位分散排列，大幅度降低波位编号数量，减轻终端、卫星、地面站的存储、计算和管理压力。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例所述的一种以卫星为中心的波位划分方法。
在实际应用中，所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
如图5所示，本发明的另一个实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。图5显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图5未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图5中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图5所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图5中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理器单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的一种以卫星为中心的波位划分方法。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种以卫星为中心的波位划分方法，其特征在于，包括：
以卫星为中心，将卫星业务波束覆盖角度划分为多个波位；
对所有波位进行编号，根据每个波位与卫星的固定指向关系计算每个波位对应的二进制波控码；
将波位号和对应的二进制波控码存储在波控模块中，即波控模块中内置波位列表；
卫星通过发送波位号控制相控阵的波束指向地面用户。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当一个波束需要同时服务多个不同位置的用户时，卫星以跳波束的形式分时指向不同的波位号服务多个不同位置的用户。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整相控阵波束指向时，卫星读取波位号获得对应的二进制波控码，通过所述波控模块和TR组件的通讯传输线将波控码中的移相码传输给整个阵面TR中的各个移相器，实现移相器的相位预置，从而实现阵面等相位面的偏转，即实现波束在目标方向的指向。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一项所述的方法。
5.一种计算设备，包括处理器，其特征在于，所述处理器执行程序时实现如权利要求1-3中任一项所述的方法。
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