CN113038498A - 一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个实施例公开了一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法，所述方法包括以下步骤：S10：获取低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角；S12：根据所述低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角，得到实现对所述等效半锥角区域等效覆盖的点波束波位个数；S14：对所述点波束波位按照等边交叠方式或蜂窝交叠方式进行编排；S16：计算编排后的每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在给定基准坐标系上的方位角和俯仰角；S18：驱动所述卫星的天线，使得所述卫星天线发射的点波束的中心方向矢量以所述计算得到的方位角和俯仰角指向地球。

Description

一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，具体涉及一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法。

背景技术

卫星通信系统按照轨道高度来分，可以分为GSO(Geostationary-SatelliteOrbit，对地静止卫星轨道)卫星通信系统以及低轨通信卫星系统等。GSO通信卫星系统在国内外已经具备较强的技术积累并长期提供市场服务。但是，GSO通信卫星系统也有明显缺点，特别是远距离带来的时延问题，越来越不能满足通信业务对实时性越来越高的要求。相对于GSO通信卫星系统，低轨通信卫星系统的主要优势是信号时延小，其由多颗卫星组成的星座系统能够实现全球覆盖并具有频率资源利用率高等特点。

随着卫星天线技术的发展，星载相控阵天线配合点波束精确指向的工作模式已经开始应用到卫星通信领域，并逐步取代传统的宽波束天线大范围扫描的工作模式，其具有波束按需覆盖、投射能量大以及载荷资源消耗小等优点。该工作模式随之带来的是点波束波位设计问题，即如何设计合适的点波束方向，以使得多个点波束对地面实现的覆盖效果等同或优于单个宽波束天线对地覆盖的效果。

在现有的有关波位设计的文献(王雪松,汪连栋,肖顺平,王国玉,庄钊文.相控阵雷达天线最佳波位研究[J].电子学报,2003(6):805-808；周颖,王雪松,王国玉,李永祯,肖顺平.相控阵雷达最优波位编排的边界约束算法研究[J].电子学报,2004(6):997-1000.)中，大多数是针对地基相控阵雷达的波位设计开展了相关研究，并给出了传统的三种相控阵雷达波位变化样式，分别为纵列波位、交叠波位和交错波位。文献(陶秋峰,谷雨,方韬,彭冬亮.相控阵雷达系统功能仿真及应用[J].计算机仿真,2014(8):6-9)对国土防控的相控阵雷达波位编排、目标检测和任务调度算法进行了研究。文献(于泽,周荫清,陈杰,李春升.星载相控阵合成孔径雷达波位设计方法[J].系统工程与电子技术,2006(5):661-664.)对条带模式星载相控阵SAR(Synthetic Aperture Radar，合同孔径雷达)系统的波位设计开展了研究。

迄今为止，尚无公开的文献或专利对低轨通信卫星相控阵天线波位设计方法开展专门的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法，针对低轨通信卫星相控阵雷达对地面通信覆盖的特殊需求，在传统三种波位编排样式的基础上，提出了等边交叠波位编排样式和蜂窝交叠波位编排样式，在满足100％覆盖率的基础上降低了重叠率。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明一方面提供一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法，所述方法包括以下步骤：

S10：获取低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角；

S12：根据所述低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角，得到实现对所述等效半锥角区域等效覆盖的点波束波位个数；

S14：对所述点波束波位按照等边交叠方式或蜂窝交叠方式进行编排；

S16：计算编排后的每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在给定基准坐标系上的方位角和俯仰角；

S18：驱动所述卫星的天线，使得所述卫星天线发射的点波束的中心方向矢量以所述计算得到的方位角和俯仰角指向地球。

在一个具体实施例中，步骤S16包括：

S161：计算编排后的点波束波位中的中心排波束波位在第一方向上的点波束波位的最大数量m₀，其中m₀不含中心波束波位，并且其中所述中心排波束波位是沿着第一方向和第三方向排列且点波束波位圆心在与第一方向正交的第二方向和第四方向上的坐标均为零的点波束波位，所述中心波束波位为所有的点波束波位当中，点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在第一方向和第三方向上的分量均为零的点波束波位；

其中，所述第三方向与第一方向相反，第二方向与第四方向相反；

S162：计算正排波束波位和负排波束波位的最大排数n_max，其中正排波束波位为平行于中心排波束波位且点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在所述第二方向上的分量大于零正的点波束波位，所述负排波束波位为平行于中心排波束波位且点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在所述第二方向上的分量小于零负的点波束波位；

S163：计算所有正排波束波位和负排波束波位在第一方向上的点波束波位的最大数量m_n，其中m_n不含中心波束波位；

S164：根据对称性，计算每个点波束波位圆心在基准坐标系上的坐标(x,y)，进而求得每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在基准坐标系上对应的方位角和俯仰角。

在一个具体实施例中，所述步骤S161包括：

S1610：以如下公式计算m₀：

S1611：判断

是否成立；

S1612：若成立，则令m₀＝m₀+1；否则不改变m₀的数值，

其中，

r为点波束半锥角宽度；

R为对地覆盖区域的等效半锥角宽度；

floor()为向下取整函数。

在一个具体实施例中，所述步骤S162包括

S1620：以如下公式计算n_max：

S1621：判断(1.5n_max+1)·r＜R是否成立；

S1622：若成立，则令n_max＝n_max+1；否则不改变n_max的数值，

其中，

r为点波束半锥角宽度；

R为对地覆盖区域的等效半锥角宽度；

floor()为向下取整函数。

在一个具体实施例中，所述步骤S163包括：

S1630：以如下公式计算m_n：

S1631：对于正奇数排波束波位或负奇数排波束波位，判断

是否成立；

S1632：若成立，则令该正奇数排波束波位或负奇数排波束波位的m_n＝m_n+1；若不成立则不改变m_n的值；

S1633：对于正偶数排波束波位或负偶数排波束波位，判断

是否成立；

S1634：若成立，则令该正偶数排波束波位或负偶数排波束波位的m_n＝m_n+1；若不成立则不改变m_n的值，

其中，

正n排波束波位或负n排波束波位从中心波束波位圆心的连线至对地覆盖区域的等效圆的边缘的距离为d_n；

n取1～n_max；

r为点波束半锥角宽度；

R为对地覆盖区域的等效半锥角宽度；

floor()为向下取整函数。

在一个具体实施例中，所述步骤S164包括：

S1640：根据每个点波束波位圆心在基准坐标系上的坐标(x,y)计算所述每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量

计算公式为：

S1641：计算每个点波束中心方向矢量在基准坐标系上的方位角θ_AZ和俯仰角θ_EL：

θ_AZ＝a tan(P_y,P_x)

本发明另一方面提供一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的方法。

本发明另一方面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上述的方法。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法，提出了等边交叠波位编排样式和蜂窝交叠波位编排样式，在满足100％覆盖率的条件下，与传统的交叠波位编排样式相比降低了重叠率；同时实现了对低轨通信卫星相控阵天线的波束数量优化设计。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有的技术方案，下面将对具体实施方式或现有的技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本申请的一种实施方式，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示出根据本发明一个实施例的传统的三种波位编排样式示意图。

图2示出根据本发明一个实施例的等边交叠波位和蜂窝交叠波位编排样式示意图。

图3示出根据本发明一个实施例的一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法流程图。

图4示出根据本发明一个实施例的通过一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法得到的点波束波位示意图。

图5示出根据本发明一个实施例的点波束中心方向矢量在基准坐标系上的方位角和俯仰角的定义示意图。

图6示出根据本发明一个实施例的一个具体算例的波位设计结果示意图。

图7示出适于用来实现本申请另一个实施例的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。以下通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员可以做出变形与改进，也应视为本发明的保护范围。

第一实施例

图1示出了传统的三种波位编排样式的示意图，分别为：纵列波位a、交叠波位b和交错波位c。

图2给出了本实施例提出的两种波位编排样式示意图，其中d为等边交叠波位编排样式的示意图，由三个点波束波位组成，三个点波束波位的圆心组成等边三角形，所述等边三角形边长为点波束波位半径(点波束波位即点波束对地投影的圆)的

倍。e是在等边交叠波位编排样式的基础上演化形成的蜂窝交叠波位编排样式的示意图，由一个中心点波束波位和六个环绕的点波束波位组成，六个环绕的点波束波位的圆心组成正六边形即蜂窝构型，所述正六边形每边的边长为点波束波位半径的

倍。

表1给出了蜂窝交叠波位与传统的三种波位编排样式覆盖率和重叠率的数据对比。在满足覆盖率100％的条件下，蜂窝交叠波位比传统的交叠波位在重叠率方面降低了19.04％。重叠率越小意味着单位面积上点波束的使用率越高，所需的点波束数量越少，从而为波位设计点波束数量优化提供了先决条件。

表1蜂窝交叠波位与传统波位编排样式的数据对比

编排方式	覆盖率(％)	重叠率(％)
			纵列波位	78.5	0
交叠波位	100	36.34
			交错波位	90.7	0
蜂窝交叠波位	100	17.30

本实施例提供一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法，如图3所示，所述方法包括以下步骤：

S10：获取低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角；

S12：根据所述低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角，得到实现对所述等效半锥角区域等效覆盖的点波束波位个数；

S14：对所述点波束波位按照等边交叠方式或蜂窝交叠方式进行编排，如图4所示；所述等边交叠方式和蜂窝交叠方式即上述等边交叠波位编排样式和蜂窝交叠波位编排样式。

S16：计算编排后的每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在给定基准坐标系上的方位角和俯仰角；

其中，基准坐标系通常选取卫星运行的轨道坐标系或卫星的本体坐标系，本实施例选取卫星运行的轨道坐标系作为基准坐标系，其定义为：

取卫星的质心为坐标原点O，OZ轴指向卫星地心矢径的反方向，OX轴过原点并与OZ轴垂直的平面内指向速度方向，OY轴按照右手法则沿着轨道面的负法线方向。

如图5所示，点波束中心方向矢量的方位角与俯仰角在给定基准坐标系上的定义为：

方位角θ_AZ(θ_AZ∈[-180°180°])：点波束中心方向矢量在基准坐标系XOY平面的投影线与X轴正方向的夹角，y＞0时为正，y<0时为负；

俯仰角θ_EL(θ_EL∈[-90°90°])：点波束中心方向矢量与基准坐标系XOY平面的夹角，z＞0时为正，z<0时为负。

S161：计算编排后的点波束波位中的中心排波束波位在第一方向上(所述第一方向即本实施例中的Y轴正方向，下文同理)的点波束波位的最大数量m₀，其中m₀不含中心波束波位，并且其中所述中心排波束波位是沿着第一方向和第三方向排列(所述第三方向即本实施例中的Y轴负方向，下文同理，所述沿着第一方向和第三方向排列即为沿Y轴排列)且点波束波位圆心在与第一方向正交的第二方向和第四方向上(所述第二方向即本实施例中的X轴正方向，所述第四方向即本实施例中的X轴负方向，下文同理)的坐标均为零的点波束波位，所述中心波束波位为所有的点波束波位当中，点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在第一方向和第三方向上的分量均为零的点波束波位；

例如图4中O₀₀和O₀₁即为中心排波束波位中两个点波束波位的圆心；

其中，所述第三方向与第一方向相反，第二方向与第四方向相反。

S1610：以如下公式计算m₀：

S1611：判断

是否成立；

S1612：若成立，则令m₀＝m₀+1；否则不改变m₀的数值，

其中，

floor()为向下取整函数；

如图4所示，r为点波束半锥角宽度，即点波束波位半径；

R为对地覆盖区域的等效半锥角宽度，即对地覆盖区域的等效圆的半径。

中心排波束波位的总数量为奇数，因此得到中心排波束波位的总数量为2m₀+1。

S162：计算正排波束波位和负排波束波位的最大排数n_max，其中正排波束波位为平行于中心排波束波位且点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在所述第二方向上的分量大于零正的点波束波位(即在本实施例中，点波束的中心方向矢量在X轴的分量落在X轴的正半轴)；所述负排波束波位为平行于中心排波束波位且点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在所述第二方向上的分量小于零负的点波束波位(即在本实施例中，点波束的中心方向矢量在X轴的分量落在X轴的负半轴)；

例如，图4中O₁₁即为正排波束波位中的一个点波束波位的圆心；

S1620：以如下公式计算n_max：

S1621：判断(1.5n_max+1)·r＜R是否成立；

S1622：若成立，则令n_max＝n_max+1；否则不改变n_max的数值。

所有点波束波位的总排数为奇数，因此得到所有点波束波位的总排数为2n_max+1。

S163：计算所有正排波束波位和负排波束波位在第一方向上的点波束波位的最大数量m_n，其中m_n不含中心波束波位；

S1630：以如下公式计算m_n：

S1631：对于正奇数排波束波位或负奇数排波束波位，判断

是否成立；

S1632：若成立，则令该正奇数排波束波位或负奇数排波束波位的m_n＝m_n+1；若不成立则不改变m_n的值；

S1633：对于正偶数排波束波位或负偶数排波束波位，判断

是否成立；

S1634：若成立，则令该正偶数排波束波位或负偶数排波束波位的m_n＝m_n+1；若不成立则不改变m_n的值；

其中，

正n排波束波位或负n排波束波位从中心波束波位圆心的连线(即本实施例的X轴)至对地覆盖区域的等效圆的边缘的距离为d_n，如图4所示；

n取1～n_max；例如图4中的正1排即为一个正奇数排波束波位，该正1排波束波位在第一方向上的点波束波位的最大数量为m₁。

因为正奇数排波束波位或负奇数排波束波位总数量为偶数，因此得到该正奇数排波束波位或负奇数排波束波位所在排的点波束波位的总数量为2m_n；

因为正偶数排波束波位或负偶数排波束波位总数量为奇数，因此得到该正偶数排波束波位或负偶数排波束波位所在排的点波束波位的总数量为2m_n+1。

S164：根据对称性，计算每个点波束波位圆心在基准坐标系上的坐标(x,y)，进而求得每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在基准坐标系上对应的方位角和俯仰角。

S1640：根据每个点波束波位圆心在基准坐标系上的坐标(x,y)计算所述每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量

计算公式为：

S1641：计算每个点波束中心方向矢量在基准坐标系上的方位角θ_AZ和俯仰角θ_EL：

θ_AZ＝a tan(P_y,P_x)

P_x为所述中心方向矢量在x轴方向的分量；P_y为所述中心方向矢量在y轴方向的分量；P_z为所述中心方向矢量在z轴方向的分量；acos为反余弦函数，atan为反正切函数。

S18：驱动所述卫星的天线，使得所述卫星天线发射的点波束的中心方向矢量以所述计算得到的方位角和俯仰角指向地球。

根据上述方法步骤，下面本实施例将给出一组具体数值带入上述方法步骤进行一次计算；

在本实施例的一个具体算例中，给出的数值如下：

低轨通信卫星的轨道高度为550km、轨道倾角为90°、对地覆盖区域等效半锥角为27°以及点波束半锥角为2.5°。

将上述数值代入本实施例所提供的上述方法步骤中去，得到该算例波位设计结果如下：

针对半锥角为2.5°的点波束，至少需要163个点波束波位可以实现对半锥角为27°区域的等效覆盖；

对所述163个波位按照等边交叠方式或蜂窝交叠方式进行编排后，中心排波束波位在Y轴正方向的点波束波位(不含中心波束波位)的最大数量m₀为6个，中心排波束波位的总数量为13个；

正排波束波位和负排波束波位的最大排数n_max为7排，所有点波束波位的总排数为15排；

正1排波束波位总数量和负1排波束波位总数量2m₁均为14个；

正2排波束波位总数量和负2排波束波位总数量2m₂+1均为13个；

正3排波束波位总数量和负3排波束波位总数量2m₃为均12个；

正4排波束波位总数量和负4排波束波位总数量2m₄+1均为11个；

正5排波束波位总数量和负5排波束波位总数量2m₅均为10个；

正6排波束波位总数量和负6排波束波位总数量2m₆+1均为9个；

正7排波束波位总数量和负7排波束波位总数量2m₇均为6个。

每个点波束中心方向矢量在基准坐标系上对应的方位角和俯仰角如下表2所示(中心排波束波位对应的点波束用编号0表示，编号从低到高对应从左至右的点波束)。

表2各点波束中心方向矢量在基准坐标系上的方位角和俯仰角

该算例波位设计结果示意图如图6所示。

第二实施例

图7示出了本申请的另一个实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。图7显示的计算机设备50仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。如图7所示，计算机设备50以通用计算设备的形式表现。计算机设备50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500，系统存储器516，连接不同系统组件(包括系统存储器516和处理单元500)的总线501。

总线501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50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50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516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)504和/或高速缓存存储器506。计算机设备50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508可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图7未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图7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501相连。存储器516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实施例一的功能。

具有一组(至少一个)程序模块512的程序/实用工具510，可以存储在例如存储器516中，这样的程序模块512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512通常执行本申请所描述的实施例中的功能和/或方法。

计算机设备50也可以与一个或多个外部设备70(例如键盘、指向设备、显示器60等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备50交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备50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502进行。并且，计算机设备50还可以通过网络适配器514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7所示，网络适配器514通过总线501与计算机设备50的其它模块通信。应当明白，尽管图7中未示出，可以结合计算机设备50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500通过运行存储在系统存储器516中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本申请实施例一所提供的一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法。

本申请制定一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法的计算机设备，在满足100％覆盖率的条件下，与传统的交叠波位编排样式相比降低了重叠率；同时实现了对低轨通信卫星相控阵天线的波束数量优化设计。

第三实施例

本申请的另一个实施例提供了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上述实施例一所提供的方法。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申请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)。

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 (8)

1.一种通过低轨卫星波位设计实现波束对地覆盖的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S10：获取低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角；

S12：根据所述低轨通信卫星的轨道高度、轨道倾角、对地覆盖区域等效半锥角以及点波束半锥角，得到实现对所述等效半锥角区域等效覆盖的点波束波位个数；

S14：对所述点波束波位按照等边交叠方式或蜂窝交叠方式进行编排；

S16：计算编排后的每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在给定基准坐标系上的方位角和俯仰角；

S18：驱动所述卫星的天线，使得所述卫星天线发射的点波束的中心方向矢量以所述计算得到的方位角和俯仰角指向地球。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S16包括：

S161：计算编排后的点波束波位中的中心排波束波位在第一方向上的点波束波位的最大数量m₀，其中m₀不含中心波束波位，并且其中所述中心排波束波位是沿着第一方向和第三方向排列且点波束波位圆心在与第一方向正交的第二方向和第四方向上的坐标均为零的点波束波位，所述中心波束波位为所有的点波束波位当中，点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在第一方向和第三方向上的分量均为零的点波束波位；

其中，所述第三方向与第一方向相反，第二方向与第四方向相反；

S162：计算正排波束波位和负排波束波位的最大排数n_max，其中正排波束波位为平行于中心排波束波位且点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在所述第二方向上的分量大于零正的点波束波位，所述负排波束波位为平行于中心排波束波位且点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在所述第二方向上的分量小于零负的点波束波位；

S163：计算所有正排波束波位和负排波束波位在第一方向上的点波束波位的最大数量m_n，其中m_n不含中心波束波位；

S164：根据对称性，计算每个点波束波位圆心在基准坐标系上的坐标(x,y)，进而求得每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量在基准坐标系上对应的方位角和俯仰角。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S161包括：

S1610：以如下公式计算m₀：

S1611：判断

是否成立；

S1612：若成立，则令m₀＝m₀+1；否则不改变m₀的数值，

其中，

r为点波束半锥角宽度；

R为对地覆盖区域的等效半锥角宽度；

floor()为向下取整函数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S162包括

S1620：以如下公式计算n_max：

S1621：判断(1.5n_max+1)·r＜R是否成立；

S1622：若成立，则令n_max＝n_max+1；否则不改变n_max的数值，

其中，

r为点波束半锥角宽度；

R为对地覆盖区域的等效半锥角宽度；

floor()为向下取整函数。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S163包括：

S1630：以如下公式计算m_n：

S1631：对于正奇数排波束波位或负奇数排波束波位，判断

是否成立；

S1632：若成立，则令该正奇数排波束波位或负奇数排波束波位的m_n＝m_n+1；若不成立则不改变m_n的值；

S1633：对于正偶数排波束波位或负偶数排波束波位，判断

是否成立；

S1634：若成立，则令该正偶数排波束波位或负偶数排波束波位的m_n＝m_n+1；若不成立则不改变m_n的值，

其中，

正n排波束波位或负n排波束波位从中心波束波位圆心的连线至对地覆盖区域的等效圆的边缘的距离为d_n；

n取1～n_max；

r为点波束半锥角宽度；

R为对地覆盖区域的等效半锥角宽度；

floor()为向下取整函数。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S164包括：

S1640：根据每个点波束波位圆心在基准坐标系上的坐标(x,y)计算所述每个点波束波位对应的点波束的中心方向矢量

计算公式为：

S1641：计算每个点波束中心方向矢量在基准坐标系上的方位角θ_AZ和俯仰角θ_EL：

θ_AZ＝atan(P_y,P_x)

7.一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在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程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。

8.一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1-6中任一项所述的方法。

Images