CN113131991B - 一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施例公开了一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法，所述方法包括：利用爬虫技术获取待跟踪的低轨卫星和高轨卫星的轨道参数并在星历板内建立所述低轨卫星和高轨卫星的轨道模型；控制板根据卫星选择方法进入低轨卫星跟踪模式或高轨卫星跟踪模式；若进入低轨卫星跟踪模式，控制板则根据低轨卫星的实时信息和用户站载体的位置信息实时判断所述低轨卫星是否离境，若低轨卫星离境则进入高轨卫星跟踪模式；若进入高轨卫星跟踪模式，控制板则根据低轨卫星的实时信息和用户站载体的位置信息实时判断所述低轨卫星是否会在五天内过境，若是则进入低轨卫星跟踪模式，若否则继续进行高轨卫星跟踪模式。

Description

一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法
技术领域
本发明涉及卫星跟踪技术领域，具体涉及一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法。
背景技术
根据卫星运行的高度，卫星包括：卫星飞行高度小于1000公里的低轨卫星；卫星飞行高度大于20000公里的高轨卫星。低轨卫星具有高带宽、低时延、大容量的特点，并已于2020年正式纳入“新基建”范畴，但国内推动的较为缓慢，已在轨运行的低轨卫星不过两三颗，而且过境时间均很短，以1000km左右高度的低轨卫星轨道为例，每天过境两次，每次通信时长最长6分钟，完全没有形成应用的能力。而高轨卫星目前资费较贵，带宽较小，只能解决有无的问题，并不能给用户良好的上网体验。目前针对于低轨卫星的动中通方法，为纯开环方法，通过不断的获取卫星星历信息和载体的位置、姿态信息等对卫星进行开环跟踪。传统的开环跟踪方法不仅无法对跟踪结果进行校验，即使卫星信号丢失，也不能及时进行纠偏，而且对设备模块的精度要求很高，使得动中通用户站的成本高、尺寸大，尤其是要通过基线至少为2米的双定位系统对载体进行定向和对惯导的陀螺零偏进行实时修正，因此整套用户站系统的两侧需要支出2米左右的刚性连接件，应用性极差。而传统的高轨动中通方法，虽然已经完成了闭环流程，但是高轨卫星相对于地球的位置不变，俯仰角度相对固定，使得方法实现上较为简单。目前市场上传统的高轨动中通方法多为自动跟踪方法，低轨动中通方法为程序跟踪方法，并没有高低轨兼容的动中通方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法，所述方法将高轨卫星和低轨卫星进行融合，并进行优先级筛选，低轨卫星过境时，优先使用低轨卫星，在低轨卫星离境后，再切换到高轨卫星，做到全天24小时不间断通信和短时间的高速通信，实现在运动的环境中，基于单定位天线对高轨卫星和低轨卫星的稳定跟踪。
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基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法，所述方法包括以下步骤：
S10：利用爬虫技术获取待跟踪的低轨卫星和高轨卫星的轨道参数并在星历板内建立所述低轨卫星和高轨卫星的轨道模型，并将所述模型输出给控制板；
S12：所述星历板获取所述低轨卫星和高轨卫星的实时信息和用户站载体的位置信息，并实时输出给控制板，控制板根据卫星选择方法进入低轨卫星跟踪模式或高轨卫星跟踪模式；
S14：若进入低轨卫星跟踪模式，控制板则根据所述低轨卫星的实时信息和用户站载体的位置信息实时判断所述低轨卫星是否离境，若低轨卫星离境则进入高轨卫星跟踪模式；
若进入高轨卫星跟踪模式，控制板则根据所述低轨卫星的实时信息和用户站载体的位置信息实时判断所述低轨卫星是否会在五天内过境，若是则进入低轨卫星跟踪模式，若否则继续进行高轨卫星跟踪模式。
在一个具体实施例中，所述步骤S12中卫星选择方法包括：
S120：控制板根据接收到的信息实时判断所述高轨卫星是否能用和所述低轨卫星是否会在五天内过境；
S121：若高轨卫星能用且低轨卫星不会在五天内过境则进入高轨卫星跟踪模式；
若高轨卫星能用且低轨卫星会在五天内过境则进入低轨卫星跟踪模式；
若高轨卫星不能用且低轨卫星会在五天内过境则进入低轨卫星跟踪模式；
若高轨卫星不能用且低轨卫星不会在五天内过境则执行步骤S120。
在一个具体实施例中，所述方法还包括：
低轨卫星跟踪模式包括以下步骤：
S1300：判断星历板是否连接互联网；若是，则星历板以1Hz的频率将低轨卫星实时星历信息、惯导的姿态信息和所述低轨卫星的GPS信息输出给控制板；若否，则判断星历板无法连接互联网的时间是否超过1分钟；
S1301：若无法连接互联网的时间不超过1分钟，则执行步骤S1300；若无法连接互联网的时间超过1分钟，星历板则读取所述低轨卫星的历史星历信息输出给控制板，并将惯导的姿态信息和所述低轨卫星的GPS信息也输出给控制板，同时继续判断星历板是否连接互联网，直至星历板连接互联网后获取低轨卫星实时星历信息并下载到文件夹中；
S1302：用户站天线进行初始化寻零，在用户站天线转到机械零位后自动标记为初始零位；
S1303：控制板将接收到的低轨卫星星历信息、惯导的姿态信息和所述低轨卫星的GPS信息通过串口传输给用户站天线，用户站天线通过空间矩阵变化，将控制板传输来的信息转换为天线转动角度信息，所述天线转动角度信息包括俯仰角和横滚角；
S1304：在确定俯仰角和横滚角后，用户站天线对低轨卫星信号进行范围为360°的全方位扫描；与此同时，惯导开始以10Hz的频率将惯导的姿态信息以PWM脉冲的形式输出给工控机，进而实现对用户站载体的姿态进行实时补偿；
S1305：当用户站天线接收到的低轨卫星信号的强度超过预设阈值时锁定当前用户站天线的指向，并使用户站天线在所述指向的第一和第二方向一个天线波束角的范围内进行低轨精细扫描，直到接收到的低轨卫星信号满足单脉冲跟踪准则时进入单脉冲跟踪模式；
S1306：进入单脉冲跟踪模式后，馈源网络将用户站天线接收到的低轨卫星信号分成第三到第六方向的四路信号；
S1307：测算所述第三到第六方向的四路信号的相位，并对所述四路信号进行滤波处理；
S1308：根据所述滤波后的第三到第六方向的四路信号计算出用户站天线在t时刻的跟踪误差角度，并将t时刻的误差角度在t+1时刻补偿给用户站天线；与此同时，根据电机反馈的信息对惯导陀螺的零偏值进行实时补偿；并将天线角度预置值与t时刻的天线角度实际值做矢量差获得标定误差，将所述标定误差在t+1时刻补偿给用户站天线；
其中，所述天线波束角为2度。
在一个具体实施例中，所述方法还包括：
所述高轨卫星跟踪模式包括以下步骤：
S1311：星历板将所述高轨卫星的星历信息、惯导的姿态信息和所述高轨卫星的GPS信息输出给控制板；
S1312：用户站天线进行初始化寻零，在用户站天线转到机械零位后自动标记为初始零位；
S1313：控制板将接收到的高轨卫星星历信息、惯导的姿态信息和所述高轨卫星的GPS信息通过串口传输给用户站天线，用户站天线通过空间矩阵变化，将控制板传输来的信息转换为天线转动角度信息，所述天线转动角度信息包括俯仰角和横滚角；
S1314：在确定俯仰角和横滚角后，用户站天线对高轨卫星信号进行范围为360°的全方位扫描；与此同时，惯导开始以10Hz的频率将惯导的姿态信息以PWM脉冲的形式输出给工控机，进而实时补偿用户站载体的姿态；
S1315：将每次能接收到高轨卫星信号时所述高轨卫星信号的强度和用户站天线的角度信息记录到信号-角度映射表中；
S1316：全方位扫描结束后，将用户站天线转到所述信号-角度映射表中高轨卫星信号强度最大且大于预设跟踪阈值的天线的角度，使用户站天线在所述角度周围一个天线波束角的范围内进行高轨精细扫描，直到得到高轨卫星信号强度极大值后进入极值跟踪；
S1317：进入极值跟踪后，若用户站天线接收到的高轨卫星信号强度小于预设的极值跟踪阈值，则使用户站天线再次进行高轨精细扫描直到接收到的高轨卫星信号强度大于预设的极值跟踪阈值后再进入极值跟踪；
若再次进行高轨精细扫描的扫描时间超过预设的精描时间后仍未接收到信号强度大于所述极值跟踪阈值的高轨卫星信号，则执行步骤S1314；
其中，所述天线波束角为2度。
在一个具体实施例中，所述步骤S1038中跟踪误差角度包括：俯仰误差和方位误差；
俯仰误差为：(A+B)-(C+D)；方位误差为：(A+C)-(B+D)；
其中，A为第三方向信号，B为第四方向信号，C为第五方向信号，D为第六方向信号。
本发明另一方面提供一种计算机设备，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如上所述的方法。
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如上所述的方法。
本发明的有益效果如下：
本发明所提供的一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法将高轨卫星和低轨卫星进行融合，并进行优先级筛选，低轨卫星过境时，优先使用低轨卫星，在低轨卫星离境后，再切换到高轨卫星，做到全天24小时不间断通信和短时间的高速通信，实现在运动的环境中，基于单定位天线对高轨卫星和低轨卫星的稳定跟踪，提高了用户站的跟踪性能，同时通过所述方法还能够实现用户站的低成本化和小型化，使用户站能够适应多种载体环境和应用场景。
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一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法流程图。
图2示出适于用来实现本发明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
本实施例提供一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
S10：利用爬虫技术获取待跟踪的低轨卫星和高轨卫星的轨道参数并在星历板内建立所述低轨卫星和高轨卫星的轨道模型，并将所述模型输出给控制板；
S12：所述星历板获取所述低轨卫星和高轨卫星的实时信息和用户站载体的位置信息，并实时输出给控制板，控制板根据卫星选择方法进入低轨卫星跟踪模式或高轨卫星跟踪模式；
其中，所述卫星选择方法包括：
S120：控制板根据接收到的信息实时判断所述高轨卫星是否能用和所述低轨卫星是否会在五天内过境；
S121：若高轨卫星能用且低轨卫星不会在五天内过境则进入高轨卫星跟踪模式；
若高轨卫星能用且低轨卫星会在五天内过境则进入低轨卫星跟踪模式；
若高轨卫星不能用且低轨卫星会在五天内过境则进入低轨卫星跟踪模式；
若高轨卫星不能用且低轨卫星不会在五天内过境则执行步骤S120。
低轨卫星跟踪模式包括以下步骤：
S1300：判断星历板是否连接互联网；若是，则星历板以1Hz的频率将低轨卫星实时星历信息、惯导的姿态信息和所述低轨卫星的GPS信息输出给控制板；若否，则判断星历板无法连接互联网的时间是否超过1分钟；
S1301：若无法连接互联网的时间不超过1分钟，则执行步骤S1300；若无法连接互联网的时间超过1分钟，星历板则读取所述低轨卫星的历史星历信息输出给控制板，并将惯导的姿态信息和所述低轨卫星的GPS信息也输出给控制板，同时继续判断星历板是否连接互联网，直至星历板连接互联网后获取低轨卫星实时星历信息并下载到文件夹中；
其中，
星历板模型软件拟采用Python语言编写，通过Ping包或打开网页的方式确定是否连接互联网，并在连接互联网的情况下利用爬虫代码从相应的URL上爬取卫星实时星历信息，随后进入SGP4轨道预报模块，对卫星星历进行预报，将卫星J2000坐标系下的卫星位置转换为WGS84坐标系下的卫星位置，最后通过Serial模块以1Hz的频率输出到相应端口。另外，代码中还采用了双线程模式，使星历板不仅能够在流程开始时判定互联网连接情况下爬虫星历，还能在跟踪过程中连接互联网的情况下，爬虫星历保存到相应文件夹。
星历板模型硬件拟采用Raspberry 4B开发板，搭载Cortex-A72处理器，64位-4核，1.5GHz主频，可扩展内存，具备双频80.2.11ac 5G/2.4G等千兆以太网接口，运行Linux系统，有内存占用小，运算速度快、成本低的特点。
S1302：用户站天线进行初始化寻零，在用户站天线转到机械零位后自动标记为初始零位；
S1303：控制板将接收到的低轨卫星星历信息、惯导的姿态信息和所述低轨卫星的GPS信息通过串口传输给用户站天线，用户站天线通过空间矩阵变化，将控制板传输来的信息转换为天线转动角度信息，所述天线转动角度信息包括俯仰角和横滚角；
S1304：在确定俯仰角和横滚角后，用户站天线对低轨卫星信号进行范围为360°的全方位扫描；与此同时，惯导开始以10Hz的频率将惯导的姿态信息以PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)脉冲的形式输出给工控机，进而实现对用户站载体的姿态进行实时补偿；其中，工控机通过控制伺服机构对用户站载体的姿态进行实时补偿。
S1305：当用户站天线接收到的低轨卫星信号的强度超过预设阈值时锁定当前用户站天线的指向，并使用户站天线在所述指向左(第一方向)右(第二方向)一个天线波束角的范围内进行低轨精细扫描，直到接收到的低轨卫星信号满足单脉冲跟踪准则时进入单脉冲跟踪模式；其中，所述天线波束角为2度。
其中，所述低轨卫星信号为低轨卫星转发的信关站单音信号；
用户站天线通过将接收到的信号传给信标接收机来判断信号强度是否超过预设阈值；
在低轨精细扫描的过程中接收到低轨卫星信号强度为极大值的低轨卫星信号即为满足单脉冲跟踪准则的低轨卫星信号。
S1306：进入单脉冲跟踪模式后，馈源网络将用户站天线接收到的低轨卫星信号分成第三到第六方向的四路信号；
S1307：测算所述第三到第六方向的四路信号的相位，并对所述四路信号进行滤波处理；
S1308：根据所述滤波后的第三到第六方向的四路信号计算出用户站天线在t时刻的跟踪误差角度，并将t时刻的误差角度在t+1时刻补偿给用户站天线；与此同时，根据电机反馈的信息对惯导陀螺的零偏值进行实时补偿；并将天线角度预置值与t时刻的天线角度实际值做矢量差获得标定误差，将所述标定误差在t+1时刻补偿给用户站天线；
其中，
角度预置值即为所述俯仰角和横滚角。
在低轨精细扫描的过程中接收到的满足单脉冲跟踪准则的低轨卫星信号时天线的角度的基础上进行误差补偿后的天线的角度为天线角度实际值。
所述跟踪误差角度包括：俯仰误差和方位误差；
俯仰误差为：(A+B)-(C+D)；方位误差为：(A+C)-(B+D)；
其中，A为天线面左上信号(第三方向信号)，B为天线面右上信号(第四方向信号)，C为天线面左下信号(第五方向信号)，D为天线面右下信号(第六方向信号)。
低轨卫星的位置变化速度很快，即使载体在静止的条件下，天线俯仰角、横滚角也是时变的，这就给信号锁定增加了难度，除此之外，步骤S1305中所述的预设阈值也不是一成不变的，因为低轨卫星的过境规律为由远及近再及远，这样信号值也是先小后大再变小的，由此可知，跟踪信号的阈值也是根据轨道模型随时间呈现波峰形变化的，如果阈值设置的较低，在信号强的时刻可能使天线跟踪不准，如果阈值设置过高，可能在信号较低时直接跳出跟踪模式；因此所述阈值是根据轨道模型计算出用户站载体与卫星的实际距离，再通过链路计算方程解算出不同距离条件下的落地信号，加上链路余量得出的。
高轨卫星跟踪模式包括以下步骤：
S1311：星历板将所述高轨卫星的星历信息、惯导的姿态信息和所述高轨卫星的GPS信息输出给控制板；其中，高轨卫星位置基本不变，所以高轨卫星星历信息基本不变。
S1312：用户站天线进行初始化寻零，在用户站天线转到机械零位后自动标记为初始零位；
S1313：控制板将接收到的高轨卫星星历信息、惯导的姿态信息和所述高轨卫星的GPS信息通过串口传输给用户站天线，用户站天线通过空间矩阵变化，将控制板传输来的信息转换为天线转动角度信息，所述天线转动角度信息包括俯仰角和横滚角；
S1314：在确定俯仰角和横滚角后，用户站天线对高轨卫星信号进行范围为360°的全方位扫描；与此同时，惯导开始以10Hz的频率将惯导的姿态信息以PWM脉冲的形式输出给工控机，进而实时补偿用户站载体的姿态；
其中，高轨卫星信号为高轨卫星转发的信关站单音信号。
S1315：将每次能接收到高轨卫星信号时所述高轨卫星信号的强度和用户站天线的角度信息记录到信号-角度映射表中；
S1316：全方位扫描结束后，将用户站天线转到所述信号-角度映射表中高轨卫星信号强度最大且大于预设跟踪阈值的天线的角度，使用户站天线在所述角度周围一个天线波束角的范围内进行高轨精细扫描，直到得到高轨卫星信号强度极大值后进入极值跟踪；其中，所述天线波束角为2度。
S1317：进入极值跟踪后，若用户站天线接收到的高轨卫星信号强度小于预设的极值跟踪阈值，则使用户站天线再次进行高轨精细扫描直到接收到的高轨卫星信号强度大于预设的极值跟踪阈值后再进入极值跟踪；
若再次进行高轨精细扫描的扫描时间超过预设的精描时间，例如10秒，后仍未接收到信号强度大于所述极值跟踪阈值的高轨卫星信号，则执行步骤S1314；
由于高轨卫星星历基本不变所以所述预设跟踪阈值和所述预设的极值跟踪阈值均不变。
S14：若进入低轨卫星跟踪模式，控制板则根据所述低轨卫星的实时信息和用户站载体的位置信息实时判断所述低轨卫星是否离境，若低轨卫星离境则进入高轨卫星跟踪模式；若低轨卫星未离境则继续进行低轨卫星跟踪模式；
若进入高轨卫星跟踪模式，控制板则根据所述低轨卫星的实时信息和用户站载体的位置信息实时判断所述低轨卫星是否会在五天内过境，若是则进入低轨卫星跟踪模式，若否则继续进行高轨卫星跟踪模式。
本领域技术人员可以理解，低轨卫星跟踪模式即步骤S1300到S1308和高轨卫星跟踪模式S1311到S1317为并行步骤，不对其先后顺序作限制。
本实施例所提供的一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法不仅优化了传统的开环跟踪方法，还融合了多种滤波技术，如卡尔曼滤波等和误差判定技术，在单定位天线方式的基础上，实现了程序跟踪与自动跟踪的相互融合，完成了过程的闭环，其中自动跟踪应用了单脉冲跟踪技术，缩小跟踪误差并完成滞后一个步进的非实时修正；通过最优跟踪模式的选择即所述卫星选择方法和滤波技术的优化，可以有效的缩小误差，提高天线跟踪平滑度。
目前市面上高轨卫星用户站单价为45万左右，低轨卫星用户站单价为70万左右，通过本实施例所提供的一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法能够将成本控制在20万左右，如果批量化生产，成本将会更低。通过本实施例所提供的方法不仅能够降低成本还能够使用户站小型化，如采用双定位天线定向系统，单纯的刚性连接件就达到2m左右，所占的空间巨大，但通过本实施例所提供的方法实现的单定位跟踪系统，取消了2m的刚性连接件，按照圆柱体体积估算，大概能节省74％的空间。高低轨兼容用户站取长补短，在低轨卫星目前并不普及的情况下，利用高轨卫星填充低轨卫星离境时的空白通信，使用户能够享受到24小时的不间断通信和短时间的高速通信，符合当前市场需求。以浙江省舟山市为例，仅其中一个岱山县就拥有大概2000艘渔船，如市场覆盖率按照80％计算，市场需求量则为1600套用户站，由此看来，市场前景十分可观。
第二实施例
图2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2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2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2未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图2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2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2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基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法。
本申请制定一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法的计算机设备，将高轨卫星和低轨卫星进行融合，并进行优先级筛选，低轨卫星过境时，优先使用低轨卫星，在低轨卫星离境后，再切换到高轨卫星，做到全天24小时不间断通信和短时间的高速通信，实现在运动的环境中，基于单定位天线对高轨卫星和低轨卫星的稳定跟踪，提高了用户站的跟踪性能，同时还能够实现用户站的低成本化和小型化，使用户站能够适应多种载体环境和应用场景。
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 (7)

1.一种基于单定位天线的高低轨兼容动中通方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S10：利用爬虫技术获取待跟踪的低轨卫星和高轨卫星的轨道参数并在星历板内建立所述低轨卫星和高轨卫星的轨道模型，并将所述模型输出给控制板；
S12：所述星历板获取所述低轨卫星和高轨卫星的实时信息和用户站载体的位置信息，并实时输出给控制板，控制板根据卫星选择方法进入低轨卫星跟踪模式或高轨卫星跟踪模式；
S14：若进入低轨卫星跟踪模式，控制板则根据所述低轨卫星的实时信息和用户站载体的位置信息实时判断所述低轨卫星是否离境，若低轨卫星离境则进入高轨卫星跟踪模式；
若进入高轨卫星跟踪模式，控制板则根据所述低轨卫星的实时信息和用户站载体的位置信息实时判断所述低轨卫星是否会在五天内过境，若是则进入低轨卫星跟踪模式，若否则继续进行高轨卫星跟踪模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S12中卫星选择方法包括：
S120：控制板根据接收到的信息实时判断所述高轨卫星是否能用和所述低轨卫星是否会在五天内过境；
S121：若高轨卫星能用且低轨卫星不会在五天内过境则进入高轨卫星跟踪模式；
若高轨卫星能用且低轨卫星会在五天内过境则进入低轨卫星跟踪模式；
若高轨卫星不能用且低轨卫星会在五天内过境则进入低轨卫星跟踪模式；
若高轨卫星不能用且低轨卫星不会在五天内过境则执行步骤S120。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
低轨卫星跟踪模式包括以下步骤：
S1300：判断星历板是否连接互联网；若是，则星历板以1Hz的频率将低轨卫星实时星历信息、惯导的姿态信息和所述低轨卫星的GPS信息输出给控制板；若否，则判断星历板无法连接互联网的时间是否超过1分钟；
S1301：若无法连接互联网的时间不超过1分钟，则执行步骤S1300；若无法连接互联网的时间超过1分钟，星历板则读取所述低轨卫星的历史星历信息输出给控制板，并将惯导的姿态信息和所述低轨卫星的GPS信息也输出给控制板，同时继续判断星历板是否连接互联网，直至星历板连接互联网后获取低轨卫星实时星历信息并下载到文件夹中；
S1302：用户站天线进行初始化寻零，在用户站天线转到机械零位后自动标记为初始零位；
S1303：控制板将接收到的低轨卫星星历信息、惯导的姿态信息和所述低轨卫星的GPS信息通过串口传输给用户站天线，用户站天线通过空间矩阵变化，将控制板传输来的信息转换为天线转动角度信息，所述天线转动角度信息包括俯仰角和横滚角；
S1304：在确定俯仰角和横滚角后，用户站天线对低轨卫星信号进行范围为360°的全方位扫描；与此同时，惯导开始以10Hz的频率将惯导的姿态信息以PWM脉冲的形式输出给工控机，进而实现对用户站载体的姿态进行实时补偿；
S1305：当用户站天线接收到的低轨卫星信号的强度超过预设阈值时锁定当前用户站天线的指向，并使用户站天线在所述指向的第一方向即方位角和第二方向即俯仰角一个天线波束角的范围内进行低轨精细扫描，直到接收到的低轨卫星信号满足单脉冲跟踪准则时进入单脉冲跟踪模式；
S1306：进入单脉冲跟踪模式后，馈源网络将用户站天线接收到的低轨卫星信号分成第三到第六方向的四路信号；
S1307：测算所述第三到第六方向的四路信号的相位，并对所述四路信号进行滤波处理；
其中，第三方向信号为天线面左上信号，第四方向信号为天线面右上信号，第五方向信号为天线面左下信号，第六方向信号为天线面右下信号；
S1308：根据所述滤波后的第三到第六方向的四路信号计算出用户站天线在t时刻的跟踪误差角度，并将t时刻的误差角度在t+1时刻补偿给用户站天线；与此同时，根据电机反馈的信息对惯导陀螺的零偏值进行实时补偿；并将天线角度预置值与t时刻的天线角度实际值做矢量差获得标定误差，将所述标定误差在t+1时刻补偿给用户站天线；
其中，所述天线波束角为2度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述高轨卫星跟踪模式包括以下步骤：
S1311：星历板将所述高轨卫星的星历信息、惯导的姿态信息和所述高轨卫星的GPS信息输出给控制板；
S1312：用户站天线进行初始化寻零，在用户站天线转到机械零位后自动标记为初始零位；
S1313：控制板将接收到的高轨卫星星历信息、惯导的姿态信息和所述高轨卫星的GPS信息通过串口传输给用户站天线，用户站天线通过空间矩阵变化，将控制板传输来的信息转换为天线转动角度信息，所述天线转动角度信息包括俯仰角和横滚角；
S1314：在确定俯仰角和横滚角后，用户站天线对高轨卫星信号进行范围为360°的全方位扫描；与此同时，惯导开始以10Hz的频率将惯导的姿态信息以PWM脉冲的形式输出给工控机，进而实时补偿用户站载体的姿态；
S1315：将每次能接收到高轨卫星信号时所述高轨卫星信号的强度和用户站天线的角度信息记录到信号-角度映射表中；
S1316：全方位扫描结束后，将用户站天线转到所述信号-角度映射表中高轨卫星信号强度最大且大于预设跟踪阈值的天线的角度，使用户站天线在所述角度周围一个天线波束角的范围内进行高轨精细扫描，直到得到高轨卫星信号强度极大值后进入极值跟踪；
S1317：进入极值跟踪后，若用户站天线接收到的高轨卫星信号强度小于预设的极值跟踪阈值，则使用户站天线再次进行高轨精细扫描直到接收到的高轨卫星信号强度大于预设的极值跟踪阈值后再进入极值跟踪；
若再次进行高轨精细扫描的扫描时间超过预设的精描时间后仍未接收到信号强度大于所述极值跟踪阈值的高轨卫星信号，则执行步骤S1314；
其中，所述天线波束角为2度。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S130 8中跟踪误差角度包括：俯仰误差和方位误差；
俯仰误差为：(A+B)-(C+D)；方位误差为：(A+C)-(B+D)；
其中，A为第三方向信号，B为第四方向信号，C为第五方向信号，D为第六方向信号。
6.一种计算机设备，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1-5中任一项所述的方法。
7.一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1-5中任一项所述的方法。
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