CN1154022A

CN1154022A - 利用地面射束操纵终端的卫星射束操纵参照

Info

Publication number: CN1154022A
Application number: CN96109244A
Authority: CN
Inventors: R·A·韦迪曼
Original assignee: Globalstar LP
Current assignee: Globalstar LP
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1997-07-09

Abstract

一种卫星通信系统具有用天线在地球表面上生成一个移动射束辐射图的至少一个卫星(1)。射束辐射图(3)包括多个分射束(4)。本发明的方法用下述步骤为卫星确定姿态校正信号：(a)在地球表面上一个已知位置上设置至少一台参照发射机(10)；(b)从该至少的参照发射机发射至少一个信号到至少一个分射束中；(c)用卫星天线接收该至少一个信号并转发所接收的至少一个信号到一个地面站(8)。

Description

利用地面射束操纵终端的卫星射束操纵参照

本发明总地涉及卫星系统，而具体地涉及使用近地轨道(LEO)卫星的移动通信卫星系统。

适用在移动通信卫星系统中的LEO卫星具有与在卫星的轨道路径的方向上扫过地面的天线辐射图(覆盖区)相对应的射频(RF)通信覆盖区。通常，为了使卫星天线辐射图射束朝向地表面，精确地将卫星指向一个给定的方向是重要的。

在大多数情况中，存在着三个控制飞行中的卫星的方向。根据采用的约定，这些方向与通用的“飞行器”坐标一致。图1示出这三个方向为滚动轴方向、俯仰轴方向及偏航轴方向。滚动轴指向卫星速度矢量的方向且在轨道平面内。俯仰轴垂直于滚动轴及轨道平面。偏航轴垂直于滚动与俯仰轴中每一个且在轨道平面内。

卫星名义上以其指向地心的偏航轴定向。如果天线固定在卫星体上或者在操纵天线时的天线万向支架点上，则可通过俯仰卫星而在卫星的速度矢量(或离开速度矢量)的方向上对准通信射束的覆盖区。这是通过绕其俯仰轴转动卫星来完成的。同样可通过滚动卫星，即通过绕滚动轴转动卫星，垂直于速度矢量操纵射束。最后，通过绕其偏航轴转动卫星可旋转操纵卫星射束。

通常，发布命令给卫星的姿态控制系统来执行这些转动。姿态控制系统用于通过控制卫星相对于各轴的姿态并从而将天线辐射图射束指向相对于地表面的一个所要求的方向(或空间中的一个要求的方向)上而保持卫星指向一个特定方向。LEO卫星在空间与时间中移动，而天线射束和卫星一起在地面上扫描，交替地覆盖与露出地面上的区域。

LEO卫星可令天线滚动、俯仰与偏航轴固定，并从而在地表面上移动射束辐射图。卫星下点(SSP)是地表面上偏航轴所指向的一个点，它位于沿从地心到卫星所在的轨道上的点的矢量上。SSP定义为这一条线与地表面的交点。

可将来自LEO卫星的天线射束比喻为一个扫帚，其中偏航轴为扫帚的柄而其中的卫星覆盖区，即射束照射的区域，则在地表面上扫过。任何瞬间可从轨道LEO卫星看见的地表面部分是其覆盖脚印。天线射束可以是脚印的全部或某些部分。覆盖区具有通常取决于轨道的高度及从覆盖区脚印的末端到卫星的仰角的大小与形状。天线射束的形状没有必要是规则的，也不要求它照射全部覆盖区。然而，为了讨论起见，假定覆盖区是以SSP为中心的一个圆形区。为了通信效率，通常将卫星射束分成较小的分射束。通常需要指定一个最佳方向的便是这组分射束。

再者，对于本讨论，假定天线是固定在卫星体上的。然而，这并不必要，反之，天线可以是万向的并控制成指向相对于卫星的轴的某一方向上。在这一情况中，万向支架轴(单一或两根轴)上的仪器向卫星或地面控制提供偏移信息供确定卫星的姿态。

为了在天线射束在地球上方移动时保持其相对于偏航轴(与其它轴)的最佳卫星方向，卫星系统需要参照信息。卫星的星载姿态控制系统执行这一功能。可使用若干传统控制方法中的任何一种来将卫星对向最佳方向。为了执行姿态控制功能，需要参照信息来确定卫星的姿态及从而确定与发送命令给姿态控制系统，以便改变卫星或天线在地面上建立覆盖区的指向。这一参照信息传统上是用地球传感器、太阳传感器、地磁仪及其它外部参照装置得到的。

通信、计算机及小型卫星技术中的新进展已使采用成群的LEO卫星与固定的、移动的及手持式用户终端相结合的卫星通信系统成为现实。为了这一系统在高峰效率上工作，能够理解希望提供一种用于控制单个LEO卫星的姿态的改进的方法。

本发明的第一目的为提供来自系统的用户或来自在地表面上具有已知位置的固定发射机的卫星姿态控制参照信息。

本发明的另一目的为提供一种卫星姿态控制系统，该系统将从位于地表面上已知位置上的一个或多个参照发射机接收的信号的增益与存储的卫星天线增益等值线圈所指示的期望增益比较，然后从所接收的与期望的增益的差中确定姿态校正。

通过用于为卫星确定姿态校正信号的方法与装置来克服上述与其它问题并实现本发明的目的。一个卫星通信系统至少具有一个带有在地球表面上生成一个移动射束辐射图的天线的卫星。射束辐射图包含多个分射束。本发明的方法用下述步骤为卫星确定姿态校正信号：(a)在地球表面上已知的位置上设置至少一台参照发射机；(b)将至少一个信号从该至少的参照发射机发射到分射束中至少一个中；(c)用卫星天线接收该至少一个信号并将所接收的至少一个信号转发给一个地面站。该方法的下一步(d)用地面站接收转发的至少一个信号；(e)确定所接收的至少一个信号的增益；(f)根据卫星天线的增益中的空间变化的预定知识，将确定的增益与期望接收的增益比较；以及(g)确定在所确定的增益与期望的增益之间的差，以导出指示卫星的姿态误差的校正信号。

该方法还包括将校正信号发射到卫星上；及按照该校正信号校正卫星的姿态的步骤。

从至少的参照发射机发射至少一个信号的步骤可包括下述步骤：从一台参照发射机发射多个信号；从多台参照发射机发射多个信号；或从多台参照发射机中单一的一台发射一个信号。

卫星在任何给定的时间点上具有一个最佳航行方向及一个空间中的最佳朝向。虽然本发明的教导是主要在偏航轴控制的上下文中展示的，应理解本发明的教导适用于所有定向轴。

卫星具有一个相对于在地球表面上方航行方向的最佳偏航角，当卫星的实际方向与最佳方向不同时便存在偏航误差角。在这一情况中，确定步骤确定航行的视方向，该方向与航行的实际方向相差一个关系到卫星姿态的知识不确定性(knowledge uncertainty)的角度。对于这一情况，该校正信号具有作为卫星的偏航误差角的一个函数的值，该方法还包括下述步骤：将校正信号发射到卫星；以及按照校正信号通过绕偏航轴转动卫星来校正卫星的姿态，以便减小偏航误差角的幅值。

在本发明的一个当前最佳的但不是限制性的实施例中，这些信号是作为扩展频谱、码分多址信号发射、转发与接收的。

在结合附图阅读后面本发明的详细描述时，本发明的上述与其它特征更为清楚，附图中：

图1为在说明轨道卫星的传统滚动、俯仰与偏航轴的定向中有用的图；

图2按照本发明的教导展示具有由分射束构成的射束的卫星，及位于地表面上已知位置上的这里称作卫星射束控制参照终端(SBSRT)的地面偏航参照发射机的使用；

图3为从卫星俯视地表面的图，并展示卫星速度矢量、最佳方向、实际方向与视方向之间的角关系，所有这些可参照卫星下点(SSP)；

图4展示当卫星射束在多个SBSRT上方扫过时，在两个瞬时上的卫星射束；

图5A展示两个分射束的示范性天线增益等值线；

图5B为展示沿图5A的剖面线B-B所取的一SBSRT在天线增益等值线内的位置的曲线；

图6为具有分别用于在SBSRT与地面通路(GW)之间中继前向与返回业务链路的前向与返回转发器的卫星的简化方框图；

图7A用于描述本发明中多个SBSRT(或用户终端)与单一链路传输一起使用的方法；

图7B为展示用于将图7A的业务射束发射到一条通路的业务链路接收机相控阵天线、多个分射束放大器与下变换器、及馈送链路发射天线的卫星方框图；

图7C示出与其中定位有图7A的SBSRT的分射束对应的各种馈送链路信道；

图8用于描述其中一个单一SBSRT(或用户终端)与多条链路传输一起使用的本发明的方法；

图9为展示用地面数据网互联的一条通路与一个卫星操作控制中心(SOCC)的方框图，其中通路与SOCC之一或两者能发射一条姿态控制命令链路到卫星；

图10为示范性卫星姿态控制系统的简化方框图；以及

图11为用于单一内侧束的示范性增益等值线图。

一开始就指出，以下的描述虽然主要是针对偏航轴控制参照作出的，本发明的教导一般也适用于绕其它轴的控制。例如，能够按照本发明完成双轴控制，并能用诸如太阳传感器、地磁仪等适当传感器或其它适当装置完成全部三轴的控制。

参见图2，卫星1正在沿轨道路径X的卫星速度矢量2运动并从而沿地面移动一个覆盖区3。覆盖区3对应于通常分成诸如20条分射束的一定数目的同心布置的分射束4的卫星射束。通常要求分射束指向相对于偏航轴的一个最佳方向5。最佳方向5可随时间变化并可以某一指定的速率转动。

假定卫星1是绕偏航轴控制的，该轴定义为地心与卫星之间的一条直线。这一直线与地表面的交点在这里称作卫星的卫星下点(SSP)6。最佳方向5为从SSP6延伸到卫星天线覆盖区3的外侧边上的一个点7或到其它方便的点的一矢量。不一定要求射束定心在SSP6，反之能与SSP6成任意的角度并能覆盖小于卫星的整个覆区脚印区。

至少一个地面通路(GW)8通过一条RF链路或馈电链路9双向耦合到卫星1上，链路9包括一条到卫星馈送链路接收天线1a的RF上行链路9a及来自卫星发射天线1b的RF下行链路9b。

按照本发明，提供了至少一台(最好是多台)偏航参照发射机，在这里也称作卫星射束控制参照终端(SBSRT)10，它们是位于地球表面上已知位置(纬度与经度)上的。各SBSRT10包括一根诸如全向天线等天线10a，并能发射一个信号到卫星1上，还能接收来自卫星1的信号。SBSRT10经由第二RF链路(非馈送链路)与卫星1通信。

在本发明一个当前最佳的当然不是限制性的实施例中，在诸如一条1414公里近地轨道(LEO)中总共有48颗卫星。这些卫星分布在8个轨道平面中，每一平面6个等间隔的卫星(Walker星座)。轨道平面相对于赤道倾斜52度并且各卫星每114分钟绕轨道一周。这一方案提供近似的全地球覆盖，在大约南纬70度与北纬70度之间的一个特定用户在任何给定时间理想地能看到至少两个卫星。这样，用户便能与地表面上一个通路8覆盖区内的几乎任何一点互相通信，或者通过一个或多个GW8(取道连接在GW8上的公共交换电话网(PSTN))及一个或多个卫星1与地表面上的其它点通信。

这一方面可参考E.Hirshfield与C.A.Tsao的名为“移动通信卫星有效负载”的5,422,647号美国专利，它公开了一种具有线性放大器与相控阵发射与接收天线的通信卫星。所描述的卫星有效负载适用于本发明的教导及其它卫星转发器类型。

用户/通路通信是通过扩展频谱(SS)、码分多址(CDMA)技术完成的。当前最佳SS-CDMA技术类似于TIA/EIA暂行标准“用于双模式宽带扩展频谱蜂窝式系统的移动站一基站兼容性标准”TIA/EIA/IS-95，1993年7月，尽管其它扩展频谱与CDMA技术及协议也能使用。然而，也可使用时分多址(TDMA)，诸如通过时间排序信号的发射及通过应用校正方法来达到这里所描述的教导的接近实时逼近。也能使用频分多址(FDMA)，及这些各式接入技术的组合。

卫星1的近地轨道允许低功率固定或移动用户终端通过卫星1通信，而各卫星在本发明的一个当前最佳实施例中单纯地作为一个“弯管”转发器来接收来自用户终端或通路8的通信业务信号(诸如话音与/或数据)，将接收的通信业务信号转换到另一频带，然后转发转换后的信号。然而，应当理解本发明的教导不限于“弯管”转发卫星，并能同样好地起卫星上处理与再生转发器型卫星的作用。这不需要卫星1之间的直接通信链路。

用户终端以及SBSRT10经由诸如分别通过返回与前向卫星转发器(图6中所示)的L波段RF链路(上行链路或返回链路)与S波段RF链路(下行链路或前向链路)通信。返回L波段RF链路可以1.61GHZ至1.625GHZ的16.5MHz带宽的频率范围内工作，并且用按照多个1.25MHz段中的较佳扩展频谱技术调制。前向S带RF链路可在2.495至2.5GHz的16.5MHz带宽的频率范围内工作，并且也按照多个1.25MHz段中的扩展频谱技术调制。

将前向链路的16.5MHz带宽划分成13个信道，每一信道分配给诸如多达128个用户。返回链路可具有各种带宽，而一个给定的用户终端可以也可以不分配与前向链路上所分配的信道不同的信道。

通路8通过通常在3GHz以上并且最好在C波段中的频率范围内工作的全双工RF链路9(前向链路9a(至卫星)、返回链路9a(来自卫星))。C波段RF链路双向输送通信馈送链路，并且还输送卫星命令给卫星及遥测来自卫星的信息。前向馈送链路9a可在5GHz至5.25GHz的波段中工作，而返回馈送链路9b可在6.875GHz至7.075GHz的波段中工作。

在描述了在其中可利用本发明的教导取得效益的一个通信系统的当前最佳的但不是限制性的实施例之后，现在参见用于展示定心在SSP6上的分射束4的示范性天线辐射图3的图3。随着卫星1沿速度矢量2移动，卫星天线辐射图3也移动，交替地覆盖与露出地面上的点。辐射图具有相对于速度矢量2的最佳方向5，并在任何时间上可以是固定的或在一定速率上转动。

射束定向的精度具有两个分量。第一分量为误差角11，在本发明的这一实施例中为偏航误差。偏航误差为最佳方向5与射束正在移动的实际方向12之间的差。第二分量为知识不确定性角13，即实际方向的知识中的不确定性。知识不确定性产生卫星射束辐射图运动在地表面上的“视”方向14上。如果不进行偏航轴控制，偏航误差角11将随时间变化。考虑到由轨道动力学引起的各种效应与扰动、热效应、拖曳、机械力及其它因素，偏航误差角11可能摆动，可能保持恒定的偏移，或者可能在绕SSP6的两个方向之一上转动。

为了利用按照本发明的教导得到的值与信息将天线指向最佳方向5，从而使射束定位误差11(在本例中为偏航误差)为最小，采用了卫星姿态控制器1C(图10)来操纵卫星1。

现在参见图4，一个或多个SBSRT10分布在已知位置的地表面区上。LEO卫星1的卫星射束辐射图3在SBSRT10的图形上移过。随着时间的推进(t₁到t₂，其中t₂＝t₁+Δt)，天线射束3与关联的SSP6扫过地球表面，依次照射SBSRT10并导致它们呈现为从一个分射束移动到另一分射束。

参见图5A与5B，其中示出并假定卫星实际方向12与最佳方向5的完美对准，当卫星通过地表面上方时，发射上行链路信号的一个SBSRT10将以所有分射束4的合成图被卫星1接收到。分射束4在增益中具有独立的空间变化，对于分射束N与M，这里分别称作天线增益等值线g₁与g₂。特别参见图5B，在一定的瞬时，SBSRT10被来自移动中的卫星1的射束中的一部分所覆盖。

由于SBSRT10是固定在地上的，并且合成卫星辐射图3相对于地面移动，分射束N与M的视天线增益随时间变化。即g₁与g₂的辐值可认为是随时间变化的。在卫星1上从分射束N与M接收到来自SBSRT10的信号，并且由卫星1在返回馈送链路9b(图2)上转发给通路8。

参见图6，其中示出了RF链路与转发器的操作。从GW8到卫星1的前面馈送链路9a(诸如一条C波段链路)开始，卫星馈送链路天线20进行接收，并在前向转发器22中进行频率变换。频率变换后的前向信号作为前向业务链路26(诸如S波段)由卫星天线24发送供SBSRT10接收。一条返回业务链路28(诸如L波段)由SBSRT10发送到卫星1的接收天线30，并在返回转发器34中进行频率变换。频率变换后的返回信号由卫星天线32作为返回馈送链路9b发射，供GW8接收。

操作原理是根据在GW8上接收来自一个或多个SBSRT10的一个或多个信号，确定SBSRT10位于卫星的天线辐射图中何处，并将所确定的位置关联到存储天线增益等值线值的一个数据库25。GW8或卫星操作控制中心(SOCC)40或地面操作控制中心(GOCC)44(图9)能为星群中的各卫星存储一张增益等值线图，或一张与所有卫星相关的广义图。可周期性地更新该图来反映卫星状态的变化，诸如生成各种分射束的星载线性放大器的可操作性的变化。这一或这些图可以通过基于相控阵卫星天线的几何图形的计算来确定，与/或通过地面测试或执行在轨测试测定增益等值线值而用实验方法生成。图11为单个内侧分射束的示范性增益等值线图。

来自SBSRT10中单一的一个的信号单个地(例如来自一个单一的分射束4)或者作为来自多个分射束4的多个拷贝被GW8接收。从地球表面上固定的SBSRT10位置到天线射束图中的期望的固定位置的映射得出最佳方向5与视方向14之间的角位移的计算。即，偏航误差角11的确定是从来自SBSRT10的接收信号中作出的。

再参见图5B，根据作为分射束增益等值线的函数的天线增益值的存储图，GW8期望找出由SBSRT10发射到诸如分射束N与M中的信号28经受卫星天线增益g₁’与g₂’，记住卫星1的位置是GW8从卫星历表数据中所已知的，而SBSRT10的位置是事先知道的。增益可从接收信号的强度或GW8进行的功率测定中确定。然而，实际上GW8在分射束N与M中确定的天线增益分别为g₁与g₂。期望的与测定的之间的增益差指示相对于固定的SBSRT10的期望的与实际的射束定向之间的差。然后利用这一差来导出偏航校正值，供卫星姿态控制器1C(图10)用来绕偏航轴(在本例中)转动卫星1，以便将角射束误差向零调整。

虽然到此为止是在SBSRT10的上下文中描述的，应当理解本发明的教导也能利用从用户终端接收的信号，这些终端可以是移动的、手持的或固定的。这便是，在建立与用户终端的连接时，尤其是移动与手持终端，GW8最好采用GPS定位技术或其它适当的定位技术在用户终端上执行位置定位。诸如具有在办公楼或天线塔顶上的天线的固定用户终端的位置则可在第一次装设天线时以极大的精度初始确定。并且，不论使用SBSRT10或用户终端，GW8都可主动地控制终端发射机的功率，以便基本上平衡从各终端接收的功率。这样，一个给定的发射机在其上发射的功率对于GW8也是已知的。

再者，应当理解本发明的射束控制参照技术没有必要连续地激活。这便是在高通信负载期及对于COMA实现，可能不希望分配一个扩展码(诸如Walsh码)给SBSRT10之一，从而解放该码供用户终端使用。在低通信负载期中，GW18可有选择地激活前向链路上的一个或多个SBSRT10、分配一个或多个Walsh码给SBSRT10，然后根据来自激活的一个或多个SBSRT10的发射，执行卫星姿态误差(诸如偏航误差)的确定。

本发明的教导可在若干种模式或方法之一中工作。例如，一种方法采用多个单一SBSRT10发射(即同时从若干SBSRT10发射)。另一种方法采用来自一个单一SBSRT10的多个SBSRT链路拷贝。还有一种方法采用来自多个SBSRT10的SBSRT链路拷贝的多个拷贝。下表中概括了这些各式各样的方法。

表1

方法1 多个SBSRT 单链路发射

方法2 单个SBSRT 多链路发射

方法3 多个SBSRT 多链路发射

更详细地参见图7A-7C，方法1利用各通过分射束4之一发射一个单一的返回业务链路28到GW8的多个SBSRT10。即位于不同分射束(SB)A、B、C等中的多个SBSRT10各发射一个信号到卫星1。这些信号可以同时发射也可以不同时发射。如果不同时发射。则SBSRT10最好通过将系统时间编码进发射中而在它们各自的发射上加上时间标志。在卫星返回链路转发器30(图6)中转发这些信号并在GW8上接收。通路8利用所接收的信号电平、信号间的时间差及其它链路值，并将其存储在数据库8a中。

参见图3，推算出所接收的信号的增益值并确定视卫星方向14。GW8事先知道最佳方向5并且也存储在数据库8a中。实际方向12是不能确切知道的，并与视方向14相差前面称作知识不确定性13的角差。因此，计算与存储角差，诸如偏航误差角11，供以后使用，或者可以直接发射给卫星姿态控制器1C(图10)用于校正实现。在任一情况中，校正后的任何残留误差(本发明所考虑的)便是知识不确定性13。

再参见图7A-7C，其中示出SBSRT10在返回业务链路28a与28b上分别发射来自一个或多个分射束(诸如SB-A与SB-B)的信号，然后在馈送链路9b上转发它们。这些信号可用图7B中所示的配置的转发器发射，它只是适用的卫星转发器的一个例子。在图7B的例子中，一个卫星相控阵业务链路接收机天线1d接收链路28a与28b，将它们作用在SB-A与SB-B低噪声放大器(LNA)上，然后下变换、多路复用到一起，并作为信号出现在各馈送链路信道(图7C的示例A与B)中，这些信道对应于分射束A与B。

存在着若干种技术用于确定图3中所示的视方向14。第一种最精确的技术采用至少一个SBSRT10或在地表面上具有已知位置的某一其它发射机，测定在GW8上接收的各发射机的增益，并将测定的增益与GW8或其它地面站已知的期望值比较。第二种技术只利用SBSRT10位于哪一馈送信道中的知识。第三种技术采用位于一个或一些分射束4中的一个通信用户集合的发射而不是一个SBSRT10。在后一情况中，寻找期望在分射束A与B中的用户而不是例如分射束C与D中的。如果是这种情况，便启动GW8或其它地面站来估计视方向14，而可以不用SBSRT装置确定。

上面提到的方法2，即单SBSRT10、多链路发射，使用正在发射一个信号但产生多条链路的单一SBSRT10。这便是，这些信号是在二条分射束A与B信道中自动接收的。考虑作为通信系统的一个较佳实施例的扩展频谱码分多址(SS-CDMA)情况并参见图8，使用全向天线10a在多条(诸如两条)返回业务链路28’与28”上发射来自一个单一SBSRT10的业务链路信号。多条链路28’与28”各被卫星1接收，也参见图7B，并分解成对分射束A与B的输入。这得出对返回馈送链路9b上的分射束A与B信道(见图7C)的输入。信号是在GW8两条或以上信道上接收的。然后直接测定或者计算出对应于g₁与g₂的信号电平，如图5B中所示。然后用这些信号的增益(与/或其它发射的信息)来确定视方向14。如在方法1中，如果替代采用集合用户发射，则可作出视方向14的粗略近似。

上面提到的第三方法，即多SBSRT多链路发射，可认为是方法1与方法2的一种组合。这一方法提供误差角11的知识的最佳精度。方法3采用各个象在方法2中工作的多个SBSRT10。即多个SBSRT10各发射多条链路28’与28”。对于这一情况，这多条链路被多个分射束所接收，并使用关于各条链路的增益的附加信息来求出视方向14的精确值。

在确定了视方向14与误差角11之后，必须以某种方式将信息提供给卫星1。有数种技术来完成误差信息的发送。作为示例描述四种不同方法(指定为A-B)。它们称作：(A)单个通路操纵，实时；(B)单个通路操纵，非实时；(C)系统操纵，实时；及(D)系统操纵，非实时。

前两种方法(即A与B)一起考虑。在这一情况中，卫星1是用来自GW8的结果误差值11操纵的，GW8确定误差值11、实时(方法A)或非实时(方法B)将信息发射到卫星1供图10中所示的卫星姿态控制系统1C进一步使用。姿态控制系统1C包括一根命令链路接收天线，它可以是图6中所示的上行馈送链路接收天线20；一个命令接收器1d；一个姿态控制器1e；及一个适当的姿态控制机构1f(诸如动量轮、磁扭矩装置、陀螺仪或推进器)。可包含一台任选的星载计算机1g用于从所接收的信息中计算所需要的姿态调整与/或用于存储所接收的命令操纵信息供以后使用。如果不设置计算机1g，则命令链路输送姿态控制器1e在其上工作所需的姿态控制操作。例如，在偏航误差角确定的情况中，姿态控制器1e与姿态控制机构1f合作绕偏航轴(见图2)转动卫星1，以便(理想地)将偏航误差角降低到零。

对于一个LEO系统，卫星1是在相当数目的GW8上方移动的。某些或全体GW8可具有命令能力来命令卫星1并向卫星发布操纵指令。再者，卫星1(方法B)可具有计算机1g作为其命令与控制系统的一部分，计算机能接收参照信息并存储它供以后使用，更新操纵算法或者利用该参照信息。

在图10中，GW8将从误差数据推算出的误差信号11或姿态控制信息发射到卫星1。命令链路信息在命令链路上被命令接收器1d所接收。将接收、下变换、解码与处理后的信号传输给星载计算机1g(方法B)或直接给姿态控制系统1e(方法A)。在星载计算机1g的情况中，可以实时(方法A)或在以后某一时刻(方法B)使用数据来更新用于控制卫星1的一个存储的程序。

作为替代，可将信号直接发送给姿态控制器及校正定向误差。当卫星1在地球表面上方前进及通过其它GW8与SBSRT10时，进行进一步的更新或校正。

在任一情况中，姿态控制器1e都发布指令给一种或多种姿态控制机构1f来改变卫星1的姿态以减小误差角11。

至于方法C与D，即系统操纵，实时与非实时，参见图9，当卫星1移动通过GW8时，在返回馈送链路9b上将SBSRT10(或用户终端)发射转播给通路8。GW8接收到信号，并如前所述在GW8上确定误差角11。然而，在这一情况中，误差角11的结果是通过一个地面数据网(GDN)42传输给卫星操作控制中心(SOCC)40的。GDN42将许多GW8(图9中只示出一个)、SOCC40及诸如地面操作控制中心(GOCC)44等其它卫星系统地面部件耦合在一起。SOCC40从GDN42接收结果误差角11与/或基于误差角的其它数据，然后将它们(实时或非实时)从SOCC40在命令链路上传输给卫星1。命令接收器1d(图10)接收误差信号，对其进行下变换解码或处理与格式化。然后将信号直接或通过任选的星载计算机1g间接发送给姿态控制器1e供处理。将结果信息作用在姿态控制机构1f上。便能影响方法C的实时操纵，或使用方法D的非实时操纵。

虽然上面主要在SBSRT、卫星及至少一个地面站的协作努力的上下文中描述了姿态校正技术，应当理解，全部或一部分地面站功能可结合进卫星内。例如，卫星能存储它自己的天线增益等值线图，能确定从SBSRT或用户终端接收的信号的增益，能计算其姿态误差(诸如偏航误差)，并能随之采取校正动作。

从而，虽然已相对于其较佳实施例具体地示出与描述了本发明，熟悉本技术的人员应能理解，可在其中作出形式上与细节上的改变而不脱离发明的范围与精神。

Claims

1.在包含至少一个具有在地表面上生成一个移动射束辐射图的天线的卫星的卫星通信系统中，该射束辐射图包括多个分射束，用于为卫星确定姿态校正信号的方法包括下述步骤：

在地球表面上一个已知位置上设置至少一台参照发射机；

从该至少一个参照发射机发射至少一个信号到至少一个分射束中；

用卫星天线接收该至少一个信号并将所接收的至少一个信号转发到一个地面站；

用地面站接收转发的至少一个信号；

确定所接收的至少一个信号的增益；

将确定的增益与根据卫星天线的增益的空间变化的预定知识所期望接收的增益比较；以及

确定所确定的增益与期望的增益之间的差以导出指示卫星的姿态误差的校正信号。

2.权利要求1中所述的方法，其特征在于，还包括下述步骤：

从地面站发射该校正信号到卫星；以及

按照该校正信号校正卫星的姿态。

3.权利要求1中所述的方法，其特征在于，还包括下述步骤：

从该地面站将校正信号发射到第二地面站；

从第二地面站将校正信号发射到卫星；及

按照该校正信号校正卫星的姿态。

4.权利要求1中所述的方法，其特征在于发射步骤包含从一台参照发射机发射多个信号的步骤。

5.权利要求1中所述的方法，其特征在于发射步骤包含从多台参照发射机发射多个信号的步骤。

6.权利要求1中所述的方法，其特征在于发射步骤包含从多台参照发射机中单个发射机发射一个信号的步骤。

7.权利要求1中所述的方法，其特征在于卫星在地球表面上方具有最佳航行方向，其中存在至少一个误差角使卫星在与最佳方向不同的实际方向上航行，及其中的确定步骤确定与实际航行方向相差一个与卫星姿态的知识不确定性相关的一个角度的视航行方向。

8.权利要求1中所述的方法，其特征在于该校正信号具有作为卫星的偏航误差角的一个函数的值，并且还包括下述步骤：

发射校正信号到卫星；以及

按照校正信号通过绕偏航轴转动卫星而校正卫星的姿态，以便减小偏航误差角的幅度。

9.权利要求1中所述的方法，其特征在于该校正信号具有作为卫星的至少一个轴未对准误差的一个函数的值，并且还包括下述步骤：

发射校正信号到卫星；以及

按照校正信号校正卫星的至少一种轴未对准误差。

10.权利要求1中所述的方法，其特征在于该校正信号具有作为卫星天线的至少一个轴未对准误差的函数的值，并且还包括下述步骤：

发射校正信号到卫星；以及

按照校正信号校正卫星天线的至少一个轴未对准误差。

11.权利要求1中所述的方法，其特征在于从至少一台参照发射机发射至少一个信号的步骤发射一个扩展频谱码分多址信号，其中的转发所接收的至少一个信号到一个地面站的步骤发射该扩展频谱码分多址信号到至少一条馈送链路信道中，及其中用地面站接收所转发的至少一个信号的步骤从该至少一条馈送链路信号接收所转发的扩展频谱码分多址信号。

12.在包括至少一个具有在地球表面上生成一个移动射束辐射图的天线的卫星的卫星通信系统中，该射束辐射图包括多个分射束，一个卫星姿态校正系统包括：

在地球表面上已知位置上的至少一台参照发射机；

用于将至少一个信号从该至少一个参照发射机发射到至少一个分射束中的装置；

用于从卫星天线接收该至少一个信号及用于转发所接收的至少一个信号到一个地面站的装置；

用于以地面站接收所转发的至少一个信号的装置；

用于确定所接收的至少一个信号的增益及用于将所确定的增益与根据卫星天线的增益的空间变化的预定知识期望接收的增益进行比较的装置；以及

用于确定所确定的增益与所期望的增益之间的差以导出指示卫星的姿态误差的一个校正信号的装置。

13.权利要求12的卫星姿态校正系统，其特征在于还包括：

用于将校正信号从地面站发射到卫星的装置；以及

所述卫星中的用于按照校正信号校正卫星的姿态的装置。

14.权利要求12的卫星姿态校正系统，其特征在于还包括：

用于将校正信号从该地面站发射到一个第二地面站的装置；

用于将校正信号从第二地面站发射到卫星的装置；以及

在所述卫星中的用于按照校正信号校正卫星的姿态的装置。

15.权利要求12的卫星姿态校正系统，其特征在于所述发射装置发射来自一台参照发射机的多个信号。

16.权利要求12的卫星姿态校正系统，其特征在于所述发射装置发射来自多台参照发射机的多个信号。

17.权利要求12的卫星姿态校正系统，其特征在于所述发射装置发射来自多台参照发射机中单个发射机的一个信号。

18.权利要求12的卫星姿态校正系统，其特征在于该卫星在地球表面上方具有一个最佳航行方向，其中存在至少一个误差角使卫星在不同于该最佳方向的实际方向中航行，及其中所述确定装置确定与实际航行方向相差一个与卫星姿态的知识不确定性相关的角度的视航行方向。

19.权利要求12的卫星姿态校正系统，其特征在于该校正信号具有作为卫星的偏航误差角的函数的一个值，及还包括：

用于发射校正信号到卫星的装置；以及

在所述卫星中的用于按照校正信号通过绕偏航轴转动卫星以便减小偏航误差角的幅度的装置。

20.权利要求12中所述的卫星姿态误差校正系统，其特征在于校正信号具有作为卫星的至少一个轴未对准误差的函数的一个值，还包括：

用于发射该校正信号到卫星的装置；以及

在所述卫星中的用于按照校正信号校正卫星的至少一个轴未对准误差的装置。

21.权利要求12中所述的卫星姿态误差校正系统，其特征在于校正信号具有作为卫星天线的至少一个轴未对准误差的函数的一个值，还包括：

用于发射校正信号到卫星的装置；以及

在所述卫星中的用于按照校正信号校正卫星天线的至少一个轴未对准误差的装置。

22.权利要求12的卫星姿态校正系统，其特征在于所述发射装置发射扩展频谱码分多址信号，其中所述转发装置包含将扩展频谱码分多址信号发射到至少一条馈送链路信道中的装置，及其中所述地面站包括用于接收来自该至少一条馈送链路信道的转发的扩展频谱码分多址信号的装置。

23.在包括具有在地球表面上生成一个移动射束辐射图的可操纵天线的至少一个卫星的卫星通信系统中，该射束辐射图包括多个分射束，用于为卫星确定天线定向校正信号的方法包括下述步骤：

在地球表面上一个已知位置上设置至少一台参照发射机；

将至少一个信号从该至少一个参照发射机发射到至少一个分射束中；

用卫星天线接收该至少一个信号及转发所接收的至少一个信号到一个地面站；

用地面站接收所转发的至少一个信号；

确定所接收的至少一个信号的增益；

将确定的增益与根据卫星天线的增益的空间变化的预定知识的预期接收的增益进行比较；以及

确定所确定的增益与期望的增益之间的差以导出指示卫星天线的定向误差的校正信号。

24.在包括具有在地球表面上生成一个移动射束辐射图的天线的至少一个卫星的卫星通信系统中，该射束辐射图包括多个分射束，用于为卫星确定射束辐射图校正信号的方法包括下述步骤：

在地球表面上一个已知的位置上设置至少一台参照发射机；

用卫星天线接收该至少一个信号；

将所接收的至少一个信号的增益与根据卫星天线的增益的空间变化的预定知识的期望接收的增益进行比较；以及

按照实际增益与期望增益之间的差确定射束辐射图校正信号。

25.权利要求24中所述的方法，其特征在于用卫星接收该至少一个信号的步骤包括转发所接收的至少一个信号的步骤；以及其中的比较与确定的步骤是由至少一个地面站执行的。

26.权利要求25中所述的方法，其特征在于还包括下述步骤：

将校正信号从地面站发射到卫星；以及

按照校正信号校正射束辐射图。

27.权利要求25中所述的方法，其特征在于还包括下述步骤：

存储校正；

随后将所存储的校正信号从同一或不同地面站发射到卫星；以及

按照校正信号校正射束辐射图。

28.权利要求24中所述的方法，其特征在于比较与确定步骤是由卫星执行的。

29.在包括具有在地球表面上生成一个移动射束辐射图的天线的至少一个卫星的卫星通信系统中，该射束辐射图包括多个分射束，用于为卫星确定射束辐射图校正信号的方法包括下述步骤：

在地球表面上一个已知的位置上设置至少一台参照发射机；

用卫星天线接收该至少一个信号；

将所接收的至少一个信号的增益与根据卫星天线的增益的空间变化的预定知识的期望接收增益进行比较；

按照实际增益与期望增益之间的差确定射束辐射图校正信号；以及

按照该校正信号及按照从所述卫星所携带的至少一个姿态传感器装置得到的信息，校正射束辐射图。

30.权利要求29中所述方法，其特征在于用卫星接收该至少一个信号的步骤包括转发所接收的至少一个信号的步骤；以及其中的比较与确定步骤是由至少一个地面站执行的。

31.权利要求30中所述的方法，其特征在于校正步骤包括从该至少一个地面站将校正信号发射到卫星的初始步骤。

32.权利要求30中所述方法，其特征在于校正步骤包括在地面上存储校正信号的初始步骤；及随后将该校正信号从一个地面站发射到卫星的初始步骤。

33.在包括具有在地球表面上生成一个移动射束辐射图的天线的至少一个卫星的卫星通信系统中，该射束辐射图包括多个分射束，用于为卫星确定射束辐射图校正信号的方法包括下述步骤：

在地球表面上的一个位置上设置至少一台发射机；

采用一种预定的接入技术从该至少的发射机发射至少一个信号到至少一个分射束中；

用卫星天线接收该至少一个信号；

按照实增益与期望增益之间的差确定射束辐射图校正信号。

34.权利要求33中所述方法，其特征在于该预定接入技术包括码分多址技术。

35.权利要求33中所述方法，其特征在于该预定接入技术包括时分多址技术。

36.权利要求33中所述方法，其特征在于该预定接入技术包括频分多址技术。

37.权利要求33中所述方法，其特征在于该发射机构成一台用户终端收发机的一部分。

38.权利要求37中所述方法，其特征在于用卫星接收至少一个信号的步骤包括转发所接收的至少一个信号的步骤；其中的比较与确定步骤是由接收转发的信号的至少一个地面站执行的；以及其中该至少一个地面站连接在一个地面通信系统上用于将用户终端耦合到该地面通信系统上。