CN115549787A - 星地激光通信载荷大气折射对准校正方法、装置以及设备 - Google Patents

星地激光通信载荷大气折射对准校正方法、装置以及设备 Download PDF

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CN115549787A
CN115549787A CN202210851445.5A CN202210851445A CN115549787A CN 115549787 A CN115549787 A CN 115549787A CN 202210851445 A CN202210851445 A CN 202210851445A CN 115549787 A CN115549787 A CN 115549787A
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张福帧
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史礼婷
徐航
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Abstract

本申请提供了星地激光通信载荷大气折射对准校正方法、装置以及设备，用于高效且精确地计算出星地两终端间的高精度指向，从而可以为星地激光通信工作提供良好的数据支持。本申请提供的星地激光通信载荷大气折射对准校正方法，包括：构建大气折射率模型，其中，大气折射率模型具体为大气折射率与对应影响参数之间的关系；在大气折射率的基础上，引入Snell定理，构建大气折射模型，其中，大气折射模型具体为出射角与对应影响参数之间的关系，出射角包括发射天顶角和接收角；对发射天顶角进行修正，得到地面终端指向，以及，对接收角进行修正，得到星上终端指向。

Description

星地激光通信载荷大气折射对准校正方法、装置以及设备
技术领域
本申请涉及卫星通信领域，具体涉及星地激光通信载荷大气折射对准校正方 法、装置以及设备。
背景技术
由于激光通信载荷一般采用点对点传输，相比微波通信具有通信容量大、传 输速度快、光束方向性好、保密性高、低功耗以及无频率约束等优势，近年来在 航空航天领域得到广泛的应用。
为降低星地激光通信载荷链路传输衰减，一般的，激光通信载荷的光束散角 在几十微到几百微弧度量级，因此激光通信载荷高精度指向是光通信链路建立的 前提，通常激光通信载荷指向精度要求控制在十微弧度以内。
而由于大气折射效应，激光在大气中传播时会出现轨迹弯曲，进而出现指向 偏差，从而影响激光载荷和地面终端的指向精度。由于地球表面的折射度约为 300ppm，而大气层外折射度接近为0，按照50km大气厚度估计，大气折射最大可 能造成指向偏差约1.4mrad。
在该情况下，目前星地激光通信通常忽略大气折射影响，将大气折射指向偏 差视为捕获不确定区域的一部分，通过激光通信载荷PAT装置实现对大气折射指 向误差的高动态补偿，进而实现稳定建链。然而本申请发明人发现，该策略是以 牺牲卫星捕获性能为代价，延长了卫星的捕获时间，存在应用不便的问题。
发明内容
本申请提供了星地激光通信载荷大气折射对准校正方法、装置以及设备，用 于高效且精确地计算出星地两终端间的高精度指向，从而可以为星地激光通信工 作提供良好的数据支持。
第一方面，本申请提供了一种星地激光通信载荷大气折射对准校正方法，方 法包括：
构建大气折射率模型，其中，大气折射率模型具体为大气折射率与对应影响 参数之间的关系；
在大气折射率的基础上，引入Snell定理，构建大气折射模型，其中，大气折 射模型具体为出射角与对应影响参数之间的关系，出射角包括发射天顶角和接收 角；
对发射天顶角进行修正，得到地面终端指向，以及，对接收角进行修正，得 到星上终端指向。
结合本申请第一方面，在本申请第一方面第一种可能的实现方式中，大气折 射率模型的构建内容具体包括：
构建大气温度随高度的分段模型；
以大气温度随高度的分段模型为基础，构建大气压随海拔高度的分段模型；
以大气压随海拔高度的分段模型为基础，计算大气折射度模型；
以大气折射度模型，构建大气折射率模型。
结合本申请第一方面，在本申请第一方面第二种可能的实现方式中，大气折 射模型的构建具体包括：
定义地心惯性坐标系、地心旋转坐标系和卫星轨道坐标系，并定义坐标系间 的旋转关系；
在旋转关系的基础上，求解期望地心张角；
计算初始天顶角；
在期望地心张角和初始天顶角的基础上，求解发射天顶角和接收角。
结合本申请第一方面第二种可能的实现方式，在本申请第一方面第三种可能 的实现方式中，发射天顶角的修正内容包括：
结合地心和两站点构成的光束传播平面的法线矢量、旋转关系和初始天顶角， 对发射天顶角进行修正；
接收角的修正内容包括：
结合法线矢量、旋转关系和无大气折射影响时激光出射角，对接收角进行修 正。
结合本申请第一方面，在本申请第一方面第四种可能的实现方式中，方法还 包括：
在星地激光通信系统中，基于地面终端指向和星上终端指向，进行星地激光 通信工作。
第二方面，本申请提供了一种星地激光通信载荷大气折射对准校正装置，装 置包括：
第一构建单元，用于构建大气折射率模型，其中，大气折射率模型具体为大 气折射率与对应影响参数之间的关系；
第二构建单元，用于在大气折射率的基础上，引入Snell定理，构建大气折射 模型，其中，大气折射模型具体为出射角与对应影响参数之间的关系，出射角包 括发射天顶角和接收角；
修正单元，用于对发射天顶角进行修正，得到地面终端指向，以及，对接收 角进行修正，得到星上终端指向。
结合本申请第二方面，在本申请第二方面第一种可能的实现方式中，大气折 射率模型的构建内容具体包括：
构建大气温度随高度的分段模型；
以大气温度随高度的分段模型为基础，构建大气压随海拔高度的分段模型；
以大气压随海拔高度的分段模型为基础，计算大气折射度模型；
以大气折射度模型，构建大气折射率模型。
结合本申请第二方面，在本申请第二方面第二种可能的实现方式中，大气折 射模型的构建具体包括：
定义地心惯性坐标系、地心旋转坐标系和卫星轨道坐标系，并定义坐标系间 的旋转关系；
在旋转关系的基础上，求解期望地心张角；
计算初始天顶角；
在期望地心张角和初始天顶角的基础上，求解发射天顶角和接收角。
结合本申请第二方面第二种可能的实现方式，在本申请第二方面第三种可能 的实现方式中，发射天顶角的修正内容包括：
结合地心和两站点构成的光束传播平面的法线矢量、旋转关系和初始天顶角， 对发射天顶角进行修正；
接收角的修正内容包括：
结合法线矢量、旋转关系和无大气折射影响时激光出射角，对接收角进行修 正。
结合本申请第二方面，在本申请第二方面第四种可能的实现方式中，装置还 包括应用单元，用于：
在星地激光通信系统中，基于地面终端指向和星上终端指向，进行星地激光 通信工作。
第三方面，本申请提供了一种星地激光通信载荷大气折射对准校正设备，包 括处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，处理器调用存储器中的计算机 程序时执行本申请第一方面或者本申请第一方面任一种可能的实现方式提供的方 法。
第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存 储有多条指令，指令适于处理器进行加载，以执行本申请第一方面或者本申请第 一方面任一种可能的实现方式提供的方法。
从以上内容可得出，本申请具有以下的有益效果：
针对于星地激光通信场景，本申请首先建立大气折射率模型，并根据Snell定 理，继续构建大气折射模型，在此基础上，继续对大气折射模型获得的发射天顶 角和接收角继续进行修正，如此高效且精确地计算出星地两终端间的高精度指向， 从而可以为星地激光通信工作提供良好的数据支持。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一 些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本申请星地激光通信载荷大气折射对准校正方法的一种流程示意图；
图2为本申请大气折射模型的一种场景示意图；
图3为本申请求解处理的一种算法流程图；
图4为本申请星地激光通信空间表现形式的一种场景示意图；
图5为本申请星地激光通信载荷大气折射对准校正装置的一种结构示意图；
图6为本申请星地激光通信载荷大气折射对准校正设备的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数 据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述 的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在 于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产 品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的 或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。在本申请中出现的 对步骤进行的命名或者编号，并不意味着必须按照命名或者编号所指示的时间/逻 辑先后顺序执行方法流程中的步骤，已经命名或者编号的流程步骤可以根据要实 现的技术目的变更执行次序，只要能达到相同或者相类似的技术效果即可。
本申请中所出现的模块的划分，是一种逻辑上的划分，实际应用中实现时可 以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合成或集成在另一个系统中，或一些 特征可以忽略，或不执行，另外，所显示的或讨论的相互之间的耦合或直接耦合 或通信连接可以是通过一些接口，模块之间的间接耦合或通信连接可以是电性或 其他类似的形式，本申请中均不作限定。并且，作为分离部件说明的模块或子模 块可以是也可以不是物理上的分离，可以是也可以不是物理模块，或者可以分布 到多个电路模块中，可以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来实现本申 请方案的目的。
在介绍本申请提供的星地激光通信载荷大气折射对准校正方法之前，首先介 绍本申请所涉及的背景内容。
本申请提供的星地激光通信载荷大气折射对准校正方法、装置以及计算机可 读存储介质，可应用于星地激光通信载荷大气折射对准校正设备，用于高效且精 确地计算出星地两终端间的高精度指向，从而可以为星地激光通信工作提供良好 的数据支持。
本申请提及的星地激光通信载荷大气折射对准校正方法，其执行主体可以为 星地激光通信载荷大气折射对准校正装置，或者集成了该星地激光通信载荷大气 折射对准校正装置的服务器、物理主机甚至用户设备(User Equipment，UE)等不 同类型的星地激光通信载荷大气折射对准校正设备。其中，星地激光通信载荷大 气折射对准校正装置可以采用硬件或者软件的方式实现，UE具体可以为智能手机、 平板电脑、笔记本电脑、台式电脑或者个人数字助理(Personal Digital Assistant， PDA)等终端设备，星地激光通信载荷大气折射对准校正设备可以通过设备集群 的方式设置。
作为一种实例，对于本申请星地激光通信载荷大气折射对准校正设备，在实 际应用中，具体可以为卫星通信系统中的相关设备，例如搭载了控制系统的控制 中心节点，可以对卫星通信系统起到数据支持或者提供控制服务的设备即可。
下面，开始介绍本申请提供的星地激光通信载荷大气折射对准校正方法。
首先，参阅图1，图1示出了本申请星地激光通信载荷大气折射对准校正方法 的一种流程示意图，本申请提供的星地激光通信载荷大气折射对准校正方法，具 体可包括如下步骤S101至步骤S103：
步骤S101，构建大气折射率模型，其中，大气折射率模型具体为大气折射率 与对应影响参数之间的关系；
可以理解，本申请对于星地激光通信场景下星地两终端间的高精度指向的处 理，具体是从相关模型开始的。
本申请首先针对大气折射率方面，构建一大气折射率模型，用于为后面的大 气折射模型提供良好的模型基础。
具体的，作为一种适于实用的实现方式，在实际应用中，此处大气折射率模 型的构建内容具体可以包括：
本申请可以近似认为大气层高度为50km，50km以外空间为真空。此处本申请 要处理的大气折射率模型将地球视为圆球形，假设大气折射率为光波长、大气温 度和气压的相关函数，具体有如下：
1.1构建大气温度随高度的分段模型；
大气层范围内，此处大气温度随高度的分段模型具体可以表示为：
Figure BDA0003753654870000071
其中，T(h)为大气层温度(单位为K)；
h为海拔高度(单位为km)；
T0＝288.15K为标准大气下海平面平均温度；
ha、hb、hc、hd和he分别代表温度分层临界面海拔高度，ha＝11km，hb＝20km， hc＝32km，hd＝47km，he＝50km；
Δ1、Δ2和Δ3分别代表对应层温度随高度的变化率，Δ1＝-6.5K/km，Δ2＝1.0 K/km，Δ3＝2.8K/km。
1.2以大气温度随高度的分段模型为基础，构建大气压随海拔高度的分段模型；
其中，设高度h处的大气压P(h)可表示为
Figure BDA0003753654870000072
其中，P0为海平面标准大气压，取值为101.3kPa；
M为海平面大气分子量，取值为28.9644kg/kmol；
g为重力加速度，取值为9.8066m/s2；
R为通用气体常数，取值为8.314J/(kmol·K)。
如此，将大气压P(h)的表达式
Figure BDA0003753654870000073
带入上面1.1中的大气 温度随高度的分段模型后，得到的大气压随海拔高度分段模型具体可以表示为：
Figure BDA0003753654870000074
其中，容易看出，P(ha)、P(hb)、P(hc)、P(hd)分别代表分层临界面海拔高度， 具体也可通过下式进行计算：
Figure BDA0003753654870000081
1.3以大气压随海拔高度的分段模型为基础，计算大气折射度模型；
本申请认为大气折射度的N(单位为ppm)与温度T(单位为K)、大气压P(单 位为Pa)和光波长λ(单位为um)有关，因此在上面大气压随海拔高度的分段模 型的基础上，继续构建大气折射度模型。
具体的，大气折射度模型可以表示为：
Figure BDA0003753654870000082
1.4以大气折射度模型，构建大气折射率模型。
通过上面的1.1至1.3确定了大气折射度在不同波段下与海拔高度h的关系后， 则可继续通过大气折射度N计算大气折射率n。
具体的，大气折射率模型可以表示为：
n(λ,h)＝1+10-6N(λ,P,T)。
步骤S102，在大气折射率的基础上，引入Snell定理，构建大气折射模型，其 中，大气折射模型具体为出射角与对应影响参数之间的关系，出射角包括发射天 顶角和接收角；
在通过步骤S101构建了大气折射率模型，即确定了大气折射率后，则继续引 入Snell定理，在参考了Snell定理的相关内容的基础上，本申请继续结合实际应用 来构建大气折射模型，以此具体地确定出射角，即发射天顶角和接收角。
参阅图2示出的本申请大气折射模型的一种场景示意图，假设光束发射端为站 点A，光束接收端为卫星B(根据光路可逆原理，该方法也同样适用于卫星B发射 站点A接收的情况)。
设光束从站点A和卫星B的实际传输路径为S，站点A和卫星B的连线方向为S’， 代表传输的视方向；
设地球半径为RE，一般取值为地球平均半径6371km，设光束传输路径S上任 意一点P，其海拔高度为h，对应地心距r，r＝RE+h，其出射角为θ，地心张角为α。
设站点A和卫星B的海拔高度分别为hA和hB，对应地心距为ri＝RE+hi，(i＝A,B)， 站点A和卫星B的光束出射角为θA和θB。
计算根据Snell定理，有：
nArAsinθA＝nBrBsinθB＝nrsinθ＝C，
其中，C为与测站天顶角有关的常数。
地心张角可通过求解如下微分方程求解：
Figure BDA0003753654870000091
其中，r代表光束传输路径上任一点对应的地心距。
在该情况下，作为一种适于实用的实现方式，在实际应用中，可结合卫星B测 量所得轨道六根数信息与地面站点A的经度、纬度和高度等信息实时计算站点A和 卫星B的期望地心张角，此处大气折射模型的构建具体可以包括：
2.1定义地心惯性坐标系、地心旋转坐标系和卫星轨道坐标系，并定义坐标系 间的旋转关系；
具体的，定义地心惯性坐标系SI其原点位于地心，X轴指向赤道平面内某特定 时刻t0的格林尼治子午线，Z轴垂直赤道平面指向北极，Y轴与X和Z轴构成右手坐 标系。
定义地心旋转坐标系SE其原点位于地心，X轴指向格林尼治子午线，Z轴垂直 赤道平面指向北极，Y轴与X轴和Z轴构成右手坐标系。
定义卫星轨道坐标系SO其原点位于卫星质心，Z轴指向地心，Y轴垂直于轨道 平面且与卫星动量矩方向相反，X轴与Y、Z轴形成右手坐标系。
地心惯性坐标系SI到地心旋转坐标系SE之间的旋转矩阵表示为：
LEI＝Lx(ωE(t-t0))，
地心惯性坐标系SI相对卫星轨道坐标系SO之间的旋转矩阵表示为：
LOI＝Lz(π/2)Lx(-π/2)Lz(ωs+θs)Lx(is)Lx(Ωs)，
其中，t代表当前时刻；
ωE为地球自转角速度，取值为7.292115×10-5(rad/s)；
ωs,θs,is,Ωs分别代表卫星六根数信息中的近地点幅角、真近地点角、轨道倾角和升交点赤经。
Lx(θ)代表绕X轴旋转，角度为θ，表示为
Figure BDA0003753654870000101
Ly(θ)代表绕Y轴旋转，角度为θ，表示为
Figure BDA0003753654870000102
Lz(θ)代表绕Z轴旋转，角度为θ，表示为
Figure BDA0003753654870000103
2.2在旋转关系的基础上，求解期望地心张角；
如图2所示，假设测得卫星B在地心惯性坐标系SI下的位置表示为：
Figure BDA0003753654870000104
假设卫星站点的经度、纬度和高度分别是ΦA，ΘA和hA。基于大地球形假设， 站点A在地心旋转坐标系SE中可以表示为：
Figure BDA0003753654870000105
其在地心惯性坐标系SI下的可以表示为：
Figure BDA0003753654870000106
其中，
Figure BDA0003753654870000107
为旋转矩阵LEI的旋转矩阵。
此时，期望地心张角αt可以表示为：
Figure BDA0003753654870000108
2.3计算初始天顶角；
初始天顶角(初始猜测天顶角)的计算可以忽略大气折射影响，如图2所示， 初始猜测天顶角可通过下式进行计算：
Figure BDA0003753654870000109
2.4在期望地心张角和初始天顶角的基础上，求解发射天顶角和接收角。
根据上式nArAsinθA＝nBrBsinθB＝nrsinθ＝C，可以设发射天顶角与计算常数C等价。
此时，则可通过上面的内容来求解发射天顶角θA和接收角θB。
具体的，可以参阅图3示出的本申请求解处理的一种算法流程图。
首先根据任务确定指向允差ε>0，选取C＝C1＝nArAsinθ1，求解得到上式
Figure BDA0003753654870000111
的解为α1，若|α1-αt|≤ε，则结束计算，否则，执行下一步；
选取C＝C2，求解得到上式
Figure BDA0003753654870000112
的解为α2，若|α2-αt|≤ε，则结 束计算，否则，执行下一步；
按照
Figure BDA0003753654870000113
对C进行更新，(k＝0,1,2,L)，计算上式
Figure BDA0003753654870000114
的解为αk+2，直至|αk+2-αt|≤ε为止。
因此，站点A的发射天顶角θA＝sin-1(C/nArA)，接收角θB＝sin-1(C/nBrB)。
步骤S103，对发射天顶角进行修正，得到地面终端指向，以及，对接收角进 行修正，得到星上终端指向。
在初始得到了发射天顶角和接收角后，本申请则继续对两者进行修正，以得 到更为精确的指向参数。
激光在空间中传播可以参考图4示出的本申请星地激光通信空间表现形式的一种场景示意图，设n是光束传播平面(即地心O、站点A和卫星B形成的平面)的法 线矢量(在地心惯性坐标系SI下表示)，其具体可以定义为：
Figure BDA0003753654870000115
在该情况下，作为又一种具体的实现方式，此处发射天顶角的修正内容具体 可以包括：
结合地心和两站点构成的光束传播平面的法线矢量、旋转关系和初始天顶角， 对发射天顶角进行修正。
具体的，上面2.3处理的无大气折射影响时的发射天顶角为θ1，上面2.4处理的 站点A的发射天顶角实际为θA，而修正后的地面终端指向可以表示为：
Figure BDA0003753654870000121
对τA进行单位化，可以得到地面终端指向为τA＝τA/||τA||，其中||τA||代表向量τA的模长。
另一方面，此处接收角的修正内容具体可以包括：
结合法线矢量、旋转关系和无大气折射影响时激光出射角，对接收角进行修 正。
具体的，无大气折射影响时激光出射角为θ2，根据Snell定理可以得到： θ2＝sin-1(rAsinθ1/rB)；考虑大气折射影响时，θB＝sin-1(nArAsinθA/nBrB)，即如图2所示， 星上终端视轴应沿-τB方向，修正后的星上终端指向可以表示为：
Figure BDA0003753654870000122
对τB单位化后，-τB即为视轴指向向量。
而在通过修正处理确定了地面终端指向和星上终端指向两者，则可投入其相 关应用，即，本申请方法还可以包括：
在星地激光通信系统中，基于地面终端指向和星上终端指向，进行星地激光 通信工作。
可以理解的是，此处对于激光通信工作的部署安排处理，即可以是相关通知 消息的推送，供工作人员参考或者确认使用，也可以是相关控制指令的发送，以 直接完成星地激光通信两端设备的工作状态调整。
从以上的方案内容可看出，针对于星地激光通信场景，本申请首先建立大气 折射率模型，并根据Snell定理，继续构建大气折射模型，在此基础上，继续对大 气折射模型获得的发射天顶角和接收角继续进行修正，如此高效且精确地计算出 星地两终端间的高精度指向，从而可以为星地激光通信工作提供良好的数据支持。
以上是本申请提供星地激光通信载荷大气折射对准校正方法的介绍，为便于 更好的实施本申请提供的星地激光通信载荷大气折射对准校正方法，本申请还从 功能模块角度提供了一种星地激光通信载荷大气折射对准校正装置。
参阅图5，图5为本申请星地激光通信载荷大气折射对准校正装置的一种结构 示意图，在本申请中，星地激光通信载荷大气折射对准校正装置500具体可包括如 下结构：
第一构建单元501，用于构建大气折射率模型，其中，大气折射率模型具体为 大气折射率与对应影响参数之间的关系；
第二构建单元502，用于在大气折射率的基础上，引入Snell定理，构建大气折 射模型，其中，大气折射模型具体为出射角与对应影响参数之间的关系，出射角 包括发射天顶角和接收角；
修正单元503，用于对发射天顶角进行修正，得到地面终端指向，以及，对接 收角进行修正，得到星上终端指向。
在一种示例性的实现方式中，大气折射率模型的构建内容具体包括：
构建大气温度随高度的分段模型；
以大气温度随高度的分段模型为基础，构建大气压随海拔高度的分段模型；
以大气压随海拔高度的分段模型为基础，计算大气折射度模型；
以大气折射度模型，构建大气折射率模型。
在又一种示例性的实现方式中，大气折射模型的构建具体包括：
定义地心惯性坐标系、地心旋转坐标系和卫星轨道坐标系，并定义坐标系间 的旋转关系；
在旋转关系的基础上，求解期望地心张角；
计算初始天顶角；
在期望地心张角和初始天顶角的基础上，求解发射天顶角和接收角。
在又一种示例性的实现方式中，发射天顶角的修正内容包括：
结合地心和两站点构成的光束传播平面的法线矢量、旋转关系和初始天顶角， 对发射天顶角进行修正；
接收角的修正内容包括：
结合法线矢量、旋转关系和无大气折射影响时激光出射角，对接收角进行修 正。
在又一种示例性的实现方式中，装置还包括应用单元504，用于：
在星地激光通信系统中，基于地面终端指向和星上终端指向，进行星地激光 通信工作。
本申请还从硬件结构角度提供了一种星地激光通信载荷大气折射对准校正设备，参阅图6，图6示出了本申请星地激光通信载荷大气折射对准校正设备的一种 结构示意图，具体的，本申请星地激光通信载荷大气折射对准校正设备可包括处 理器601、存储器602以及输入输出设备603，处理器601用于执行存储器602中存储 的计算机程序时实现如图1对应实施例中星地激光通信载荷大气折射对准校正方法 的各步骤；或者，处理器601用于执行存储器602中存储的计算机程序时实现如图5 对应实施例中各单元的功能，存储器602用于存储处理器601执行上述图1对应实施 例中星地激光通信载荷大气折射对准校正方法所需的计算机程序。
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模 块/单元被存储在存储器602中，并由处理器601执行，以完成本申请。一个或多个 模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描 述计算机程序在计算机装置中的执行过程。
星地激光通信载荷大气折射对准校正设备可包括，但不仅限于处理器601、存 储器602、输入输出设备603。本领域技术人员可以理解，示意仅仅是星地激光通 信载荷大气折射对准校正设备的示例，并不构成对星地激光通信载荷大气折射对 准校正设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或 者不同的部件，例如星地激光通信载荷大气折射对准校正设备还可以包括网络接 入设备、总线等，处理器601、存储器602、输入输出设备603等通过总线相连。
处理器601可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者 晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也 可以是任何常规的处理器等，处理器是星地激光通信载荷大气折射对准校正设备 的控制中心，利用各种接口和线路连接整个设备的各个部分。
存储器602可用于存储计算机程序和/或模块，处理器601通过运行或执行存储 在存储器602内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器602内的数据，实 现计算机装置的各种功能。存储器602可主要包括存储程序区和存储数据区，其中， 存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存 储根据星地激光通信载荷大气折射对准校正设备的使用所创建的数据等。此外， 存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、 内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart MediaCard，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或 其他易失性固态存储器件。
处理器601用于执行存储器602中存储的计算机程序时，具体可实现以下功能：
构建大气折射率模型，其中，大气折射率模型具体为大气折射率与对应影响 参数之间的关系；
在大气折射率的基础上，引入Snell定理，构建大气折射模型，其中，大气折 射模型具体为出射角与对应影响参数之间的关系，出射角包括发射天顶角和接收 角；
对发射天顶角进行修正，得到地面终端指向，以及，对接收角进行修正，得 到星上终端指向。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的 星地激光通信载荷大气折射对准校正装置、设备及其相应单元的具体工作过程， 可以参考如图1对应实施例中星地激光通信载荷大气折射对准校正方法的说明，具 体在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤 可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一 计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。
为此，本申请提供一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，该指令 能够被处理器进行加载，以执行本申请如图1对应实施例中星地激光通信载荷大气 折射对准校正方法的步骤，具体操作可参考如图1对应实施例中星地激光通信载荷 大气折射对准校正方法的说明，在此不再赘述。
其中，该计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(Read Only Memory， ROM)、随机存取记忆体(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。
由于该计算机可读存储介质中所存储的指令，可以执行本申请如图1对应实施 例中星地激光通信载荷大气折射对准校正方法的步骤，因此，可以实现本申请如 图1对应实施例中星地激光通信载荷大气折射对准校正方法所能实现的有益效果， 详见前面的说明，在此不再赘述。
以上对本申请提供的星地激光通信载荷大气折射对准校正方法、装置、设备 以及计算机可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原 理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及 其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方 式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请 的限制。

Claims (10)

1.一种星地激光通信载荷大气折射对准校正方法，其特征在于，所述方法包括：
构建大气折射率模型，其中，所述大气折射率模型具体为大气折射率与对应影响参数之间的关系；
在所述大气折射率的基础上，引入Snell定理，构建大气折射模型，其中，所述大气折射模型具体为出射角与对应影响参数之间的关系，所述出射角包括发射天顶角和接收角；
对所述发射天顶角进行修正，得到地面终端指向，以及，对所述接收角进行修正，得到星上终端指向。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大气折射率模型的构建内容具体包括：
构建大气温度随高度的分段模型；
以所述大气温度随高度的分段模型为基础，构建大气压随海拔高度的分段模型；
以所述大气压随海拔高度的分段模型为基础，计算大气折射度模型；
以所述大气折射度模型，构建所述大气折射率模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大气折射模型的构建具体包括：
定义地心惯性坐标系、地心旋转坐标系和卫星轨道坐标系，并定义坐标系间的旋转关系；
在所述旋转关系的基础上，求解期望地心张角；
计算初始天顶角；
在所述期望地心张角和所述初始天顶角的基础上，求解所述发射天顶角和所述接收角。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发射天顶角的修正内容包括：
结合地心和两站点构成的光束传播平面的法线矢量、所述旋转关系和所述初始天顶角，对所述发射天顶角进行修正；
所述接收角的修正内容包括：
结合所述法线矢量、所述旋转关系和无大气折射影响时激光出射角，对所述接收角进行修正。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在星地激光通信系统中，基于所述地面终端指向和星上终端指向，进行星地激光通信工作。
6.一种星地激光通信载荷大气折射对准校正装置，其特征在于，所述装置包括：
第一构建单元，用于构建大气折射率模型，其中，所述大气折射率模型具体为大气折射率与对应影响参数之间的关系；
第二构建单元，用于在所述大气折射率的基础上，引入Snell定理，构建大气折射模型，其中，所述大气折射模型具体为出射角与对应影响参数之间的关系，所述出射角包括发射天顶角和接收角；
修正单元，用于对所述发射天顶角进行修正，得到地面终端指向，以及，对所述接收角进行修正，得到星上终端指向。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述大气折射率模型的构建内容具体包括：
构建大气温度随高度的分段模型；
以所述大气温度随高度的分段模型为基础，构建大气压随海拔高度的分段模型；
以所述大气压随海拔高度的分段模型为基础，计算大气折射度模型；
以所述大气折射度模型，构建所述大气折射率模型。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述大气折射模型的构建具体包括：
定义地心惯性坐标系、地心旋转坐标系和卫星轨道坐标系，并定义坐标系间的旋转关系；
在所述旋转关系的基础上，求解期望地心张角；
计算初始天顶角；
在所述期望地心张角和所述初始天顶角的基础上，求解所述发射天顶角和所述接收角。
9.一种星地激光通信载荷大气折射对准校正设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时执行如权利要求1至5任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述指令适于处理器进行加载，以执行权利要求1至5任一项所述的方法。
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