CN116208221B - 一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法及相关设备。该方法包括：控制U/V频段地面站和高频段地面站的天线指向目标卫星的预报位置；基于U/V频段地面站接收的卫星遥测数据计算目标卫星的预测位置；基于修正预测位置修正高频段地面站的天线指向；通过高频段地面站捕获目标卫星并与其进行数据传输。本申请利用U/V低频段地面站捕获卫星成功率高的特点和高频段地面站传输速度快的优势，克服在太阳高年期超低轨卫星预报精度低的影响，能够实现在太阳高年时期对超低轨的卫星高速接收数传数据。本申请提供的方法可针对大多数不具备自跟踪功能的天线，无需加装硬件设备，即可在超低轨道卫星遥测时，减小跟踪丢失的概率。
Description
技术领域
本说明书涉及卫星数据传输领域，更具体地说，本发明涉及一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法及相关设备。
背景技术
超低轨卫星的轨道高度通常处于300km以下，能够在较短的时间内实现对同一目标的多次观测，获取更为精确的目标信息，并且有着低传输时延、低成本等优点，有着较为广阔的应用前景。然而，超低轨道范围内的大气特性目前人类了解还较少，较难预测的太阳活动对卫星所在的大气密度的影响，使轨道外推预报的位置和实际位置差异很大，尤其在太阳活动高年，超低轨卫星的遥测跟踪需要更可靠的解决方案。
地面测控站在跟踪卫星的过程中，需要引导地面天线实时调整方位角和仰角指向卫星所在位置，使卫星处于跟踪天线的波束角范围内，从而接收卫星遥测或数传数据。为了控制地面天线正确对准卫星所在位置，需要对卫星的位置外推预报。
实际情况中，卫星实际轨道与理论轨道会存在一定的偏差，当偏差较小时，不超过天线的波束角范围，天线能够正常接收卫星数据，但当偏差较大时，超过天线的波束角范围，会造成天线失锁，无法正常接收遥测数据，造成目标丢失，给后续任务造成困难。尤其在超低轨，太阳活动对大气密度影响很大，从而导致卫星轨道出现难以预测的偏差，影响轨道预报精度。
商业卫星出于测站成本，运营成本，和测站地理位置考虑，一般不会每圈都对卫星进行跟踪定位，由此产生的累积误差进一步影响轨道预测的准确度，对卫星的遥测跟踪造成了极大的挑战。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
第一方面，本发明提出一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，上述方法包括：
控制U/V频段地面站和高频段地面站的天线指向目标卫星的预报位置；
基于上述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据计算上述目标卫星的修正预测位置；
基于上述修正预测位置修正上述高频段地面站的天线指向；
通过上述高频段地面站捕获上述目标卫星并与其进行数据传输。
可选的，上述遥测数据包括时间信息、位置信息和速度信息；
上述基于上述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据获取上述目标卫星的修正预测位置，包括：
通过上述U/V频段地面站接收上述目标卫星的时间信息、位置信息和速度信息；
基于所述时间信息、所述位置信息和所述速度信息构建所述目标卫星的预测轨道拟合多项式；
基于最小二乘法求解所述预测轨道拟合多项式的目标系数以获取所述修正预测位置。
可选的，上述方法还包括：
获取目标卫星的热层密度变化信息，其中，上述热层密度变化是由于太阳活动造成的；
根据上述热层密度变化信息获取运行阻力加速度信息；
基于上述运行阻力加速度信息确定上述目标卫星的预报位置。
可选的，上述热层密度变化信息是基于10.7cm波长太阳射电通量的变化信息确定的。
可选的，上述方法还包括：
通过下式获取上述运行阻力加速度信息：
式中，CD为阻力系数，为目标卫星沿速度方向的投影面积与质量之比，单位为m2/kg；ρ为大气密度，单位为kg·m-3；v为目标卫星运动的速度，单位为m·s-1；v0为速度方向单位矢量。
可选的，上述方法还包括：
通过下式获取上述大气密度信息：
式中，h为目标卫星的当前高度，h0为目标卫星的参考高度为常数，ρ0参考密度信息，n为第一参数，取值为6.3025；B为第二参数，上述第二参数是基于各高度的密度标高数值用最小二乘法解出的。
可选的，上述方法还包括：
在上述目标卫星的预报位置与目标卫星的实际位置的误差在3dB波束宽度范围的情况下，控制上述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据。
第二方面，本发明还提出一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪控制装置，包括：
控制单元，用于控制U/V频段地面站和高频段地面站的天线指向目标卫星的预报位置；
获取单元，用于基于上述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据计算上述目标卫星的修正预测位置；
修正单元，用于基于上述修正预测位置修正上述高频段地面站的天线指向；
传输单元，用于通过上述高频段地面站捕获上述目标卫星并与其进行数据传输。
第三方面，一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在上述存储器中并可在上述处理器上运行的计算机程序，上述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如上述的第一方面任一项的超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法的步骤。
第四方面，本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现第一方面上述任一项的超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法。
综上，本申请实施例提出的超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法包括：控制U/V频段地面站和高频段地面站的天线指向目标卫星的预报位置；基于上述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据计算上述目标卫星的修正预测位置；基于上述修正预测位置修正上述高频段地面站的天线指向；通过上述高频段地面站捕获上述目标卫星并与其进行数据传输。本申请提出的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，通过U/V频段地面站获取的卫星遥测数据计算目标卫星的修正预测位置，并根据修正预测位置控制高频地面站的天线指向，从而使高频地面站精确捕获目标卫星，实现快速数据传输。本申请利用U/V低频段地面站捕获卫星成功率高的特点和高频段地面站传输速度快的优势，能够克服太阳对于目标卫星的轨道影响，能够实现在太阳高年时期对超低轨的卫星高速接收数传数据。本申请提供的方法可针对大多数不具备自跟踪功能的天线，无需加装硬件设备，即可在超低轨道卫星遥测时，减小跟踪丢失的概率。
本发明的超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本说明书的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种目标卫星与地面站的位置关系示意图；
图3为本申请实施例提供的一种目标卫星仿真位置对比示意图；
图4为本申请实施例提供的一种地面站方位角和俯仰角示意图；
图5为本申请实施例提供的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪控制装置结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种电子设备结构示意图。
具体实施方式
本申请提出的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，通过U/V频段地面站获取的卫星遥测数据计算目标卫星的修正预测位置，并根据修正预测位置控制高频地面站的天线指向，从而使高频地面站精确捕获目标卫星，实现快速数据传输。本申请利用U/V低频段地面站捕获卫星成功率高的特点和高频段地面站传输速度快的优势，能够克服太阳对于目标卫星的轨道影响，能够实现在太阳高年时期对超低轨的卫星高速接收数传数据。本申请提供的方法可针对大多数不具备自跟踪功能的天线，无需加装硬件设备，即可在超低轨道卫星遥测时，减小跟踪丢失的概率。
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”、“第三”、“第四”等(如果存在)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单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，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单元。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。
在卫星跟踪过程中，地面站定期检测卫星轨道数据提前构建天线引导程序，当卫星轨道偏差较大造成天线无法正常接收卫星的遥测数据时，会采用手动调整天线偏差的方法，对理论引导数据进行修正，或者采用具备自跟踪天线，锁定卫星，实时调整天线指向。
部分卫星支持VHF/UHF频段的测控系统。VHF是指频率在30Mhz到300Mhz之间的无线电波，对应的波长为1米到10米之间，也称为甚高频；UHF是指频率在300Mhz到3000Mhz之间的无线电波，对应的波长为1分米到1米之间。这两个频段的测控站天线通常采用八木天线，也就是我们日常所见的鱼骨状天线。
但是高速数传能力一般选择高频段天线，如L波段(1～2GHz)；S波段(2～4GHz)；C波段(4～8GHz)；X波段(8～12GHz)；Ku、K、Ka波段(12.5～40GHz)，等等。高频段有助于减少数传误码率，接收信噪比高，波束窄(抗干扰能力强)等优点。
现有数传任务通常采用S/X/C/Ku/Ka波段传输，信息速率较高，但对波束角偏差的容忍度较低。由于波束宽度θ3dB＝70λ/D(°)，λ为载波波长，D为天线口径。因此对于相同天线口径D，频段越低，波长越大，波束宽度越大。例如，在相同天线口径下U/V天线(以300Mhz为例)是X波段(以8Ghz为例)波束宽度的26.6倍。当超低轨卫星轨道出现较大偏差时，容易跟踪失败。尤其在太阳活动高年，超低轨道卫星轨道变化更加难以准确预测。太阳活动造成大气密度的突然变化会使超低轨道卫星受到的大气阻力成倍增加，从而使卫星轨道高度降低。如果实际卫星高度每圈比预报的轨道高度低500m，轨道外推一圈航迹向偏差会达到5km(卫星提前进站)。如果8圈之后再次跟踪，总航迹向偏差会达到40km。此时使用U/V站能跟踪到卫星，但高频段测站(如X波段)则跟踪失败。此外，手动调整天线偏差方法没有数据支持，调整过程中，无法确保偏差是否合适，通常无法有效定位卫星位置。为解决该问题，可采用自跟踪天线实现卫星的锁定，但自跟踪天线要求必须在能接收到遥测数据的情况下，方可实现锁定，若卫星进站时(卫星进入地面站的测控范围)，轨道已经发生较大的偏差，
天线无法锁定，也就无法实现自跟踪，同时，自跟踪设备费用较贵，测控成本较高。
为解决上述问题，请参阅图1，本申请实施例提供的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法流程示意图，具体可以包括：
S110、控制U/V频段地面站和高频段地面站的天线指向目标卫星的预报位置；
示例性的，如图2所示，卫星在地面站坐标系中的位置可以用3个值来表征：距离、俯仰角和方位。假设卫星的位置为S，地面站的位置为P，地球距卫星的距离为R，地球半径为RE＝6378km，r＝RE+h，h为卫星高度，L为地面站与卫星之间的经度差，l为地面站的纬度。其中，上述的目标卫星为超低轨卫星。
其中，φ对应∠TOP，对应∠TOA，ζ对应∠TOB，L对应∠AOB，l对应∠POB。
根据立体角公式和余弦定理可推导出，
根据余弦公式，计算出地面站和卫星的距离
天线的仰角E可由以下公式计算得到：
地面站天线主波束方向与卫星方向之间的夹角称为天线指向误差。天线尺寸越大，工作频率越高，天线的主波束就越窄，跟踪精度也越高。
3dB波束宽度可以由以下公式估计：
θ3dB＝70λ/D(°)，
式中，λ为载波工作波长，D为天线口径。对于相同天线口径D，频段越低，波长越大，波束宽度越大。当卫星正常工作时，无论是工作于高频段或低频段，若直径较小，天线收发主波束较宽，不需要跟踪设备，直径较大的天线需配手动跟踪设备和/或自动跟踪设备。目标卫星的预报位置可以是基于目标卫星的运行阻力加速度信息确定的，运行阻力加速度信息与大气的热层密度变化信息有关。
S120、基于上述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据计算上述目标卫星的修正预测位置；
示例性的，在U/V频段地面站成功捕获目标卫星的情况下，控制U/V频段地面站接收目标卫星的卫星遥测数据，并根据接收到的遥测数据计算目标卫星的实际预测位置即修正预测位置。
S130、基于上述修正预测位置修正上述高频段地面站的天线指向；
示例性的，天线跟踪主要分为手动跟踪、程序跟踪和自动跟踪3种。手动跟踪是根据阈值的卫星轨道位置数据随时间的变化规律，人工调整天线的指向。通常波束较宽时采用程序跟踪。程序跟踪是将卫星轨道预报的数据(即在地面站所在地观察卫星的方位角和仰角)和从天线角度检测器获得的天线位置角度值一并输入计算机，计算机对这些数据进行处理、运算、比较，得出卫星轨道和天线实际角度在标准时间内的角度差值，然后将此值送入伺服电路，驱动天线，消除误差角，通过不断地比较、驱动使天线一直指向卫星。程序跟踪过程中，天线的指向精度取决于轨道预报、指向计算以及天线的反馈控制精度等。
本申请中使用的低频段U/V频段地面站接收的遥测数据，经处理后使提供给高频段测站使用的轨道预报的数据精度提高，从而减少对高频段测站性能要求，进一步减少测站建设成本。
S140、通过上述高频段地面站捕获上述目标卫星并与其进行数据传输。
示例性的，在高频段地面站的天线指向进行修改后，高频段地面站的天线指向更加精确，此时利用高频段地面站高速传输的特点，提升数据传输的速度。
本申请的低频段地面站(如U/V站)不需要配备跟踪设备，天线尺寸只需满足接收遥测数据的设计要求，成本较低。天线因指向引起的增益损失可以用下式来估计：
本申请中高频段地面站的天线指向，是经过卫星实际位置速度等数据调整之后计算出的指向，由卫星位置误差引起的天线指向误差可以忽略不计，天线因指向引起的增益损失小，可以迅速锁定卫星，进行高速下行数据传输任务。
综上，本申请提出的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，通过U/V频段地面站获取的卫星遥测数据计算目标卫星的修正预测位置，并根据修正预测位置控制高频地面站的天线指向，从而使高频地面站精确捕获目标卫星，实现快速数据传输。本申请利用U/V低频段地面站捕获卫星成功率高的特点和高频段地面站传输速度快的优势，能够克服太阳对于目标卫星的轨道影响，能够实现在太阳高年时期对超低轨的卫星高速接收数传数据。本申请提供的方法可针对大多数不具备自跟踪功能的天线，无需加装硬件设备，即可在超低轨道卫星遥测时，减小跟踪丢失的概率。
在一些示例中，上述遥测数据包括时间信息、位置信息和速度信息；
上述基于上述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据获取上述目标卫星的修正预测位置，包括：
通过上述U/V频段地面站接收上述目标卫星的时间信息、位置信息和速度信息；
基于所述时间信息、所述位置信息和所述速度信息构建所述目标卫星的预测轨道拟合多项式；
基于最小二乘法求解所述预测轨道拟合多项式的目标系数以获取所述修正预测位置。
示例性的，卫星经过测站时，先根据引导程序预测的位置利用U/V频段的测站跟踪接收卫星的遥测数据，引导程序可以计算目标卫星的预报位置，并控制U/V频段地面站的天线和高频段地面站的天线指向预报位置，通过U/V频段地面站接收遥测数据，遥测数据中包含时间、位置和速度信息，可以借助卫星自身的位置、速度信息，外推卫星轨道，将预测的位置信息反馈给高频地面站的天线，修正高频率天线指向的仰角和方位角，达到S/X等高频段测站跟踪锁定，从而进行数传任务。其主要流程如下：
S210、U/V频段地面站和高频段地面站的天线根据引导程序指向卫星预报位置；
S220、利用U/V频段的测站跟踪接收卫星的遥测数据，即刻发送至数据处理中心；
S230、数据处理中心接收到遥测数据后，解析其中的GPS数据，包括时间、位置和速度信息，并存入缓存中；
S240、当数据处理中心接收到一定量的遥测数据，一般可设置为5s或10s长度的数据，即可启动拟合外推程序，根据实际轨道的位置信息，构建多项式拟合，阶数选择2或3，利用最小二乘法求解多项式系数，并外推未来5到10s的数据，并预测高频率地面天线对应的天线方位角、仰角，发给高频率地面天线所在地面站；
步骤S240具体可以包括步骤S2401至步骤S2403：
S2401、当缓存的解析后的GPS数据达到预设数量N帧时，全部作为拟合数据，数据量为第i帧的数据时间ti和第i帧在WGS-84坐标系下的位置[xi,yi,zi,]，1≤i≤M；
S2402、以数据时间为自变量，位置为因变量，构建2阶或3阶的拟合多项式，采用最小二乘参数回归的方法，得到拟合的多项式系数；
ak为多项式拟合系数，n为阶数。
为了使拟合出的近似曲线能尽量反映所给数据的变化趋势，要求在所有数据点上的残差：
|δi|＝|f(ti)-yi|
都较小，为达到上述目标，可以令上述偏差的平方和最小，即
称这种方法为最小二乘原则，利用这一确定拟合多项式f(t)即为最小二乘法多项式拟合。最小二乘法是要达到最优函数的各项系数是偏差的平方和最小值，也就是偏差对拟合系数的偏导数为0：
转换成矩阵形式：
求解以上方程，即可得到拟合系数。
S2403、利用拟合得到的多项式系数，代入外推时刻t，(考虑数据传输延迟和天线调整所需时间，可将外推时刻设置为接收到遥测数据最新时刻外推1到2s)得到t时刻预测的卫星位置[x,y,z]，结合高频段地面站坐标位置[X,Y,Z]和经纬度解算出高频段地面站天线指向的方位角A和仰角E；
S250、高频段地面站接收到天线引导信息后，修正天线指向，保证天线能指向卫星方向，锁定成功后，进行数据传输任务。
综上，本申请提出的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，能够适应太阳高年时期对超低轨卫星的影响，根据低频率地面站捕获卫星的优势，跟踪接收遥测数据，根据遥测数据调整高频率测站引导程序，调整高频段地面站的天线指向，通过高频段地面站执行数据传输任务，同时，可针对大多数不具备自跟踪功能的天线，无需加装硬件设备，成本低。
在一些示例中，上述方法还包括：
获取目标卫星的热层密度变化信息，其中，所述热层密度变化是由于太阳活动造成的；
根据所述热层密度变化信息获取运行阻力加速度信息；
基于所述运行阻力加速度信息确定所述目标卫星的预报位置。
示例性的，目标卫星在运行的过程中，会受到阻力的影响，大气密度的影响，以及由于太阳活动造成的热层密度变化的影响，如图3所示，为采用STK软件仿真两颗相同根数的太阳同步轨道卫星在相同的大气模型(NRLMSISE 2000)在不同F10.7(分别为150和180)下外推预报0.5天的可见性分析结果，在J2000坐标系下的轨道根数为历元：12Jul 202204:00:00.000UTCG，半长轴：6646.14km(268km高度)，偏心率：0，倾角：96.5648deg，升交点赤经：0deg，平近点角：0deg，预报模型参数：阻力系数CD：2.2；面质比：0.02m2/kg；地球重力场模型：EGM2008 21*21；日月引力；太阳光压；卫星质量：1000kg；曲线1、曲线2和曲线3分别为方位角，俯仰角，距离与时间的关系，角度单位为度，距离单位为千米，时间单位为：UTCG(Coordinated Universal Time，世界协调时),仿真结果显示，0.5天后两颗卫星已有36.3km的差距。
综上，本申请提出的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，基于运行热层密度变化信息确定阻力信息，根据阻力信息确定目标卫星的预报位置，上述目标卫星的预报位置能够充分考虑到太阳高年期超低轨卫星预报精度的影响，得出的预报位置更为准确，提升U/V频段地面站捕获目标的成功率。
在一些示例中，上述热层密度变化信息是基于10.7cm波长太阳射电通量的变化信息确定的。
示例性的，热层大气指的是中间层顶(约85千米)至250km(在太阳宁静期)或500km左右(太阳活动期)之间的大气层。热层又称热成层或暖层，它位于中间层顶以上。从热层底部向上，大气温度迅速增加，达到温度梯度消失时的高度，即为热层顶。超低轨卫星的轨道高度位于300km以下，在太阳活动期时处于热层大气。地球热层大气密度变化主要受太阳辐射和太阳风的影响。太阳活动周期内的极紫外(EU/V)辐射和软X射线辐射的光谱范围从1～105nm的变化驱动了热层温度的变化，从而导致了热层大气密度的变化。
根据大量卫星的实测数据显示，热层大气密度变化和10.7cm波长太阳射电通量的变化十分相似。这些太阳射电通量并不直接作用于热层，而是与太阳活动过程中的一些其他现象，例如软X射线辐射、极紫外线和远紫外线(FU/V)辐射等有很好的相关关系，10.7cm太阳射电通量与热层密度的变化也有显著的相关性。
超低轨目前来说是人类了解范围最少的区域之一，该区域大气密度受光照，温度，磁指数等各种因素的影响难以精确获得，因而难以精确地建立模型外推预报卫星的位置。除此之外，在太阳高年时期，F10.7指数，温度，地磁指数等因素受太阳活动波动大，(F10.7在一个太阳周期的过程中可以从低于50s.f.u.到高于300s.f.u.变化。)导致大气密度更加难以估计。
综上，本申请提出的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，基于10.7cm太阳射电通量确定热层密度的变化更为准确。
在一些示例中，上述方法还包括：
通过下式获取上述运行阻力加速度信息：
式中，CD为阻力系数，为目标卫星沿速度方向的投影面积与质量之比，简称面质比，单位为m2/kg；ρ为大气密度，单位为kg·m-3；v为目标卫星运动的速度，单位为m·s-1；v0为速度方向单位矢量。
示例性的，CD为阻力系数，它与目标卫星的形状、结构材料、飞行姿态等有关，具体数值可以通过对目标卫星建立流场仿真模型进行仿真求出，为目标卫星沿速度方向的投影面积与质量之比，简称面质比。
综上，本申请提出的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，通过上式能够准确计算目标卫星的运行阻力加速度信息，从而准确预测目标卫星的预报位置，提升U/V频段地面站捕获目标的成功率。
在一些示例中，上述方法还包括：
通过下式获取上述大气密度信息：
式中，h为目标卫星的当前高度，h0为目标卫星的参考高度为常数，ρ0参考密度信息，n为第一参数，取值为6.3025；B为第二参数，上述第二参数是基于各高度的密度标高数值用最小二乘法解出的。
示例性的，从上式中可知随着轨道高度的降低，大气密度增大，且呈指数倍增长。因此超低轨卫星受到的大气阻力是普通观测卫星(600km-800km)的1000倍以上，摄动量级大。
综上，本申请提出的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，通过上式能够准确计算目标卫星所在高度的大气密度信息，从而准确预测目标卫星的预报位置，提升U/V频段地面站捕获目标的成功率。
在一些示例中，上述方法还包括：
在上述目标卫星的预报位置与目标卫星的实际位置的误差在3dB波束宽度范围的情况下，控制上述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据。
示例性的，如图4所示，地面站根据引导程序计算出的方位角和俯仰角，指向预报位置。如果外推预报的卫星进站时刻的实际位置在此时天线指向位置的3dB波束宽度范围内，则可成功跟踪到。
在上述捕获过程中能容忍的迹向误差可以通过下式估计：
式中，λ为跟踪测站天线波长，D为跟踪测站天线尺寸，R为地面站和卫星的距离。
由仿真分析得到，268km高度的卫星进站时(5°起根)到测站的距离约为1400km。以某测控公司某一U/V站(天线尺寸2.3m)为例，能容忍的迹向误差为18.8km～1880km，而某一高频段测站(天线尺寸7.5m)，能容忍的误差为0.43km～2.17km。根据上述分析可知，如果直接用高频段测站跟踪超低轨卫星，在预报误差较大时容易跟踪丢失。
综上，本申请提出的一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，首先采用U/V频段地面站捕获目标卫星，可以极大地提高捕获卫星的成功率。
请参阅图5，本申请实施例中超低轨卫星地面站数据传输跟踪控制装置的一个实施例，可以包括：
控制单元21，用于控制U/V频段地面站和高频段地面站的天线指向目标卫星的预报位置；
获取单元22，用于基于上述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据计算上述目标卫星的修正预测位置；
修正单元23，用于基于上述修正预测位置修正上述高频段地面站的天线指向；
传输单元24，用于通过上述高频段地面站捕获上述目标卫星并与其进行数据传输。
如图6所示，本申请实施例还提供一种电子设备300，包括存储器310、处理器320及存储在存储器320上并可在处理器上运行的计算机程序311，处理器320执行计算机程序311时实现上述超低轨卫星地面站数据传输跟踪的任一方法的步骤。
由于本实施例所介绍的电子设备为实施本申请实施例中一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪控制装置所采用的设备，故而基于本申请实施例中所介绍的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍，只要本领域所属技术人员实施本申请实施例中的方法所采用的设备，都属于本申请所欲保护的范围。
在具体实施过程中，该计算机程序311被处理器执行时可以实现图1对应的实施例中任一实施方式。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机软件指令，当计算机软件指令在处理设备上运行时，使得处理设备执行如图1对应实施例中的超低轨卫星地面站数据传输跟踪的流程。
计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
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，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示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，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法，其特征在于，包括：
控制U/V频段地面站和高频段地面站的天线指向目标卫星的预报位置；
基于所述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据计算所述目标卫星的修正预测位置；
基于所述修正预测位置修正所述高频段地面站的天线指向；
通过所述高频段地面站捕获所述目标卫星并与其进行数据传输；
所述遥测数据包括时间信息、位置信息和速度信息；
所述基于所述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据获取所述目标卫星的修正预测位置，包括：
通过所述U/V频段地面站接收所述目标卫星的时间信息、位置信息和速度信息；
基于所述时间信息、所述位置信息和所述速度信息构建所述目标卫星的预测轨道拟合多项式；
基于最小二乘法求解所述预测轨道拟合多项式的目标系数以获取所述修正预测位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
获取目标卫星的热层密度变化信息，其中，所述热层密度变化是由于太阳活动造成的；
根据所述热层密度变化信息获取运行阻力加速度信息；
基于所述运行阻力加速度信息确定确定所述目标卫星的预报位置。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热层密度变化信息是基于10.7cm波长太阳射电通量的变化信息确定的。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
通过下式获取所述运行阻力加速度信息：
式中，CD为阻力系数，为目标卫星沿速度方向的投影面积与质量之比，单位为m2/kg；ρ为大气密度，单位为kg·m-3；v为目标卫星运动的速度，单位为m·s-1；v0为速度方向单位矢量。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
通过下式获取大气密度信息：
式中，h为目标卫星的当前高度，h0为目标卫星的参考高度为常数，ρ0参考密度信息，n为第一参数，取值为6.3025；B为第二参数，所述第二参数是基于各高度的密度标高数值用最小二乘法解出的。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述目标卫星的预报位置与目标卫星的实际位置的误差在3dB波束宽度范围的情况下，控制所述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据。
7.一种超低轨卫星地面站数据传输跟踪控制装置，其特征在于，包括：
控制单元，用于控制U/V频段地面站和高频段地面站的天线指向目标卫星的预报位置；
获取单元，用于基于所述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据计算所述目标卫星的修正预测位置；
修正单元，用于基于所述修正预测位置修正所述高频段地面站的天线指向；
传输单元，用于通过所述高频段地面站捕获所述目标卫星并与其进行数据传输；
所述遥测数据包括时间信息、位置信息和速度信息；
所述基于所述U/V频段地面站接收的卫星遥测数据获取所述目标卫星的修正预测位置，包括：
通过所述U/V频段地面站接收所述目标卫星的时间信息、位置信息和速度信息；
基于所述时间信息、所述位置信息和所述速度信息构建所述目标卫星的预测轨道拟合多项式；
基于最小二乘法求解所述预测轨道拟合多项式的目标系数以获取所述修正预测位置。
8.一种电子设备，包括：存储器和处理器，其特征在于，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法的步骤。
9.一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：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的超低轨卫星地面站数据传输跟踪方法。
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