CN116318373A - 低轨卫星接收系统、方法、设备和介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星通信相关技术领域，具体涉及低轨卫星接收系统、方法、设备和介质。系统包括：调度主机、多个下行跟星天线和下行信号处理设备，多个上行直射波接收天线和上行信号处理设备；调度主机对下行跟星天线和上行直射波接收天线进行调度，控制每个下行跟星天线对一个卫星进行跟星并接收该卫星的下行信号，并调度相应的上行直射波接收天线进行上行信号接收；下行跟星天线与下行信号处理设备通信连接，在调度主机的调度下，将下行信号发送至对应的下行信号处理设备以对下行信号进行处理，上行直射波接收天线与上行信号处理设备通信连接，在调度主机的调度下，将相应的上行信号发送至对应的上行信号处理设备以对上行信号进行处理。

Description

低轨卫星接收系统、方法、设备和介质

技术领域

本发明涉及通信相关技术领域，具体涉及一种低轨卫星接收系统、方法、设备和介质。

背景技术

现有低轨卫星接收设备的工作原理：接收设备开机后由PC向上下行信号处理设备预置信号的接收频点。

当采用现有的低轨卫星接收设备进行多设备组网时，下行信号处理设备通过多个跟星天线，接收多个过顶卫星的下行信号。这种方式下，不同低轨卫星接收设备的下行信号处理设备会存在接收处理相同下行信号的情况，即多组接收设备之间存在较高的下行信号接收重复率，降低了接收设备组网的灵活性和设备资源的利用率。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例致力于提供一种低轨卫星接收系统、方法、设备和介质，以解决上述问题。

本发明第一方面提供了一种低轨卫星接收系统，包括：调度主机、至少三个下行跟星天线和至少三个下行信号处理设备；

所述调度主机分别与所述下行跟星天线和所述下行信号处理设备通信连接，用于对所述下行跟星天线进行调度，控制每一个下行跟星天线对一个卫星进行跟星并接收该卫星的下行信号；

所述下行跟星天线与所述下行信号处理设备通信连接，用于在所述调度主机的调度下，将所述下行信号发送至对应的下行信号处理设备以对下行信号进行处理。

在一些实施例中，至少三个上行直射波接收天线和至少三个上行数字信号处理设备；

所述调度主机分别与所述上行直射波接收天线和所述上行数字信号处理设备通信连接；

所述上行直射波接收天线与所述上行数字信号处理设备通信连接，用于进行上行信号的接收与变频，并在所述调度主机的调度，将变频后的上行信号发送至对应的上行数字信号处理设备以对上行信号进行处理。

在一些实施例中，还包括：多个定位模块；

各所述定位模块分别设置在所述下行跟星天线和所述上行直射波接收天线上，且与所述调度主机通信连接，用于向所述调度主机上报所述下行跟星天线和所述上行直射波接收天线的位置信息；

所述调度主机具体用于基于所述下行跟星天线的位置信息和卫星的位置信息，确定所述下行跟星天线的跟星任务，并基于所述上行直射波接收天线的位置信息，调度所述上行直射波接收天线的上行信号接收任务。

在一些实施例中，所述调度主机包括：多普勒频偏纠正模块和时间同步模块；

所述多普勒频偏纠正模块和时间同步模块用于对所述下行信号和所述上行信号进行多普勒频偏纠正和时间同步；

其中，所述多普勒频偏纠正模块和时间同步模块的参数信息是基于所述下行信号对应下行跟星天线的位置信息和所述下行信号对应卫星的位置确定的。

本发明第二方面提供了一种低轨卫星接收方法，应用于如上述的低轨卫星接收系统中，所述低轨卫星接收方法包括：

基于下行跟星天线的位置信息和星历数据，确定每一个所述下行跟星天线对应的过顶卫星；其中，所述星历数据包括卫星的位置变化规律；

控制所述下行跟星天线对对应的过顶卫星进行锁定跟踪，并接收所述过顶卫星的下行信号；

调度下行信号处理设备对所述下行信号进行处理。

在一些实施例中，所述低轨卫星接收系统包括多个主机，所述低轨卫星接收方法还包括：

基于预设的选举算法在预设的多个主机中选举出调度主机。

在一些实施例中，还包括：

基于所述过顶卫星的位置信息的变化，对下行信号进行多普勒频偏纠正和时间同步。

在一些实施例中，所述低轨卫星接收方法包括：

调度所述上行数字信号处理设备对所述上行信号进行处理。

在一些实施例中，所述调度主机包括：多普勒频偏纠正模块和时间同步模块；

所述多普勒频偏纠正模块和时间同步模块用于对所述下行信号和所述上行信号进行多普勒频偏纠正和时间同步；

其中，所述多普勒频偏纠正模块和时间同步模块的参数信息是基于所述下行信号对应下行跟星天线的位置信息和所述下行信号对应卫星的位置确定的。

本发明第二方面提供了一种低轨卫星接收系统，应用于如上述的低轨卫星接收系统中，所述低轨卫星接收方法包括：

基于下行跟星天线的位置信息和星历数据，确定每一个所述下行跟星天线对应的过顶卫星；其中，所述星历数据包括卫星的位置变化规律；

控制所述下行跟星天线对对应的过顶卫星进行锁定跟踪，并接收所述过顶卫星的下行信号；

调度下行信号处理设备对所述下行信号进行处理。

在一些实施例中,所述低轨卫星接收系统包括多个主机，所述低轨卫星接收方法还包括：

基于预设的选举算法在预设的多个主机中选举出调度主机。

在一些实施例中，所述低轨卫星接收方法还包括：

基于所述过顶卫星的位置信息的变化，对下行信号进行多普勒频偏纠正和时间同步。

在一些实施例中，所述低轨卫星接收方法包括：

调度所述上行数字信号处理设备对所述上行信号进行处理。

本发明第三方面提供了一种电子设备，包括：

处理器，以及用于存储所述处理器可执行程序的存储器；

所述处理器，用于通过运行所述存储器中的程序，实现上述的低轨卫星接收方法。

本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时使得所述处理器执行上述的低轨卫星接收方法。

本发明所提供的低轨卫星接收系统包括：调度主机、至少三个下行跟星天线和至少三个下行信号处理设备；所述调度主机分别与所述下行跟星天线和所述下行信号处理设备通信连接，用于对所述下行跟星天线进行调度，控制每一个下行跟星天线对一个卫星进行跟星并接收该卫星的下行信号；所述下行跟星天线与所述下行信号处理设备通信连接，用于在所述调度主机的调度下，将所述下行信号发送至对应的下行信号处理设备以对下行信号进行处理。如此设置，如果在同一区域出现三颗卫星，该区域的三个下行跟星天线可以对该卫星进行一对一的跟星，一个下行跟星天线只接收一个卫星的下行信号。如此可以在一个区域进行下行跟星天线的设置，使得该区域的下行跟星天线的数量不小于该区域的需要通信的卫星的数量，即：保证每一个需要通信的卫星可以有一个下行跟星天线进行跟星。在对于下行信号进行处理的过程中，由多个下行信号处理设备进行下行信号的处理，当一个下行信号处理设备无法及时处理大量的下行信号时，可以通过调度主机分配其他的下行信号处理设备协同进行处理，避免由于下行信号的数量超出了该下行信号处理设备的处理极限而影响信号接收的问题。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1是本发明一个实施例提供的低轨卫星接收系统的结构示意图。

图2是本发明另一个实施例提供的低轨卫星接收系统的结构示意图。

图3是本发明一个实施例提供的低轨卫星接收方法的流程示意图。

图4是本发明另一个实施例提供的低轨卫星接收方法的流程示意图。

图5是本发明一个实施例提供的电子设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

申请概述

现有低轨卫星接收设备的工作原理：接收设备开机后由PC向上下行信号处理设备预置信号的接收频点。其中，所述上行信号是指卫星终端发送至卫星的通信信号，所述下行信号是指卫星发送至卫星终端的通信信号。

当存在过顶卫星的信标信号时，下行信号处理设备启动m个（取决于过顶卫星数量）通信信号接收资源队列。在过顶卫星信标信号消失前这些资源队列将用于持续接收所有收到的通信信号。对于上行数字信号处理设备则是开机时就预置好资源队列，过程中不申请不释放。

当上下行信号处理设备收到上下行信号后，则分别进行通信载荷信息的提取如：卫星位置、设备位置、设备号、临时通信身份标识、频率、调制方式等。然后进行上下行通信的筛选匹配。如果是某终端的上下行通信信号，则进一步进行信息提取，反之则进行丢弃。处理后的每一帧信息将送达PC进行二次处理，预估出信号的多普勒变化趋势将反馈给上下行信号处理设备进行信号调整，其余信息则进行显示存储。

由于上行信号接收最大接收范围是理论上行信号的最低可接收信噪比，因此可正确接收的上行信号距离接收设备最远一般为30km（海面）。实际当中受制于陆地地形对上行信号的遮挡和衰减，其最远接收范围降为约15km（陆地），即接收设备仅能够对其周边15km的上行信号进行接收。

为了解决指定区域内所有上下行信号接收的问题，通常采用多套接收设备组网布设。由于每套接收设备中的下行接收范围大，而上行接收范围较小，导致每套接收设备都冗余的接收了来自卫星的下行信号（需要补偿多普勒），同时需增加一个主站来进行多设备里PC显示和存储数据的滤重。并且接收设备里的下行信号处理设备由于是接收整个过顶卫星的全部数据，其配套天线（多个自跟踪天线）和数字信号处理板往往多而庞大。但是由于部分区域内终端或用户的上行通信数据量较小，其配套天线（1个直射波天线）和数字信号处理板往往不需要很多。以某低轨卫星系统为例，如果进行指定区域内的信号接收，往往下行设备的数量是上行设备数量的3倍。

采用多套接收设备进行组网的方式对指定区域的低轨卫星通信信号进行接收时，存在组网不灵活、资源利用率较低等问题。

当存在多个过顶卫星的信标信号时，组内的每一个下行信号处理设备通过自跟踪天线接收多个过顶卫星的下行信号。这种方式下，存在不同的下行信号处理设备的天线会接收相同的卫星信号，即重复接收了卫星的下行信号，同时，由于部分卫星的下行信号数量较少，导致相应的下行接收设备的资源利用率较低。

为了解决上述问题，本发明提供的低轨卫星接收系统包括：调度主机、至少三个下行跟星天线和至少三个下行信号处理设备；所述调度主机分别与所述下行跟星天线和所述下行信号处理设备通信连接，用于对所述下行跟星天线进行调度，控制每一个下行跟星天线对一个卫星进行跟星并接收该卫星的下行信号；所述下行跟星天线与所述下行信号处理设备通信连接，用于在所述调度主机的调度下，将所述下行信号发送至对应的下行信号处理设备以对下行信号进行处理。如此设置，如果在同一区域出现三颗卫星，该区域的三个下行跟星天线可以对该卫星进行一对一的跟星，一个下行跟星天线只接收一个卫星的下行信号。如此可以在一个区域进行下行跟星天线的设置，使得该区域的下行跟星天线的数量不小于该区域的需要通信的卫星的数量，即：保证每一个需要通信的卫星可以有一个下行跟星天线进行跟星。在对于下行信号进行处理的过程中，由多个下行信号处理设备进行下行信号的处理，当一个下行信号处理设备无法及时处理大量的下行信号时，可以由调度主机分配给其他的下行信号处理设备协同进行处理，避免由于下行信号的数量超出了该下行信号处理设备的处理极限而影响接收的问题。进一步的，本申请提供的方案中，下行跟星天线和下行信号处理设备分开设置，基于调度主机进行居中调度，组网更加的灵活。

在介绍了本发明的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本发明的各种非限制性实施例。

示例性系统

图1是本发明一个实施例提供的低轨卫星接收系统的结构示意图。如图1所示，该装置包括：调度主机1、至少三个下行跟星天线2和至少三个下行信号处理设备3；其中，下行跟星天线2可以和下行信号处理设备3通信连接；

所述调度主机1分别与所述下行跟星天线2和所述下行信号处理设备3通信连接，用于对所述下行跟星天线2进行调度，控制每一个下行跟星天线2对一个卫星进行跟星并接收该卫星的下行信号；

所述下行跟星天线2与所述下行信号处理设备3通信连接，用于在所述调度主机1的调度下，将所述下行信号发送至对应的下行信号处理设备3以对下行信号进行处理。

相较于背景技术中的方案中“下行天线、下行信号处理设备3、上行天线和上行数字信号处理设备5设置在一起”，本申请提供的方案中“下行跟星天线2和下行信号处理设备3单独设置”可以基于实际需求设置下行跟星天线2的数量，和下行信号处理设备3的数量，更加灵活的进行组网。

具体的，可以在一个区域进行下行跟星天线2的设置，使得该区域的下行跟星天线2的数量不小于该区域的需要通信的卫星的数量，即：保证每一个需要通信的卫星可以有一个下行跟星天线2进行跟星。例如：在同一区域出现三颗卫星，该区域的三个下行跟星天线2可以对该卫星进行一对一的跟星，一个下行跟星天线2只接收一个卫星的下行信号，避免同时接收多个卫星的信号造成互相干扰。在对于下行信号进行处理的过程中，由多个下行信号处理设备3进行下行信号的处理，当一个下行信号处理设备3无法及时处理大量的下行信号时，可以分配其他的下行信号处理设备3协同进行处理，避免由于下行信号的数量超出了该下行信号处理设备3的处理极限而影响接收的问题。

进一步的，本申请提供的低轨卫星接收系统，还包括：定位模块。各所述定位模块分别设置在所述下行跟星天线2上，且与所述调度主机1通信连接，用于向所述调度主机1上报所述下行跟星天线2的位置信息；所述调度主机1具体用于基于所述下行跟星天线2的位置信息和卫星的位置信息，确定所述下行跟星天线2的跟星任务。

在一些实施例中，参照图2，本申请提供的低轨卫星接收系统，还包括：至少三个上行直射波接收天线4、至少三个上行数字信号处理设备5；其中，上行跟星天线可以和上行数字信号处理设备5通信连接；

所述调度主机1分别与所述上行直射波接收天线4和所述上行数字信号处理设备5通信连接；

所述上行直射波接收天线4与所述上行数字信号处理设备5通信连接，用于进行上行信号的接收与变频，并在所述调度主机1的调度，将变频后的上行信号发送至对应的上行数字信号处理设备5以对上行信号进行处理。

需要说明的是，相较于背景技术中的方案中“下行天线、下行信号处理设备3、上行天线和上行数字信号处理设备5设置在一起”，本申请提供的方案中“上行直射波接收天线4和上行数字信号处理设备5单独设置”可以基于实际需求设置上行直射波接收天线4和上行数字信号处理设备5的数量，更加灵活的进行组网。

进一步的，上行直射波接收天线4上也设置定位模块。定位模块用于向所述调度主机1上报所述上行直射波接收天线4的位置信息；之后所述调度主机1具体用于基于所述上行直射波接收天线4的位置信息，调度所述上行直射波接收天线4的上行信号接收任务。

综合上述各个优选实施例，本申请提供的低轨卫星接收系统包括：上行直射波接收天线、下行跟星天线、上行数字信号处理设备（即：高性能窄带多通道信号处理设备）、下行信号处理设备（即：高性能窄带多通道信号处理设备）、调度主机（PC设备和/或通用高性能服务器）定位模块（即：GPS模块或北斗模块）和交换机等相关硬件设备。本申请提供的系统中使用了分布式集群调度软件、分布式应用程序协调软件、嵌入式软件、席位软件（显示）、数据库软件等，完成系统的接收、控制、任务调度和人机交互等相关功能。使用专线或物联网等设备完成站间数据交互功能。

具体的，上行直射波接收天线：主要由天线、合路低噪放、变频器等组成，主要完成上行信号的接收与变频，将变频后的中频信号送给上行数字信号处理设备进行信号解析。

下行跟星天线：跟星天线主要由天线单元、360°旋转平台、嵌入式电机控制器、合路低噪放、变频器等组成。主要是通过网口接收星历数据和本地坐标传给嵌入式电机控制器，嵌入式电机控制器根据卫星轨道位置和本地位置对360°旋转平台进行俯仰角和方位角设置，同时根据卫星的信标强度进行微调和锁定。锁定一颗卫星后跟踪过程中，合路低噪放和变频器将变频后的下行信号送给下行信号处理设备进行信号解析。

上行数字信号处理设备：上行数字信号处理设备由一个数字信号处理板和一个嵌入式开发板（ARM）组成。其主要是通过ARM接收通信信号计算任务，将计算任务的相关频点信息和控制信息通过网口发送给信号处理板。信号处理板接收到计算任务后通过AD口接收上行直射波接收天线信号，然后通过内部EP2S180 FPGA模块和DSP模块完成信号解析，之后将解析到数据送至网口返回给ARM。其中，接收计算任务是外部网口，信号处理板和ARM间的通信都是内部网口。ARM所接收计算任务的来源是自身部署的分布式集群调度软件受控接收上级任务。

下行信号处理设备：下行信号处理设备由多个CPCI（紧凑型外设部件互连标准）信号处理板、一个CPCI交换板、和一个PC（含CPCI接口）设备组成。所有设备间都通过底板CPCI插槽进行数据传输，并由交换板将其中的网络数据送至PC设备。PC设备上部署有分布式集群调度软件，用来协同多个高性能窄带多通道信号接收机的工作。同时将计算任务下发给分布式节点中的上行或下行信号处理设备。CPCI信号处理板主要负责解析下行信号，将解析后的当前卫星的ID、卫星位置等信息送达PC。此后这些信息将被保存至服务器上的分布式应用程序协调软件。

服务器：服务器上部署有分布式应用程序协调软件，用来保证计算任务的一致性、PC选主、分布式数据存储可用性等。由于分布式应用程序协调软件和分布式集群调度软件可以采取同机部署，所以PC机也可以承担服务器角色。需要说明的是，服务器和PC机主要是用于作为调度主机执行调度任务。具体的，是否采取这种方式根据成本和组网方式进行综合考虑。

定位模块：定位模块主要是部署在存在天线的节点，其主要功能是提供天线位置。

在实际应用中，低轨卫星接收系统的具体工作流程如下：由分布式应用程序协调软件在服务器中选举出需要工作的分布式集群调度软件主机。分布式集群调度软件主机收集执行机（本申请中的执行机指的是与接收下行信号设备和向卫星发送信号的设备即：下行跟星天线或上行数字信号处理设备连接的PC设备）的位置坐标（包含于执行机资源列表），根据星历数据（来源于分布式数据库）控制带有跟星天线的设备进行过顶卫星锁定跟踪。同时，分布式集群调度软件主机将整个系统内的已经锁定的卫星ID列表和波束覆盖情况实时上报给分布式应用程序协调软件。具有下行计算任务执行能力的执行机，在跟星天线锁定卫星跟踪后实时分析下行信号，并将任务列表通过分布式集群调度软件主机告知给分布式应用程序协调软件。

分布式集群调度软件主机扫描到分布式应用程序协调软件内存在未执行的任务时，会立刻根据位置信息将其下发到对应上行计算任务执行机。此时，上行计算任务执行机和下行计算任务执行机同时将解析后的通信数据上报给分布式集群调度软件主机。分布式集群调度软件主机随后会将通信数据进行存储，同时也会根据终端位置变化或过顶卫星的位置变化实时调整处理的计算任务执行机。

由于过顶卫星相对执行机的位置变化，整个解析通信数据的过程中，分布式集群调度软件主机会一直快速协调各通信数据的时隙匹配和多普勒补偿，才可以保证上下行的数据筛选结果的准确性。

席位软件通过查询分布式数据库里的通信数据，实时向用户展示结果。

示例性方法

基于同一构思，参照图3，本发明还提供一种低轨卫星接收方法，应用于上述的低轨卫星接收系统中，所述低轨卫星接收方法包括：

步骤S301，基于下行跟星天线的位置信息和星历数据，确定每一个所述下行跟星天线对应的过顶卫星；其中，所述星历数据包括卫星的位置变化规律；

需要说明的是，星历数据中记录了卫星的规则和信息，基于星历数据可以确定卫星的位置，如此可以基于卫星的选取合适的所述下行跟星天线进行跟星。

步骤S302，控制所述下行跟星天线对对应的过顶卫星进行锁定跟踪，并接收所述过顶卫星的下行信号；

如此设置，控制下行跟星天线进行跟星，可以通过该下行跟星天线稳定的接收过顶卫星发送的信息。

步骤S303，调度下行信号处理设备对所述下行信号进行处理。

在实际应用中，由多个下行信号处理设备进行下行信号的处理，本申请提供的方案中，当一个下行信号处理设备无法及时处理大量的下行信号时，可以分配其他的下行信号处理设备协同进行处理，避免由于下行信号的数量超出了该下行信号处理设备的处理极限而影响下行信号接收的问题。

在一些实施例中，具体组网时，所述低轨卫星接收系统可以包括多个主机，此时存在如何确定哪一个主机是调度主机的问题，基于此，所述低轨卫星接收方法还包括：

基于预设的选举算法在预设的多个主机中选举出调度主机。

需要说明的是，本申请提供的方案中，各个主机均预先设置有调度相关的程度，各个主机即可以进行主要的调度任务，也可以辅助进行调度任务。本申请提供方案中，可以在每次系统开始运行时，基于预设的选举算法在预设的多个主机中选举出调度主机，进一步的，当主机发生宕机时，也可以重新确定选举调度主机。

进一步的，所述低轨卫星接收方法包括：

调度所述上行数字信号处理设备对所述上行信号进行处理。

如此，由多个上行数字信号处理设备进行上行信号的处理，本申请提供的方案中，当一个上行数字信号处理设备无法及时处理大量的上行信号时，可以分配其他的上行数字信号处理设备协同进行处理，避免由于上行信号的数量超出了该上行数字信号处理设备的处理极限而影响上行信号接收的问题。

具体的，本申请提供的所述低轨卫星接收方法还包括：

基于所述过顶卫星的位置信息的变化，对下行信号进行多普勒频偏纠正和时间同步。

需要说明的是由于近地轨道卫星相对终端位置是非静止的，上行信号如果按照系统的时隙周期进行固定差值的时隙补偿则会导致：大部分时间内系统会错判反向信号的时隙位置，从而有可能将其当成为别的用户的通信数据。基于此时本申请提供的方案中可以基于进行通信的卫星和下行跟星天线的位置信息对下行信号进行多普勒频偏纠正和时间同步。进一步的，也可以基于进行通信的卫星和上行数字信号处理设备对上行信号进行多普勒频偏纠正和时间同步。

为了更加清楚的说明本申请提供的方案，下面结合具体的应用场景，对本申请提供的进行说明：参照图4，本申请提供的低轨卫星接收方法包括：

步骤S401，分布式集群调度软件向分布式应用协调软件注册，分布式应用协调软件选出分布式集群调度软件的主机；

具体的，过程中如果分布式主机宕机或脱离集群，则由分布式应用协调软件重新选出集群内可用分布式集群调度软件的主机。

步骤S402，执行机通过分布式应用协调软件读取分布式集群调度软件主机IP，将其自身的所有资源、天线类型、位置等信息上报给分布式集群调度软件的主机。

步骤S403，分布式集群调度主机的计算框架根据天线类型和位置信息，通过星历轨迹计算向不同的带有自跟踪天线的执行机下发启动跟星消息。执行机和数字信号处理设备开始解析信标信号和检测通信信号。当发现通信信号后将其以任务的形式汇报给分布式集群调度主机，并写入分布式应用协调软件波束覆盖表里。

步骤S404，分布式集群调度主机的任务定时扫描线程检测到存在未分配任务时，则通过波束覆盖（含边界位置）和上行直射波接收天线位置的匹配情况进行任务下发。通知对应的上行任务计算执行开始解析信号。下行计算任务执行机发现任务已经满足要求被执行后，同时开始解析下行通信信号。

具体的，分布式集群调度主机的任务定时扫描线程检测到存在未分配任务时，则通过波束覆盖（含边界位置）和上行直射波接收天线位置的匹配情况进行任务下发，此时节点里的任务状态记为init。对应的执行机响应执行上行计算任务后，如果资源等相关信息满足，则在协调软件内将任务状态置位Ready，任务定时扫描线程检测到任务状态为Ready时，则给下行执行机下发计算任务；对应的执行机响应执行下行计算任务后，如果资源等相关信息满足，则在协调软件内将任务状态置为Running。

步骤S405，分布式集群调度主机的计算框架根据协调软件内将任务状为Running的任务进行锁定接收，其余过滤；同时利用Update接口向上下行执行机进行多普勒更新。

即：分布式集群调度主机实时控制上行数字信号处理设备的时隙同步和下行信号的多普勒补偿。

步骤S406，若是过顶卫星发生切换，分布式集群调度主机将实时更新任务状态，并将下行任务调度到最优的下行信号处理设备上去继续解析下行通信信号，分布式集群调度主机的计算框架在整个接收通信计算任务数据上报的过程中，一直会实时进行上下行时隙计算同步匹配来完全确保是一对上下行通信。

步骤S407，上下行接收机任何一方上报计算任务完成后，则认定此次通信结束。会向分布式集群调度主机通知任务结束，并将其任务从分布式应用协调软件波束覆盖表里删除。

具体的，上下行接收机任何一方上报计算任务完成后，则认定此次通信结束。分布式集群调度主机的计算框架会将任务状态记为Finished。同时向双方执行机下发终止任务信息，待一段时间后（完成状态时间超过一定时长），分布式集群调度主机的计算框架会从协调软件的任务状态表里将此条记录删除。

步骤S408，分布式集群调度主机的计算框架在任务执行过程中会向分布式数据库写入通信数据和相关信息。席位软件通过数据查询向用户实时展示通信数据和结果。

具体的，分布式集群调度主机的计算框架在任务完成后会向分布式数据库写入通信数据和相关信息；同时也可以根据席位软件，选择在任务状态为Running期间，实时向席位软件发送通信数据

需要说明的是，由于近地轨道卫星相对终端位置是非静止的，上行信号如果按照系统的时隙周期进行固定差值的时隙补偿则会导致：大部分时间内系统会错判反向信号的时隙位置，从而有可能将其当成为别的用户的通信数据。

例如时隙周期为80ms的近地，用户使用TX2和TX6作为下行和上行的通信时隙。

假定卫星高度为750km，则终端为了确保时隙同步则应该提前2*750km/299792.458km/s(光速)≈5ms发送通信数据：

但是实际卫星是从最远出现到最近750KM再到最远离开的过程，如果按照上述固定的提前量发送通信数据则会导致卫星端误判数据。

例如当卫星和终端的位置成45°夹角时其距离约变为（不考虑地球弧度带来的影响）1060km。此时提前量本应该为7.07ms，但是如果继续按5ms发送则可能会导致系统认定其为TX7的用户通信数据。随着角度的变化这种可能性会越来越大。同样，时隙间隔越小的系统发生算错的概率越高。

实际应用中近地轨道通信卫星的终端都会根据卫星位置实时调整发射提前量，但是上行数字信号处理设备并不知道终端的提前量是多少。此时，就需要利用卫星位置、直射波天线位置、残余时间△t等三个维度的计算来完成上行计算任务里的信号筛选。

其大体思路为：首先通过直射波天线位置和卫星位置计算出对应的时间提前量，发给对应的上行数字信号处理设备。同时，通过分布式集群调度软件主机获取对应下行通信信号的物理时间戳。当每出现一帧上行通信信号时，开始与下行通信信号的物理时间戳做差值得到△t1。残余△t（非精确）=△t1-理论时隙间隔。之后再将△t发送给上行数字信号处理设备做一次校准，此时由于没有终端的位置信息此△t还存在微小偏差（微秒级）。当接收到终端位置后，△t再补上终端位置和直射波天线位置带来的△t2就构成了精确时间△t。此时再将△t发送给上行数字信号处理设备就可以实现时隙的精准同步。

由于近地轨道卫星相对终端位置是非静止的，则其对应的通信频率由于多普勒效应存在连续偏移的情况；

处理这种问题的通用方法一般为根据卫星星历数据和观察者（自跟踪天线）位置，通过算出角速度、相对速度等值预估出通信频率的变化，将最新的频率信息更新给下行信号处理设备。

但是在分布式系统中，由于接收的范围和通信数量比较庞大，如果继续采用预估通信频率补偿的办法将会大大浪费计算资源，同时也会给分布式集群调度软件主机造成较大压力。

但是信标频率的多普勒变化和通信频率的多普勒变化趋势是一致的（同一颗卫星的所有频率多普勒变化一致），所以可以利用信标频率的多普勒变化来完成系统内的频偏校正。其具体思路是分布式集群调度软件主机通过分布式应用程序协调软件里的过顶卫星ID表、天线位置表实时计算多普勒变化，并将其存入波束覆盖表里对应的通信信号上。执行机（含有下行计算任务）通过定期获取波束覆盖表里的多普勒变化，就可以实时向下行信号处理设备实施频偏校正。

示例性电子设备

下面，参考图5来描述根据本发明实施例的电子设备。图5图示了根据本发明实施例的电子设备的框图。

如图5所示，电子设备500包括一个或多个处理器510和存储器520。

处理器510可以是中央处理单元（CPU）或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备500中的其他组件以执行期望的功能。

存储器520可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（RAM）和/或高速缓冲存储器（cache）等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器（ROM）、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器510可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本发明的各个实施例的低轨卫星接收方法以及/或者其他期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储诸如类别对应关系等各种内容。

在一个示例中，电子设备500还可以包括：输入装置530和输出装置540，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构（未示出）互连。

此外，该输入设备530还可以包括例如键盘、鼠标、接口等等。该输出装置540可以向外部输出各种信息，包括分析结果等。该输出设备540可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

当然，为了简化，图5中仅示出了该电子设备中与本发明有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。

示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质

除了上述方法和设备以外，本发明的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种实施例的低轨卫星接收方法中的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，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设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本发明的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种实施例的低轨卫星接收方法中的步骤。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、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。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）、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种低轨卫星接收系统，其特征在于，包括：调度主机、至少三个下行跟星天线和至少三个下行信号处理设备；

所述调度主机分别与所述下行跟星天线和所述下行信号处理设备通信连接，用于对所述下行跟星天线进行调度，控制每一个下行跟星天线对一个卫星进行跟星并接收该卫星的下行信号；

所述下行跟星天线与所述下行信号处理设备通信连接，用于在所述调度主机的调度下，将所述下行信号发送至对应的下行信号处理设备以对下行信号进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星接收系统，其特征在于，还包括：至少三个上行直射波接收天线和至少三个上行数字信号处理设备；

所述调度主机分别与所述上行直射波接收天线和所述上行数字信号处理设备通信连接；

所述上行直射波接收天线与所述上行数字信号处理设备通信连接，用于进行上行信号的接收与变频，并在所述调度主机的调度，将变频后的上行信号发送至对应的上行数字信号处理设备以对上行信号进行处理。

3.根据权利要求2所述的一种低轨卫星接收系统，其特征在于，还包括：多个定位模块；

各所述定位模块分别设置在所述下行跟星天线和所述上行直射波接收天线上，且与所述调度主机通信连接，用于向所述调度主机上报所述下行跟星天线和所述上行直射波接收天线的位置信息；

所述调度主机具体用于基于所述下行跟星天线的位置信息和卫星的位置信息，确定所述下行跟星天线的跟星任务，并基于所述上行直射波接收天线的位置信息，调度所述上行直射波接收天线的上行信号接收任务。

4.根据权利要求2所述的一种低轨卫星接收系统，其特征在于，所述调度主机包括：多普勒频偏纠正模块和时间同步模块；

所述多普勒频偏纠正模块和时间同步模块用于对所述下行信号和所述上行信号进行多普勒频偏纠正和时间同步；

其中，所述多普勒频偏纠正模块和时间同步模块的参数信息是基于所述下行信号对应下行跟星天线的位置信息和所述下行信号对应卫星的位置确定的。

5.一种低轨卫星接收方法，其特征在于，应用于如权利要求1至4任一项所述的低轨卫星接收系统中，所述低轨卫星接收方法包括：

基于下行跟星天线的位置信息和星历数据，确定每一个所述下行跟星天线对应的过顶卫星；其中，所述星历数据包括卫星的位置变化规律；

控制所述下行跟星天线对对应的过顶卫星进行锁定跟踪，并接收所述过顶卫星的下行信号；

调度下行信号处理设备对所述下行信号进行处理。

6.根据权利要求5所述的一种低轨卫星接收方法，其特征在于，所述低轨卫星接收系统包括多个主机，所述低轨卫星接收方法还包括：

基于预设的选举算法在预设的多个主机中选举出调度主机。

7.根据权利要求5所述的一种低轨卫星接收方法，其特征在于，还包括：

基于所述过顶卫星的位置信息的变化，对下行信号进行多普勒频偏纠正和时间同步。

8.根据权利要求5所述的一种低轨卫星接收方法，其特征在于，当用于如权利要求2所述的低轨卫星接收系统时，所述低轨卫星接收方法包括：

调度上行数字信号处理设备对上行信号进行处理。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器，以及用于存储所述处理器可执行程序的存储器；

所述处理器，用于通过运行所述存储器中的程序，实现如权利要求5至8中任一项所述的低轨卫星接收方法。

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上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时使得所述处理器执行如权利要求5至8中任一项所述的低轨卫星接收方法。

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