CN116415109B - 低轨卫星的地球站确定方法、装置、电子设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种低轨卫星的地球站确定方法、装置、电子设备及介质。该方法在基于右手系地心坐标系，获取目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数后，基于当前地球站视轴截距的纬度，对位置概率密度函数进行处理，得到当前地球站在一个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积；当前地球站视轴截距的纬度与当前地球站的一个方位角相对应；若当前地球站的数量为多个时，基于各当前地球站对应的预设数量个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积，确定目标卫星对应的目标地球站。该方法根据轨道类型计算得到可视位置概率和，从而选取目标地球站，实现了在卫星寿命期间延长了与关联地球站的总可视时段。
Description
技术领域
本申请涉及数据处理技术领域，具体而言，涉及一种低轨卫星的地球站确定方法、装置、电子设备及介质。
背景技术
目前采用的传统低轨卫星的地球站选取方式一般是在地球上均匀随机选取三个地球站，且三个地球站均匀分布在地表，该选取方式并未考虑卫星轨道构型的相关特性。
然而，随着越来越多的低轨卫星正被投入使用，且互相之间存在干扰，当需要定点关机、保护被干扰卫星系统时，随机选取的地球站的可视窗口将被进一步压缩削减，缩短了地球站与卫星进行数据传输的窗口时长。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种低轨卫星的地球站确定方法、装置、电子设备及介质，用以解决了现有技术存在的上述问题，通过根据轨道类型挑选地理位置合适的地球站，可以延长了地球站与卫星进行数据传输的窗口时长。
第一方面，提供了一种低轨卫星的地球站确定方法，该方法可以包括：
基于右手系地心坐标系，获取目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数；其中，所述轨道壳与所述右手系地心坐标系中的赤道面相较于所述右手系地心坐标系中的x轴；所述位置概率密度函数包括所述目标卫星相对地心的纬度；
基于当前地球站视轴截距的纬度，对所述位置概率密度函数进行处理，得到所述当前地球站在一个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS；所述当前地球站视轴截距的纬度与当前地球站的一个方位角相对应；
若所述当前地球站的数量为多个时，基于各当前地球站对应的预设数量个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS，确定所述目标卫星对应的目标地球站。
在一个可选的实现中，基于各当前地球站对应的预设数量个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS，确定所述目标卫星对应的目标地球站，包括：
针对任一当前地球站，获取所述当前地球站对应的在预设数量个单位球体表面积AS中的最大单位球体表面积Amax；
基于最大单位球体表面积Amax，对所述预设数量个单位球体表面积AS进行归一化处理，得到相应方位角的权数；
对各方位角上的可视位置概率和相应方位角的权数进行加权求和，得到所述当前地球站的可视概率和；
根据多个当前地球站的可视概率和，查找满足预设可视概率条件的目标可视概率和，并将所述目标可视概率和对应的当前地球站确定为目标卫星对应的目标地球站。
在一个可选的实现中，对各方位角上的可视位置概率和相应方位角的权数进行加权求和，得到当前地球站的可视概率和，包括：
获取当前地球站对应的预设数量个方位角上的接收功率与噪声功率的功率谱密度比；
对各方位角上的可视位置概率、相应方位角的权数和相应方位角的功率谱密度比进行加权求和，得到当前地球站的可视概率和。
在一个可选的实现中，各当前地球站对应的预设数量个方位角的获取步骤包括：
针对任一当前地球站，将所述当前地球站的0-360°方位角以1°为步长进行取值，得到所述当前地球站的360个方位角。
在一个可选的实现中，所述右手系地心坐标系中的x-y平面对应赤道面，x轴指向空间任意方向；
基于右手系地心坐标系，获取目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数，包括：
获取所述目标卫星相对地心的纬度对应的纬度函数；
采用概率论的直接转换算法，对所述纬度函数、圆心角的概率密度函数进行处理，得到所述目标卫星在其轨道平面中的位置矢量的纬度概率密度函数；
获取所述目标卫星在其轨道平面中相对地心的位置矢量的经度概率密度函数；
基于所述纬度概率密度函数和经度概率密度函数，确定所述目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数。
在一个可选的实现中，所述纬度概率密度函数表示为：；
所述经度概率密度函数表示为：；
所述位置概率密度函数表示为：；
其中，为目标卫星的轨道壳上相对地心的纬度，λs为目标卫星出现在轨道壳上相对于地球表面参考点的经度，i为轨道平面相对于赤道平面的倾角。
在一个可选的实现中，基于当前地球站视轴截距的纬度，对所述位置概率密度函数进行处理，得到所述当前地球站在一个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS，包括：
将当前地球站的视轴截距的纬度对位置概率密度函数中的纬度进行更新，得到更新后的位置概率密度函数；
采用表面积分算法，对更新后的位置概率密度函数进行处理，得到所述当前地球站在一个方位角上的待求解的可视位置概率，所述待求解的可视位置概率包含未知的单位球体表面积AS；
采用预设的椭圆长轴算法，对当前地球站的天线波束指向x-y平面中轨道壳上形成的仰角、目标卫星的高度、地球半径和天线的波束宽度进行计算，得到天线波束和轨道壳相交的单位球体的椭圆长轴；
采用预设的椭圆短轴算法，对当前地球站的天线波束指向x-y平面中轨道壳上形成的仰角、目标卫星的高度、地球半径和天线的波束宽度进行计算，得到天线波束和轨道壳相交的单位球体的椭圆短轴；
基于所述单位球体的椭圆长轴和所述单位球体的椭圆短轴，确定所述单位球体表面积AS。
基于所述待求解的可视位置概率和所述单位球体表面积AS，获取所述单位球体表面积AS对应的可视位置概率。
第二方面，提供了一种低轨卫星的地球站确定装置，该装置可以包括：
获取单元，用于基于右手系地心坐标系，获取目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数；其中，所述轨道壳与所述右手系地心坐标系中的赤道面相较于所述右手系地心坐标系中的x轴；所述位置概率密度函数包括所述目标卫星相对地心的纬度；
处理单元，用于基于当前地球站视轴截距的纬度，对所述位置概率密度函数进行处理，得到所述当前地球站在一个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS；所述当前地球站视轴截距的纬度与当前地球站的一个方位角相对应；
确定单元，用于若所述当前地球站的数量为多个时，基于各当前地球站对应的预设数量个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS，确定所述目标卫星对应的目标地球站。
第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。
本申请实施例提供的低轨卫星的地球站确定方法可以基于右手系地心坐标系，获取目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数；轨道壳与右手系地心坐标系中的赤道面相较于右手系地心坐标系中的x轴；位置概率密度函数包括目标卫星相对地心的纬度；基于当前地球站视轴截距的纬度，对位置概率密度函数进行处理，得到当前地球站在一个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积；当前地球站视轴截距的纬度与当前地球站的一个方位角相对应；若当前地球站的数量为多个时，基于各当前地球站对应的预设数量个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积，确定目标卫星对应的目标地球站。该方法根据轨道类型计算得到可视位置概率和，并通过可视位置概率和来选取目标卫星对应的目标地球站可以在卫星寿命期间延长了与关联地球站的总可视时段，即数传时长。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种低轨卫星的地球站确定方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种右手系地心坐标系的示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种右手系地心坐标系的示意图；
图4为本申请实施例提供的再一种右手系地心坐标系示意图；
图5为本申请实施例提供的一种低轨卫星的地球站确定装置的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
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，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本申请实施例，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，都属于本申请保护的范围。
相比随机选取地球站，本申请提供的低轨卫星的地球站确定方法增加了地球站与低轨卫星数传的窗口时长，在低轨卫星寿命期间延长了与关联地球站的总“可视”时段。根据低轨卫星的轨道类型挑选地理位置合适的地球站可以有效降低干扰成本。
以下结合说明书附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请，并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1为本申请实施例提供的一种低轨卫星的地球站确定方法的流程示意图。如图1所示，该方法可以包括：
步骤S110、基于右手系地心坐标系，获取目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数。
其中，目标卫星为任一低轨卫星。如图2所示的右手系地心坐标系中x-y平面对应赤道面，x轴指向空间任意方向（通常为白羊座初点），为目标卫星的轨道壳上相对地心的纬度，/>是x轴与目标卫星位置矢量之间的圆心角；i为轨道平面相对于赤道平面的倾角；对于圆轨道卫星，/>是时间t的线性函数，即/>=2πt/τ,其中τ是轨道周期。
获取目标卫星相对地心的纬度对应的纬度函数；
其中，纬度函数可表示为：（2）
如果对圆轨道卫星位置矢量的圆心角进行随机采样，会发现角/>均匀分布在0~2π弧度之间。圆心角概率密度函数可表示为：/>(3)
采用概率论的直接转换算法，对纬度函数、圆心角的概率密度函数进行处理，得到目标卫星在其轨道平面中的位置矢量的纬度概率密度函数；具体的，卫星位置矢量的纬度密度函数可以使用概率论中的直接转换技术（即概率论的直接转换算法）找到。对于经过变换y = g(x)，且卫星位置矢量的纬度概率密度函数p(x)的随机变量x，可以证明随机变量y的概率密度函数p(y)由下式给出：(4)
其中：，且x1……,xn是y=g(x)的真根。
将公式（2）和公式（3）带入公式（4）中，可得出目标卫星在其轨道平面中的位置矢量的纬度概率密度函数，可表示为：(5)
其中，如果对卫星的纬度进行多次随机采样，则公式（5）表示将得到的函数。公式（5）仅在|| ≤轨道倾角i时成立。且/>(6)
之后，获取目标卫星在其轨道平面中相对地心的位置矢量的经度概率密度函数。具体的，为了使卫星出现在轨道壳上相对于地球表面参考点的特定经度λs，轨道平面必须在该经度处与轨道壳相交。这种情况发生的概率均匀分布在2π弧度内，即经度概率密度函数表示为：(7)
最后，由于假设卫星周期和地球自转没有直接关系，卫星的位置概率密度函数是两个独立事件的联合概率，基于纬度概率密度函数和经度概率密度函数，确定目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数，其可表示为：
(8)
步骤S120、基于当前地球站视轴截距的纬度，对位置概率密度函数进行处理，得到当前地球站在一个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积。
其中，当前地球站视轴截距的纬度与当前地球站的一个方位角相对应。
将当前地球站的视轴截距的纬度对位置概率密度函数中的纬度进行更新，得到更新后的位置概率密度函数；采用表面积分算法，对更新后的位置概率密度函数进行处理，得到当前地球站在一个方位角上的待求解的可视位置概率，该待求解的可视位置概率包含未知的单位球体表面积AS；
采用预设的椭圆长轴算法，对当前地球站的天线波束指向x-y平面中轨道壳上形成的仰角为δ0、目标卫星的高度h、地球半径re和天线的波束宽度φ3进行计算，得到天线波束和轨道壳相交的单位球体的椭圆长轴；
采用预设的椭圆短轴算法，对当前地球站的天线波束指向x-y平面中轨道壳上形成的仰角为δ0、目标卫星的高度h、地球半径re和天线的波束宽度φ3进行计算，得到天线波束和轨道壳相交的单位球体的椭圆短轴；
基于单位球体的椭圆长轴和单位球体的椭圆短轴，确定单位球体表面积AS，由此，基于待求解的可视位置概率和单位球体表面积AS，获取单位球体表面积AS对应的可视位置概率。
在一个具体的实施方式中，卫星位于轨道壳的有界区域内并且在接收天线的波束宽度（如3dB）内可视位置概率由表面积分给出：
(9)
对于轨道壳上任意定义的区域，公式（9）的通解是困难的。可以对公式（9） 进行两个简化假设，以获得对卫星可视位置概率的准确估计。实际情况是中地球站或地面站使用相对高增益天线，其圆形波束指向固定方位角和仰角。
（1）第一个简化假设涉及公式（9）中被积函数的分母。如果分母值在轨道壳上感兴趣的纬度范围内变化很小，则可以进行以下简化：
(10)
其中，表示为应用于表面积分的/>评估的加权因子。(如后面所示，取为当前地球站视轴截距的纬度)，这些假设大大简化了被积函数，因为它只是单位球体上的封闭表面积AS，并且概率降低为：
(11)
要解决的基本几何问题是：确定圆锥体（圆形天线波束）和球体（轨道壳）相交的面积AS。
（2）第二组假设促进了这一点。当锥体的角度尺寸足够小时，问题就变成了锥体与垂直于球体的平面在相交中心的交点。众所周知，相交会产生一个椭圆，对于一个单位球体，它包含一个区域：AS=πθaθb(12)
其中，θa为椭圆的半长轴，θb为椭圆的短半轴，两个角度都以rad（弧度）为单位测量。
对于AS的计算可以借助于图3来说明：
图3显示了在3维坐标系的x轴上的点P处的地球站。地球站天线的瞄准线指向x-y平面中的点Ps，仰角为δ0。圆弧Rs是从地面站到Ps的范围。地球站位置矢量P与Ps的地心夹角为θ0。椭圆的长轴位于x-y平面内，椭圆的短轴位于垂直于x-y平面的平面内。
椭圆的长轴可以使用仰角和圆心角之间的简单关系来确定：
(13)
其中，θ为圆心角，δ为仰角，β=1+h/re，h为目标卫星的高度，re为地球半径。
基于公式（13），对取最小有效仰角δ1和最大有效仰角δ2，且满足：
，由此，/>(14)
，由此，/>(15)
单位球面上椭圆的长半轴θa可表示为：(16)
(17)
其中，为当前地球站天线的波束宽度（通常为3 dB 波束宽度）。
进一步的，参考图3对于椭圆的短半轴的计算首先计算位于垂直于x-y平面的平面中的弧Sb。之后再确定圆弧Sb对应的圆心角。圆心角是单位球面上椭圆的短半轴。
(18)
(19)
然而,(20)
单位球面上椭圆的短半轴θb可表示为：
(21)
AS的值由公式（12）、公式（17）和公式（21）决定。注意θa、θb和φ3需以弧度表示，由此，AS可表示为：
（22）
步骤S130、若当前地球站的数量为多个时，基于各当前地球站对应的预设数量个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积，选取目标卫星对应的目标地球站。
具体实施中，针对任一当前地球站，获取当前地球站对应的在预设数量个单位球体表面积AS中的最大单位球体表面积Amax；其中，各当前地球站对应的预设数量个方位角的获取步骤可以包括：针对任一当前地球站，将当前地球站的0-360°方位角以1°为步长进行取值，得到当前地球站的360个方位角。
基于最大单位球体表面积Amax，对预设数量个单位球体表面积AS进行归一化处理，得到相应方位角的权数；
对各方位角上的可视位置概率和相应方位角的权数/>进行加权求和，得到当前地球站的可视概率和；
根据多个当前地球站的可视概率和，查找满足预设可视概率条件的目标可视概率和，并将目标可视概率和对应的当前地球站确定为目标卫星对应的目标地球站。
其中，预设可视概率条件可以为大于预设可视概率和阈值的条件。可以理解的是，若多个当前地球站的可视概率和中存在一个大于预设可视概率和阈值的可视概率和，则将该可视概率和确定为目标可视概率；若多个当前地球站的可视概率和中存在多个大于预设可视概率和阈值的可视概率和，则将该多个可视概率和均确定为目标可视概率；
或者，预设可视概率条件可以为选取多个当前地球站的可视概率和中概率和值最大的数个可视概率和，如多个当前地球站的可视概率和中概率和值最大的3个可视概率和。
在一个例子中，若地球表面存在三个地球站，且，每个地球站的0-360方位角中以1为步长依次取值、重复取值360次，即得到相应地球站的360个方位角。记录各方位角下的AS和对应，依次记为ASi和/>，其中，i表示第i个方位角。也就是说，各地球站均对应一对ASi和/>的数据，每对ASi和/>均对应360个方位角。之后，针对任一地球站选取Amax=max{AS1,AS2,…,AS360}，对ASi（i=1、2、…、360）进行归一化处理，即ASi/Amax，记为第i个方位角对应的权数/>。对各地球站的权数/>和/>进行加权求和得到可视概率和，可视概率和可表示为：S =/>，由此得到一个地球站的可视概率和S。若预设可视概率条件为选取三个当前地球站的可视概率和中概率和值最大的1个可视概率和，则从三个地球站的S中，选取S最大值对应的地球站作为目标卫星对应的目标地球站。
基于上述实施方式，为了提高计算的精确度，结合对应链路的性能找到观测目标卫星最合适的目标地球站，除了考虑可视位置概率和相应方位角的权数/>，还可以结合仰角δ进一步考虑当前地球站与对应目标卫星间的链路性能，即功率谱密度比Pr/N0对观测的影响。
卫星链路中的（信号功率与噪声功率比）是评估卫星通信系统性能的一种重要指标。/>表示接收信号的功率与系统噪声功率之比，它决定了接收端能否有效地识别和解码所接收到的信号。Pr通常指的是卫星信号在接收天线上的接收功率，它是由卫星发射功率、发射天线增益、卫星到地面接收站之间的路径损耗和接收天线增益等因素共同决定的。N0表示系统噪声功率，它是由系统中所有噪声源（如前置放大器、混频器等）产生的噪声功率总和决定的，通常以等效噪声温度和接收信号带宽的乘积来表示。/>越大，表示接收信号相对于系统噪声更强，这意味着接收端可以更容易地检测和解码所接收到的信号，从而提高通信质量和可靠性。
具体的，对一个地球站的可视概率和S与上述最小有效仰角δ1和最大有效仰角δ2之间的各个仰角δi对应的(Pr/N0)i值之和相乘，得到当前地球站的可视链路性能和S’的步骤，用公式表示为：
S’ =S *
由此结合业务特点，选取多个当前地球站的可视概率和S和可视链路性能和S’两个值中较大者，确定为目标卫星对应的目标地球站。
具体的，可通过以下参数来计算实际业务的功率谱密度比Pr/N0：
（1）计算接收信号功率（Pr）
接收功率是指接收端所接收到的信号功率，其计算公式为：
Pr= Pt + Gt + Gr – L
其中，Pt是卫星发射信号的功率；Gt和Gr分别是发射和接收天线的增益；L是信号传输过程中的总损耗，包括自由空间损耗LFS、雨衰Ar、大气衰减Aa等。该值单位为瓦特（W）或者分贝瓦特（dBW）。
（2）计算地球站与卫星数传窗口的自由空间损耗(LFS)。
LFS= 32.4 + 20 log(f(GHz)) + 20 log(path(m))；
其中，f为当前地球站某波束与目标卫星链路通信使用的中心频点，单位为GHz；path为卫星的轨道高度，单位为km。
（3）计算雨衰（Ar）
在卫星通信中，雨衰是指由于雨滴对微波信号的衰减。雨衰可结合地球站所处经纬度处地理位置，参考现有技术ITU Report ITU-R SA.2183中的方法进行计算。其中，计算雨衰过程中存在中间参数“倾斜路径Ls”，其与仰角有关，即不同仰角对应不同的雨衰值。
（4）计算大气损耗（Aa）
大气损耗是指由于大气对微波信号的吸收和散射引起的损耗。大气损耗可结合地球站所处经纬度处地理位置，参考现有技术ITU Report ITU-R SA.2183中的方法进行计算。
（5）计算总损耗（L）
总损耗是指雨衰和大气损耗的总和，其计算公式为：
L = LFS+ Ar + Aa
（6）计算噪声功率（N0）
N0 = k * T * B
其中，k是玻尔兹曼常数，T是接收天线的等效噪声温度，B是接收信号的带宽。该值单位为瓦特（W）或者分贝瓦特（dBW）。
（7）计算Pr/N0
Pr/N0是指接收功率和噪声功率之比，其计算公式为：
Pr/N0= Pr/N0
其中，Pr为接收信号功率，N0为噪声功率。
以上就是使用雨衰和大气损耗计算链路预算Pr/N0的详细计算过程及所涉及的参数定义。需要注意的是，这里只是一个基本的计算过程，实际的链路预算还需要考虑很多其他的因素，例如多径效应、信噪比容限、码率等等。
基于此，在得到当前地球站的可视概率和之后，还可以将得到当前地球站的可视概率和与相应地球站对应的自由空间损耗作差，得到当前地球站的新可视概率和。之后，可以根据多个当前地球站的新可视概率和，查找满足预设可视概率条件的目标可视概率和，并将目标可视概率和对应的当前地球站确定为目标卫星对应的目标地球站。
在一些实施例中，当前地球站视轴截距的纬度S的获取方式如下：
确定满足预设条件的斜球面三角形，该球面三角形为目标地球站点P、北极N和卫星S的星下点M在地球球面上截取的斜球面。如图4所示，斜球面三角形的弧a，弧b和弧c分别与角α、θaz和γ相对应。其中，弧a为正面弧，弧b和弧c为两个侧面弧且与z轴相交与一点，弧b和弧c的里另外一个点位于x-y平面中。其中，向量为地心到目标地球站点P的方向向量，向量/>是目标地球站天线指向到目标卫星的方向向量，向量/>是地心到目标卫星S的方向向量。角α是向量/>和S间在地心处的夹角，也是天线视轴与单位球体交点的相对经度。角α和γ是球面三角形的两个角对应弧。
天线指向角通常由天线方位角和仰角组合而成，用于指示天线的方向和姿态。在本实施例中，天线指向角根据方位角θaz（从P点的指北极方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角）和P点相对于本地水平面的仰角δx给出。目标地球站点P现在位于地心坐标系的x-z平面内，相对于地心的纬度为。
斜球面三角形的参数与物理参数的关系为：
（23）
（24）
（25）
天线视轴与单位球体相交处的纬度和交点的相对经度α由斜球面三角形边的余弦定律给出：
(26)
(27)
可知，根据公式（26）即可得到。
需要说明的是，λS是垂直于x-y平面且包含弧b和弧c的两个平面之间的角度。有了这个观察，当λS== 0时，从余弦定律获得：λS=α（28）
与上述方法对应的，本申请实施例还提供一种低轨卫星的地球站确定装置，如图5所示，该装置包括：
获取单元510，用于基于右手系地心坐标系，获取目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数；其中，所述轨道壳与所述右手系地心坐标系中的赤道面相较于所述右手系地心坐标系中的x轴；所述位置概率密度函数包括所述目标卫星相对地心的纬度；
处理单元520，用于基于当前地球站视轴截距的纬度，对所述位置概率密度函数进行处理，得到所述当前地球站在一个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS；所述当前地球站视轴截距的纬度与当前地球站的一个方位角相对应；
确定单元530，用于若所述当前地球站的数量为多个时，基于各当前地球站对应的预设数量个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS，确定所述目标卫星对应的目标地球站。
本申请上述实施例提供的低轨卫星的地球站确定装置的各功能单元的功能，可以通过上述各方法步骤来实现，因此，本申请实施例提供的低轨卫星的地球站确定装置中的各个单元的具体工作过程和有益效果，在此不复赘述。
本申请实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，包括处理器610、通信接口620、存储器630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。
存储器630，用于存放计算机程序；
处理器610，用于执行存储器630上所存放的程序时，实现如下步骤：
基于右手系地心坐标系，获取目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数；其中，所述轨道壳与所述右手系地心坐标系中的赤道面相较于所述右手系地心坐标系中的x轴；所述位置概率密度函数包括所述目标卫星相对地心的纬度；
基于当前地球站视轴截距的纬度，对所述位置概率密度函数进行处理，得到所述当前地球站在一个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS；所述当前地球站视轴截距的纬度与当前地球站的一个方位角相对应；
若所述当前地球站的数量为多个时，基于各当前地球站对应的预设数量个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS，确定所述目标卫星对应的目标地球站。
上述提到的通信总线可以是外设部件互连标准（Peripheral ComponentInterconnect，PCI）总线或扩展工业标准结构（Extended Industry StandardArchitecture，EISA）总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM），也可以包括非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、网络处理器（Network Processor，NP）等；还可以是数字信号处理器（Digital SignalProcessing，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。
由于上述实施例中电子设备的各器件解决问题的实施方式以及有益效果可以参见图1所示的实施例中的各步骤来实现，因此，本申请实施例提供的电子设备的具体工作过程和有益效果，在此不复赘述。
在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的低轨卫星的地球站确定方法。
在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的低轨卫星的地球站确定方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请实施例中的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请实施例中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，本申请实施例中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。
本申请实施例中是参照根据本申请实施例中实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。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、嵌入式处理机或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。
尽管已描述了本申请实施例中的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例中范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例中实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例中实施例的精神和范围。这样，倘若本申请实施例中实施例的这些修改和变型属于本申请实施例中权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请实施例中也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种低轨卫星的地球站确定方法，其特征在于，所述方法包括：
基于右手系地心坐标系，获取目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数；其中，所述位置概率密度函数包括所述目标卫星相对地心的纬度；
基于当前地球站视轴截距的纬度，对所述位置概率密度函数进行处理，得到所述当前地球站在一个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS；所述当前地球站视轴截距的纬度与当前地球站的一个方位角相对应；
若所述当前地球站的数量为多个时，基于各当前地球站对应的预设数量个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS，确定所述目标卫星对应的目标地球站；
其中，基于各当前地球站对应的预设数量个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS，确定所述目标卫星对应的目标地球站，包括：
针对任一当前地球站，获取所述当前地球站对应的在预设数量个单位球体表面积AS中的最大单位球体表面积Amax；
基于最大单位球体表面积Amax，对所述预设数量个单位球体表面积AS进行归一化处理，得到相应方位角的权数；
对各方位角上的可视位置概率和相应方位角的权数进行加权求和，得到所述当前地球站的可视概率和；
根据多个当前地球站的可视概率和，查找满足预设可视概率条件的目标可视概率和，并将所述目标可视概率和对应的当前地球站确定为目标卫星对应的目标地球站。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对各方位角上的可视位置概率和相应方位角的权数进行加权求和，得到当前地球站的可视概率和，包括：
获取当前地球站对应的预设数量个方位角上的接收功率与噪声功率的功率谱密度比；
对各方位角上的可视位置概率、相应方位角的权数和相应方位角的功率谱密度比进行加权求和，得到当前地球站的可视概率和。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各当前地球站对应的预设数量个方位角的获取步骤包括：
针对任一当前地球站，将所述当前地球站的0-360°方位角以1°为步长进行取值，得到所述当前地球站的360个方位角。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述右手系地心坐标系中的x-y平面对应赤道面，x轴指向空间任意方向；
基于右手系地心坐标系，获取目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数，包括：
获取所述目标卫星相对地心的纬度对应的纬度函数；
采用概率论的直接转换算法，对所述纬度函数、圆心角的概率密度函数进行处理，得到所述目标卫星在其轨道平面中的位置矢量的纬度概率密度函数；
获取所述目标卫星在其轨道平面中相对地心的位置矢量的经度概率密度函数；
基于所述纬度概率密度函数和经度概率密度函数，确定所述目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述纬度概率密度函数表示为：；
所述经度概率密度函数表示为：；
所述位置概率密度函数表示为：；
其中，为目标卫星的轨道壳上相对地心的纬度，λs为目标卫星出现在轨道壳上相对于地球表面参考点的经度，i为轨道平面相对于赤道平面的倾角。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于当前地球站视轴截距的纬度，对所述位置概率密度函数进行处理，得到所述当前地球站在一个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS，包括：
将当前地球站的视轴截距的纬度对位置概率密度函数中的纬度进行更新，得到更新后的位置概率密度函数；
采用表面积分算法，对更新后的位置概率密度函数进行处理，得到所述当前地球站在一个方位角上的待求解的可视位置概率，所述待求解的可视位置概率包含未知的单位球体表面积AS；
采用预设的椭圆长轴算法，对当前地球站的天线波束指向x-y平面中轨道壳上形成的仰角、目标卫星的高度、地球半径和天线的波束宽度进行计算，得到天线波束和轨道壳相交的单位球体的椭圆长轴；
采用预设的椭圆短轴算法，对当前地球站的天线波束指向x-y平面中轨道壳上形成的仰角、目标卫星的高度、地球半径和天线的波束宽度进行计算，得到天线波束和轨道壳相交的单位球体的椭圆短轴；
基于所述单位球体的椭圆长轴和所述单位球体的椭圆短轴，确定所述单位球体表面积AS；
基于所述待求解的可视位置概率和所述单位球体表面积AS，获取所述单位球体表面积AS对应的可视位置概率。
7.一种低轨卫星的地球站确定装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，用于基于右手系地心坐标系，获取目标卫星在轨道壳上相对于地心的位置概率密度函数；其中，所述位置概率密度函数包括所述目标卫星相对地心的纬度；
处理单元，用于基于当前地球站视轴截距的纬度，对所述位置概率密度函数进行处理，得到所述当前地球站在一个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS；所述当前地球站视轴截距的纬度与当前地球站的一个方位角相对应；
确定单元，用于若所述当前地球站的数量为多个时，基于各当前地球站对应的预设数量个方位角上的可视位置概率和相应的单位球体表面积AS，确定所述目标卫星对应的目标地球站；
若所述当前地球站的数量为多个时，所述确定单元，具体用于：
针对任一当前地球站，获取所述当前地球站对应的在预设数量个单位球体表面积AS中的最大单位球体表面积Amax；
基于最大单位球体表面积Amax，对所述预设数量个单位球体表面积AS进行归一化处理，得到相应方位角的权数；
对各方位角上的可视位置概率和相应方位角的权数进行加权求和，得到所述当前地球站的可视概率和；
根据多个当前地球站的可视概率和，查找满足预设可视概率条件的目标可视概率和，并将所述目标可视概率和对应的当前地球站确定为目标卫星对应的目标地球站。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存储的程序时，实现权利要求1-6任一所述的方法。
9.一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内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述的方法。
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