CN116783774A - 用于机动车辆的卫星通信模块 - Google Patents

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CN116783774A CN202180089011.XA CN202180089011A CN116783774A CN 116783774 A CN116783774 A CN 116783774A CN 202180089011 A CN202180089011 A CN 202180089011A CN 116783774 A CN116783774 A CN 116783774A
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Abstract

本发明涉及用于车辆(1)的卫星通信模块(10)，所述模块(10)包括电子控制单元(12)和能够与多个卫星通信的至少一个天线(11)，所述多个卫星由预定义的轨道轨迹和预定义的相同速度来表征：a)该至少一个天线(11)可根据多个配置进行配置，每个配置使得该至少一个天线(11)能够沿一个角度窗口辐射，每个角度窗口对应于由纵坐标和横坐标表征的一个天空区域，b)控制单元(12)包括存储区，所述存储区包括该至少一个天线的标定表，控制电路(12)被配置成适配该至少一个天线(11)的辐射，使其在相应的给定的时间间隔期间向所确定的至少一个角度窗口的方向辐射。

Description

用于机动车辆的卫星通信模块
技术领域
本发明涉及车辆的领域，特别是机动车辆的领域，并且更具体地涉及使得所述车辆能够与卫星通信的车辆通信模块。本发明尤其旨在使得能够实现车辆和一个或多个卫星之间的优化通信。
背景技术
众所周知，有些车辆称为“联网车辆”，并且能够与至少一个卫星通信。在目前情况下，这些卫星尤其是LEO(针对英语的“Low Earth Orbit”，低地球轨道)卫星，换言之，是定义在500km至1200km高度的低地球轨道上的卫星。每个卫星都以27000km/h的速度在其轨道上移动，因此每个联网车辆只能看到十几分钟。
为了与卫星通信，每个联网车辆尤其包括天线或天线阵列，通过其来中转信号、特别是射频信号。例如，每个联网车辆都配备有定向天线(antenne directive)，换言之，沿预定义的方向辐射的天线。
然而，由于定向天线仅向单个方向辐射，因此它对运动很敏感，因此在这里，对卫星相对于车辆的运动很敏感。由于该原因，天线和卫星之间的通信质量可能不可靠，换言之，可能不连续，并发生中断。
此外，定向天线对周围环境也很敏感，特别是因为多径现象。当射频信号通过多条路径从第一个点传播到第二个点时，会出现多径现象，这尤其是因为信号会被诸如建筑物或车辆之类的障碍物反射。因此，这种现象可能会导致射频信号衰减或丢失。
为了弥补这种情况，并且为了在天线和卫星之间获得可靠的通信链路，一种可能是使用更多的卫星。然而，这种解决方案成本高，并且由于卫星数量变多且在其轨道上彼此靠近，因此增加了可能的卫星间的干扰数量。
在另一种解决方案中，车辆包括动态跟踪系统，该系统包括机动化天线。动态跟踪系统控制机动化天线根据卫星位置改变天线的辐射方向。更具体地，动态系统检测卫星的位置，特别是使用“扫描”方法，然后控制机动化天线的移动，使得所述天线根据卫星的移动而朝向卫星。然而，监测卫星的位置非常耗时，并且消耗大量能量。
因此，需要使得能够至少部分地弥补这些缺点的解决方案。
发明内容
本发明涉及用于车辆、特别是机动车辆的卫星通信模块，所述通信模块包括电子控制单元和能够与多个卫星通信的至少一个天线，所述多个卫星由预定义的轨道轨迹和预定义的相同速度来表征：
a.所述至少一个天线可根据多个配置进行配置，每个配置使得所述至少一个天线能够沿预定义的多个角度窗口中的一个角度窗口辐射，每个角度窗口对应于由纵坐标和横坐标表征的一个天空区域，
b.控制单元包括存储区，所述存储区包括所述至少一个天线的标定表(table decalibration)，所述标定表表示从车辆看到的天空图(carte du ciel)并且包括多个列和多个行，每一行可通过一个纵坐标标识，每一列可通过一个横坐标标识，每一行和每一列的交汇处是标定表的一个格子，标示一个角度窗口，控制电路被配置成：
i.获得一组参数，该组参数包括：卫星的位置、轨道轨迹、和速度，以及车辆的位置、倾斜度(inclinaison)和/或朝向、和速度，
ii.基于所获得的该组参数来确定从车辆看到的卫星轨迹的部分，
iii.基于标定表来确定与在给定的时间间隔内在所确定的卫星轨迹的部分上的卫星位置相对应的至少一个角度窗口，
iv.适配所述至少一个天线的辐射，使其在相应的给定的时间间隔期间向所确定的至少一个角度窗口的方向辐射。
特别地，所述至少一个卫星以恒定的速度在被定义在恒定高度上的轨道上移动。
当通信模块确定能看到的卫星的轨迹部分时，通信模块基于所接收的参数来估计卫星的轨迹部分。因此，通信模块能够基于所估计的轨迹部分快速简单地确定随时间变化的卫星位置，而不再通过直接检测卫星的位置。此外，由于快速知道卫星在轨迹部分上的位置，配置模块能够适配所述至少一个天线向卫星位置的方向辐射。因此，通信模块使得能够确保通信模块和卫星之间的可靠通信信道。
此外，由于卫星从一个角度窗口移动进入另一个角度窗口，因此控制单元能够知道需要更改所述至少一个天线的配置以便对应于卫星所位于的新的角度窗口的时刻。这使得能够确保车辆和卫星之间的可靠且连续的通信信道。
当不再能看到第一个卫星时，控制单元被配置成配置所述至少一个天线，使得所述至少一个天线在第二卫星所位于的角度窗口中辐射。这使得能够确保车辆和多个卫星之间的可靠且连续的通信信道。
优选地，控制单元被配置成：
a.确定车辆的射频传播环境，所述射频传播环境定义了车辆附近环境中的射频信号的传播质量，以便标识车辆是否位于拥挤区域，
b.确定所述至少一个天线的标定表，其中根据车辆的传播环境来定义角度窗口的数量和每个角度窗口的尺寸，车辆的环境越拥挤，角度窗口的数量越少，每个角度窗口的尺寸越大。
因此，控制单元使得能够根据车辆附近环境的拥挤水平来自身确定标定表。
有利地，控制单元被配置成基于所获得的卫星的位置以及所获得的车辆的位置、速度、朝向和/或倾斜度来确定根据标定表的纵坐标和横坐标的卫星的初始位置，以便确定车辆所看到的卫星的轨迹部分。
这样确定的初始位置是使得控制单元能够确定卫星的轨迹部分的附加参数。
优选地，标定表的每个角度窗口与一组配置指令相关联，应用于所述至少一个天线的给定角度窗口的该组配置指令使得所述至少一个天线能够在所述给定的角度窗口中辐射，控制单元被配置成通过将与所确定的角度窗口相关联的该组配置指令发送到所述至少一个天线来适配所述至少一个天线，使其向所确定的所述角度窗口的方向辐射。
因此，控制单元可以简单地通过向所述至少一个天线发送一组配置指令而容易地根据卫星的位置适配所述至少一个天线的操作。
优选地，标定表中的每个纵坐标与一个预定时间间隔相关联，控制单元被配置成通过在与卫星在给定时刻所位于的角度窗口的纵坐标相关联的时间间隔内发送与所述角度窗口相关联的该组配置指令来适配所述至少一个天线的位置。
该时间间隔使得控制单元能够根据卫星所位于的角度窗口而知道何时发送该组配置指令。
更优选地，控制单元被配置成周期性地接收车辆的倾斜度和朝向，并且针对所获得的车辆的每个倾斜度和/或朝向，控制单元被配置成根据所获得的所述车辆的朝向和倾斜度通过应用平移和旋转来变换从车辆看到的卫星的轨道轨迹的部分。
本发明还涉及包括上述卫星通信模块的车辆。
本发明还涉及用于车辆的卫星通信方法，所述车辆包括如上所述的通信模块，所述方法包括以下步骤：
i.获得一组参数，该组参数包括：卫星的位置、轨道轨迹、和速度，以及车辆的位置、方向/朝向、和速度，
ii.基于所获得的该组参数来确定从车辆看到的卫星轨迹的部分，
iii.基于表格来确定与在给定的时间间隔内在所确定的卫星轨迹的部分上的卫星位置相对应的至少一个角度窗口，
iv.适配所述至少一个天线的辐射，使其在相应的给定的时间间隔期间向所确定的至少一个角度窗口的方向辐射。
优选地，在确定与卫星位置相对应的至少一个角度窗口的步骤之前，该方法包括以下步骤：
a.确定车辆的射频传播环境，所述射频传播环境定义了车辆附近环境中的射频信号的传播质量，以便标识车辆是否位于拥挤区域，
b.确定所述至少一个天线的标定表，其中根据车辆的传播环境来定义角度窗口的数量和每个角度窗口的尺寸，车辆的环境越拥挤，角度窗口的数量越少，每个角度窗口的尺寸越大。
更优选地，该方法在确定卫星轨迹部分的步骤之前包括基于所获得的卫星位置和所获得的车辆的位置、速度、朝向和/或倾斜度来确定卫星的初始位置的步骤。
本发明还涉及计算机程序产品，其值得注意之处在于，其包括一组程序代码指令，当一个或多个处理器执行所述程序代码指令时，所述程序代码指令将该一个或多个处理器配置成实施如上所述的方法。
附图说明
通过阅读下面的描述，本发明的其他特征和优点将变得更加明显。该描述纯粹是例证性的，并且应参考附图来阅读，其中：
图1示出了根据本发明的车辆的实施例，
图2示出了根据本发明的车辆能看到的角度窗口的一组纵坐标的示例，
图3示出了根据本发明的车辆能看到的角度窗口的一组横坐标的示例，
图4根据图2和图3所示的纵坐标和横坐标以二维形式示出了根据本发明的车辆能看到的一组角度窗口的平面图，
图5根据图2和图3所示的纵坐标和横坐标以三维形式示出了根据本发明的车辆能看到的一组角度窗口，
图6示出了根据本发明的安装在车辆中的天线的第一实施例，
图7示出了根据本发明的安装在车辆中的天线阵列的第二实施例的第一示例，
图8示出了根据本发明的安装在车辆中的通信模块和连接到通信模块的控制单元的车辆的一组装置，
图9示出了根据图2和图3所示的纵坐标和横坐标确定的车辆能看到的卫星轨迹部分，
图10示出了根据本发明的方法的实施例。
具体实施方式
现在将介绍用于车辆、特别是机动车辆的通信模块的实施例，其使得所述车辆能够与至少一个卫星通信。
卫星
至少一个卫星尤其是LEO(针对英语的“Low Earth Orbit”，低地球轨道)卫星，换言之，是定义在低地球轨道上的卫星。尤其是，LEO卫星以例如27000km/h的恒定速度在定义在恒定高度(例如，相对于地面在500km至1200km之间)上的轨道上移动。
换言之，每个LEO卫星都沿其特有的轨道轨迹移动，该轨道轨迹表示所述LEO卫星绕地球遵循的轨迹。
卫星尤其被配置成将其位置发送给存在于其覆盖区域内的车辆，所述覆盖区域表示该卫星在给定时刻看到的地面。
车辆
参考图1，根据本发明的车辆1尤其包括通信模块10，以便与至少一个LEO卫星通信。车辆1尤其包括定位装置21、环境传感器22、速度传感器23、车辆1的至少一个倾斜度传感器24和车辆1的至少一个朝向传感器25。
通信模块
仍然参考图1，通信模块10包括至少一个天线11和电子控制单元12。
天线11
该至少一个天线11是定向天线，因此能够沿特定方向辐射，以便与该至少一个卫星通信。此外，该至少一个天线11可根据多个配置进行配置。每个配置使得天线11能够沿预定义的多个角度窗口中的一个角度窗口辐射。换言之，每个配置都使得该至少一个天线11能够向一个预定义的角度窗口的方向辐射。每个角度窗口对应于车辆1能看到的一个天空区域，因此对应于该至少一个天线11能看到的一个天空区域，每个角度窗口由一个纵坐标和一个横坐标来表征。
参考图2，示出了一组纵坐标Xi的示例，i表示自然数，每个纵坐标Xi定义在车辆1的竖直纵平面中。“车辆1的竖直纵平面”理解为包括纵轴的平面，车辆1沿其延伸并且其平行于地垂线。尤其是，每个纵坐标Xi表示所述竖直纵平面的特定于所述纵坐标Xi的角扇区。每个角扇区从车辆1朝向天空。对应于每个纵坐标Xi的角扇区可以由相同的角度值定义，也可以不由相同的角度值定义。纵坐标Xi的数量是可更改的。
例如，该组纵坐标Xi的数量是9个，换言之，下标“i”是1到9的自然数。
类似地，参考图3，示出了一组横坐标Yi的示例，i表示自然数，每个横坐标Yi定义在车辆1的竖直横平面中。“车辆1的竖直横平面”理解为包括车辆1的横轴的平面，所述横轴被定义为与纵轴垂直并与地面平行的轴线，所述平面也平行于地垂线。尤其是，每个横坐标Yi表示所述竖直横平面的特定于所述横坐标Yi的角扇区。每个角扇区从车辆1朝向天空。对应于每个横坐标Yi的角扇区可以由相同的角度值定义，也可以不由相同的角度值定义。横坐标Yi的数量是可更改的。
例如，该组横坐标的数量是9个，换言之，下标“i”是1到9的自然数。
参考图4，示出了所有角度窗口的二维平面图的示例，换言之，示出了车辆1能看到的天空区域，其是根据纵坐标Xi和横坐标Yi定义的。换言之，图4示出了所有角度窗口的水平截面的俯视图或仰视图。该水平截面尤其是定义在该至少一个LEO卫星在其轨道轨迹上移动所处于的高度上。尤其是，每个角度窗口(换言之，从车辆1能看到的每个角度区域)具有凸四边形截面。例如，每个角度窗口具有大致矩形的截面。
根据另一实施例，每个角度窗口具有大致六边形的截面。
每个角度窗口与一组配置指令相关联。当与给定的角度窗口相关联的该组配置指令被应用于该至少一个天线11时，这使得该至少一个天线11能够沿该给定的角度窗口辐射，换言之，向该角度窗口的方向辐射。
因此，该至少一个天线11尤其可根据基于由该至少一个天线11接收的一组配置指令的配置来进行配置。换言之，当该至少一个天线11接收到一组配置指令时，该至少一个天线11实施所接收的指令。
参考图5，根据纵坐标Xi和横坐标Yi以三维形式示出了车辆1能看到的一组天空区域，换言之，一组角度窗口。
根据该至少一个天线11的第一实施例，通信模块10包括单个天线11。
例如，参考图6，单个天线11与至少一个无源元件相关联。每个无源元件例如是超材料110，被定义为具有电磁特性的复合材料。
当向超材料110供电时，于是其称为“有源”，并发射电磁辐射。可以独立地操控对每个超材料110的供电。因此，天线11的辐射方向是由天线11本身发射的辐射和由被供电的至少一个超材料110发射的电磁辐射的组合的结果。
每个超材料110对天线11的辐射方向的影响是已知的。因此，为了天线11向给定的辐射方向辐射，可以激活使得天线11能够沿该给定的方向辐射的至少一个超材料110。
在本例中，天线11的该组配置指令包括活动或不活动的状态组合，每个状态与一个超材料110相关。
根据该至少一个天线11的第二实施例，通信模块10包括天线阵列11。
参考图7，根据第一示例，天线阵列11是定向天线阵列，因此能够沿特定的方向辐射。每个天线11连接到放大器11-A和移相器11-B。包括天线11、连接到所述天线11的放大器11-1和移相器11-B的每个组合构成一个有源元件。
天线阵列11的辐射方向由每个有源元件的辐射的组合来定义。因此，通过移相器11-B更改每个有源元件的相位、放大器11-A更改每个有源元件的幅度，可以更改每个天线11的辐射，从而更改天线阵列11的辐射方向。
在本例中，与每个角度窗口相关联的该组配置指令由一组相位值和幅度值的组合来定义，相位值和幅度值的每个组合与天线阵列11的一个有源元件相关。
根据第二示例，天线阵列11包括彼此独立的多个天线11。天线阵列11中的每个天线11沿一个角度窗口辐射，换言之，沿该天线11特定的辐射方向辐射。因此，为了沿给定的角度窗口辐射，需要激活该多个天线11中的沿所述角度窗口辐射的天线11(换言之，向该天线11供电)，并且去激活该多个天线11中的所有其他天线11。
这里，与每个角度窗口相关联的该组配置指令由活动或不活动的状态组合来定义，每个状态与天线阵列11的一个天线11相关。
控制单元12
参考图8，控制单元12电连接到该至少一个天线11。此外，控制单元12尤其连接到至少一个定位装置21、至少一个环境传感器22、车辆1的速度传感器23、车辆1的至少一个倾斜度传感器24以及车辆1的至少一个朝向传感器25。
至少一个定位装置21被配置成确定车辆1的地理位置。至少一个定位装置21优选地是卫星定位装置，例如本领域技术人员已知的GPS(针对英语的“Global PositioningSystem”，全球定位系统)系统，或者本领域技术人员也已知的GNSS(卫星地理定位和导航系统)接收器。至少一个定位装置21还被配置成将所确定的车辆1的地理位置发送到控制单元12。
至少一个环境传感器22使得能够测量至少一个环境参数。
该至少一个环境参数使得控制单元12能够定义车辆1附近的环境，并且更具体地，定义车辆1的环境的拥挤水平。当车辆附近的环境包括大量竖直元素时，如植被、建筑物等，将这种环境称为“拥挤”。例如，拥挤环境对应于城市环境或者包括森林或众多高低起伏的乡村环境。相反的环境称为“开阔环境”。
至少一个环境传感器22可以例如被配置成基于对由该至少一个天线11接收的信号的频谱分析来确定车辆的射频传播环境。因此，至少一个环境传感器22定义了在车辆1附近的环境中的射频信号的传播质量。
至少一个环境传感器22还被配置成将至少一个测量的环境参数发送到控制单元12。
车辆1的速度传感器23被配置成测量车辆1的速度并将测量的速度值发送到控制单元12。
安装在车辆1中的至少一个倾斜度传感器24使得能够测量(尤其是周期性地测量)车辆1的所谓“横摇”运动，其被定义为车辆1绕所述车辆1的纵轴(称为“横摇轴”)的旋转运动。横摇运动尤其是当车辆1在弯道上行驶时由道路的变形或离心力的作用产生的。此外，至少一个倾斜度传感器24被配置成将横摇运动的每个测量值发送到控制单元12。
至少一个倾斜度传感器24还使得能够测量(尤其是周期性地测量)车辆1的所谓“纵摇”运动，其被定义为车辆1绕所述车辆1的横轴(称为“纵摇轴”)的旋转运动。纵摇运动尤其表示当车辆1在起伏的道路上行驶时车辆1的运动。此外，至少一个倾斜度传感器24被配置成将纵摇运动的每个测量值发送到控制单元12。
根据另一示例，显然车辆1可以包括被配置成测量横摇运动的第一倾斜度传感器和被配置成测量纵摇运动的第二倾斜度传感器。
车辆1的至少一个朝向传感器25使得能够测量(尤其是周期性地测量)车辆1的所谓“首摇”运动，其被定义为车辆绕所述车辆1的竖直轴(称为“首摇轴”)的旋转运动。首摇运动尤其表示车辆1的移动方向。此外，至少一个朝向传感器25被配置成将首摇运动的每个测量值发送到控制单元12。
仍然参考图8，控制单元12包括存储区MEM。存储区MEM中记录有以下信息：LEO卫星的一组速度值、LEO卫星的一组轨道轨迹、转换表和一组拥挤水平。
该组速度值中的每个速度值都与一个标识符相关联。
该组轨道轨迹中的每个轨道轨迹都与一个标识符相关联。
“转换”表包括表示相对于卫星轨道轨迹的车辆1的朝向和/或倾斜度的影响的一组参数。换言之，转换表使得能够通过应用平移和旋转以本身已知的方式根据所述车辆1的朝向和倾斜度来变换从车辆1看到的卫星的轨道轨迹。
该组拥挤水平定义了车辆1的环境的拥挤。换言之，拥挤水平定义了车辆1的射频传播环境。例如，该组水平包括水平ni，i是定义在1和N之间的自然数，N是大于等于2的自然数。例如，水平ni的下标i越大，与所述水平ni相关的环境就越拥挤。在另一示例中，水平ni的下标i越小，与所述水平ni相关的环境就越拥挤。
控制单元12被配置成接收由至少一个定位装置21确定并发送的车辆1的地理位置和/或由环境传感器22测量的至少一个参数。
在控制单元12的第一实施例中，控制单元12的存储区MEM中记录有该至少一个天线11的预定标定表。
标定表包括多个列和多个行。每一行可由一个纵坐标Xi标识。每一列可由一个横坐标Yi标识。每一行和每一列的交汇处是标定表的一个格子，标示一个角度窗口，每个角度窗口由其特有的宽度和长度来表征。长度标示角度窗口沿车辆1的纵轴的截面的尺寸。宽度标示角度窗口沿车辆1的横轴的截面的尺寸。
因此，标定表表示从车辆1看到的天空图，并且尤其是图4所示的一组角度窗口的二维平面图。
此外，与位于同一行中的每个格子(换言之，具有相同纵坐标Xi的格子)相关联的长度之和等于该至少一个天线11能看到的总长度。与位于同一列中的每个格子(换言之，具有相同横坐标Yi的格子)相关联的宽度之和等于该至少一个天线11能看到的总宽度。
此外，每个角度窗口都与一组配置指令相关联。每组指令可以是预确定的并记录在存储区MEM中，或者可以由控制单元12来确定。
在控制单元12的第二实施例中，控制单元12被配置成确定车辆1的射频传播环境，其定义车辆1附近环境中的射频信号的传播质量，以便标识车辆1是否位于拥挤区域。
为此，控制单元12被配置成接收由定位装置21发送的地理位置和/或由环境传感器22发送的至少一个环境参数。
控制单元12被配置成通过从记录在存储区MEM中的一组环境水平中选择与车辆1的环境适配的拥挤水平ni来基于所接收的地理位置或基于所接收的至少一个环境参数确定车辆1的环境的拥挤水平ni。
更确切地说，基于地理位置，控制单元12被配置成确定车辆1是否位于城市区域中。基于至少一个环境参数，控制单元12被配置成确定车辆1的环境中是否存在障碍物，例如植被、起伏或建筑物。城市区域和障碍物的存在对应于拥挤环境。
在控制单元12的所述第二实施例中，控制单元12还被配置成基于所确定的拥挤水平ni来确定该至少一个天线11的标定表。
角度窗口的数量和每个角度窗口的尺寸是根据车辆1的环境定义的，并且更确切地说是根据所确定的拥挤水平ni定义的。
传播环境越拥挤，角度窗口的数量越少，每个角度窗口的尺寸越大。
此外，控制单元12被配置成针对所确定的标定表的每个角度窗口确定一组配置指令，并且将所确定的该组配置指令与相应的角度窗口相关联。
由控制单元12这样确定的标定表记录在控制单元12的存储区MEM中。类似地，被确定并与角度窗口相关联的每组配置指令也记录在控制单元12的存储区MEM中。
控制单元12被配置成获得一组参数，其中包括车辆1能看到的卫星的位置(与所述卫星的标识符相关联)、所述卫星的速度、车辆1的地理位置和速度以及车辆1的朝向和/或倾斜度。
更确切地说，当卫星位于一角度窗口中时，因此当卫星位于所述车辆1能看到的一个区域中时，控制单元12通过接收卫星的位置来获得卫星的位置。卫星的位置可以是由卫星本身预先发送的，或者是由另一卫星发送的，或者是由其他结构发送的，比如由固定的地面站发送的，该地面站随时都知道每个卫星的位置。
控制单元12被配置成通过接收卫星自身或固定地面站发送的卫星速度值、或者通过从记录在存储区MEM中的一组速度值中选择与所接收的卫星位置相关联的标识符相对应的速度值来获得卫星的速度。
控制单元12通过接收由至少一个定位装置21确定并发送的地理位置来获得车辆的地理位置。控制单元12通过接收由车辆1的速度传感器23测量并发送的速度值来获得车辆1的速度。
控制单元12基于所接收的纵摇运动的每个测量值和横摇运动的每个测量值获得车辆1的倾斜度。作为回顾，横摇运动的每个测量值和纵摇运动的每个测量值是由车辆1的至少一个倾斜度传感器24发送的(尤其是周期性地发送的)。
控制单元12基于每个接收的首摇运动的测量值获得车辆1的朝向。作为回顾，首摇运动的每个测量值是由车辆1的至少一个朝向传感器25发送的(尤其是周期性地发送的)。
控制单元12被配置成基于与卫星或固定地面站发送的接收到的卫星位置相关联的标识符以及记录在存储区MEM中的一组轨道轨迹来获得该卫星的轨道轨迹。根据该实施例，控制单元12从存储区MEM中选择对应于所接收的标识符的轨迹。
作为另一示例，控制单元12被配置成通过直接接收由地面站或卫星本身发送的该卫星的轨道轨迹来标识所述卫星的轨道轨迹。
控制单元12被配置成根据记录在存储区MEM中的标定表中的每个角度窗口的长度将时间间隔与所述角度窗口相关联。
更确切地说，对于每个角度窗口，控制单元12通过将所获得的卫星速度乘以所述角度窗口的长度来确定持续时间。所获得的持续时间对应于该时间间隔。
根据另一示例，控制单元12被配置成根据所述角度窗口的宽度、通过针对每个角度窗口将所获得的卫星速度乘以所述角度窗口的宽度来将时间间隔与记录在存储区MEM中的标定表中的每个角度窗口相关联。
控制单元12被配置成基于所接收的卫星位置、所获得的车辆1的位置、车辆1的速度以及所述车辆1的朝向和倾斜度来确定卫星相对于车辆1的初始位置。更确切地说，控制单元12被配置成根据记录在存储区MEM中的标定表中的纵坐标Xi和横坐标Yi来定义卫星的初始位置。
控制单元12还被配置成将卫星的初始位置与初始时刻相关联。
例如，参考图9，示出了根据图4所示的所有角度窗口的平面图的纵坐标Xi和横坐标Yi确定的卫星的初始位置Pi。
控制单元12还被配置成基于所确定的卫星的初始位置、所获得的卫星的轨道轨迹以及所获得的所述车辆1的朝向和倾斜度来确定车辆1所看到的卫星的轨迹部分。更确切地说，控制单元12被配置成根据记录在存储区MEM中的标定表中的纵坐标Xi和横坐标Yi来定义车辆看到的卫星的轨迹部分。
参考图9，示出了根据图4所示的所有角度窗口的平面图的纵坐标Xi和横坐标Yi确定的卫星轨道的部分Ts。
此外，如果车辆1正在过弯道，或者如果车辆1在蜿蜒起伏的道路上行驶，则车辆1的朝向和倾斜度会发生变化，这也会改变车辆1能看到的卫星轨迹部分。因此，控制单元12还被配置成更新所确定的车辆1看到的卫星轨迹部分。
因此，由于控制单元12周期性地接收首摇运动的测量值、横摇运动的测量值和纵摇运动的测量值，因此控制单元12定期获得车辆1的朝向和倾斜度。更确切地说，当控制单元12获得朝向和倾斜度时，控制单元12被配置成根据通过使用记录在存储区MEM中的转换表获得的所述车辆1的朝向和倾斜度来变换所确定的从车辆看到的卫星轨道轨迹的部分。
转换表使得控制单元12能够知道将何种类型的平移和/或旋转应用于待转换的所确定的轨道轨迹部分。
根据另一实施例，控制单元12被配置成自己确定将何种类型的平移和/或旋转应用于所确定的轨道轨迹部分，以便更新所述所确定的轨道轨迹部分。
控制单元12还被配置成基于记录在存储区MEM中的标定表来确定至少一个角度窗口，该至少一个角度窗口对应于在给定时间间隔内卫星在所确定的卫星轨道轨迹部分上的位置。
换言之，控制单元12被配置成从标定表确定至少一个角度窗口，该标定表包括所确定的卫星轨道轨迹部分的至少一个位置。
例如，参考图9，包括所确定的卫星轨迹部分的至少一个位置的所确定的角度窗口用阴影线标出，并且对应于以下坐标：(X8；Y5)、(X9；Y5)、(X5；Y4)、(X6；Y4)和(X7；Y4)。
此外，控制单元12被配置成根据卫星通过所确定的该组角度窗口中的每个角度窗口的顺序来对所确定的该组角度窗口进行排序。例如，根据图9所示的示例，控制单元12被配置成以以下顺序对角度窗口进行排序：(X5；Y4)、(X6；Y4)、(X7；Y4)、(X8；Y5)和(X9；Y5)。
因此，第一个角度窗口对应于与卫星的初始位置Pi相对应的角度窗口，换言之，对应于坐标为(X5；Y4)的角度窗口。第二个角度窗口对应于卫星在离开第一个角度窗口后经过的角度窗口，因此，这里对应于坐标为(X6；Y4)的角度窗口，以此类推。
控制单元12还被配置成适配该至少一个天线11的辐射，使其在相应的给定时间间隔期间向所确定的至少一个角度窗口的方向辐射。
换言之，控制单元12被配置成通过向该至少一个天线11传输(换言之，发送)至少一组配置指令来操控该至少一个天线11。
在给定时刻，要发送的该组配置指令对应于与如下角度窗口相关联的该组配置指令，所述角度窗口对应于卫星在所述给定时刻在所确定的轨道轨迹部分上的位置。在与所述角度窗口的纵坐标Xi或横坐标Yi相关联的时间间隔上发送该组配置指令。
例如，在与所确定的初始位置Pi相关联的初始时刻，控制单元12被配置成向该至少一个天线11发送与第一角度窗口相关联的该组配置指令。此外，控制单元12被配置成在与第一角度窗口的纵坐标Xi或横坐标Yi相关联的时间间隔上发送该组配置指令。
类似地，控制单元12被配置成在与所述第二角度窗口的纵坐标Xi或横坐标Yi相关联的时间间隔上向该至少一个天线11发送所述第二窗口的该组配置指令，以此类推。
控制单元12包括能够实施使得能够实现这些功能的一组指令的处理器。
控制单元12还被配置成确定不再能看到该LEO卫星的时刻。此外，控制单元12被配置成通过获得第二卫星的位置来确定是否能看到所述第二卫星。于是，当不再能看到第一卫星时，控制单元12因此被配置成针对所述第二卫星再现上述所有动作。
换言之，当不再能看到该卫星时，控制单元12因此使得能够保证通信模块10与能看到的第二卫星之间的通信链路没有中断，以此类推。因此，控制单元12使得能够获得车辆1的通信模块10和卫星之间的连续的通信链路。
方法
参考图10，现在将介绍由如上所述的通信模块10实施的根据本发明的方法的实施例。
在该方法的第一实施例中，该方法由控制单元12的第一实施例实施，在该第一实施例中，标定表是预确定的并记录在控制单元12的存储区中。
在该方法的第二实施例中，该方法包括确定车辆1的射频传播环境的步骤E0，所述射频传播环境定义车辆附近环境中的射频信号的传播质量，以便标识车辆1是否位于拥挤区域。
在该步骤期间，控制单元12接收由定位装置21发送的车辆1的地理位置和由至少一个环境传感器22发送的至少一个环境参数。
地理位置使得控制单元12能够确定车辆1是否位于城市区域，因此使得能够确定车辆1是否位于拥挤区域。该至少一个环境参数使得控制单元12能够确定在车辆1附近的环境中是否存在障碍物。在确定存在障碍物的情况下，车辆1附近的环境也被定义为“拥挤环境”。
因此，控制单元12通过从记录在存储区MEM中的一组环境水平中选择与车辆1的环境适配的拥挤水平ni来确定车辆1的环境的拥挤水平ni。
仍在该方法的第二实施例中，该方法包括基于拥挤水平ni来确定标定表的步骤E0'。
根据车辆1的传播环境来定义角度窗口的数量和每个角度窗口的尺寸。
此外，每个角度窗口的尺寸与所确定的车辆1的射频传播环境的拥挤度成比例。
例如，当拥挤水平ni低时，换言之，当环境开阔时，标定表包括分布在该至少一个天线11能看到的总长度和总宽度上的数量较多而尺寸相对较小的角度窗口。
作为另一示例，当拥挤水平ni高时，标定表包括分布在该至少一个天线11能看到的总长度和总宽度上的数量较少而尺寸相对较大的角度窗口。尤其是，当拥挤水平ni非常高时，标定表可以包括单个角度窗口。
此外，在确定标定表的步骤E0'期间，控制单元12针对标定表中的每个角度窗口确定该至少一个天线11的一组配置指令。此外，控制单元12将所确定的每组配置指令与相应的角度窗口相关联。
最后，将这样确定的标定表和与每个角度窗口相关联的该组配置指令记录在存储区MEM中。
对于给定的卫星，该方法然后包括由卫星本身发送与所述卫星的标识符相关联的所述卫星的位置的步骤E1。实际上，当LEO卫星在其轨道上移动时，所述卫星会在其覆盖区域上定期发送其位置。
在另一实施例中，卫星的位置可以是由另一卫星或地面站预先发送的。
然后，该方法包括存在于卫星覆盖区域中的每个车辆1的至少一个天线11接收所发送的卫星位置的步骤。
对于其至少一个天线11接收到了卫星位置的车辆1，该方法然后包括向所述车辆1的控制单元12传输所接收的卫星位置的步骤E3。
然后，该方法包括控制单元12获得一组参数的步骤E4，该组参数包括LEO卫星的位置、LEO卫星的速度、以及车辆1的位置、方向和/或朝向、和速度。
更确切地说，控制单元12经由该至少一个天线11接收卫星的位置。
控制单元12通过接收由卫星本身或地面站发送的LEO卫星的速度值、或者通过从记录在存储区MEM中的一组速度值中选择与跟所接收的卫星位置相关联的标识符相对应的速度值来获得卫星的速度。
控制单元12接收由定位装置21确定并发送的车辆1的地理位置。控制单元12接收由车辆1的速度传感器23测量并发送的车辆1的速度值。
控制单元12基于所接收的纵摇运动的每个测量值和横摇运动的每个测量值获得车辆1的倾斜度。控制单元12基于所接收的首摇运动的每个测量值获得车辆1的朝向。
在获得了该组参数之后，该方法包括获得卫星的轨道轨迹的步骤，在该步骤期间，控制单元12基于与所接收的卫星位置相关联的标识符来标识卫星的轨道轨迹。更确切地说，控制单元12被配置成选择记录在存储区MEM中的与所述标识符相关联的轨道轨迹。
在获得轨道轨迹的步骤的另一实施例中，控制单元12接收由地面站直接发送的卫星的轨道轨迹。
然后，该方法包括将时间间隔与每个角度窗口相关联的步骤E5。
根据第一实施例，针对每个角度窗口，控制单元12通过将记录在存储区MEM中的所获得的卫星速度乘以所述角度窗口的长度来确定持续时间。所获得的持续时间对应于该时间间隔。
卫星的速度也可以是由地面站发送的。
在获得了该组参数之后，或者在关联步骤E5之后，该方法还包括基于所接收的卫星位置和所接收的车辆1的位置、速度、朝向和/或倾斜度来确定卫星相对于车辆1的初始位置的步骤E6。在该步骤期间，卫星的初始位置是根据记录在存储区中的标定表中的纵坐标Xi和横坐标Yi定义的。
在所述确定步骤E6期间，将初始位置与初始时刻相关联。
然后，该方法包括基于所确定的卫星的初始位置Pi和记录在存储区MEM中的卫星的轨迹来确定车辆1看到的卫星轨迹部分的步骤E7。在该步骤期间，车辆看到的卫星轨迹部分因此是根据记录在存储区MEM中的标定表中的纵坐标Xi和横坐标Yi定义的。
此外，在此之后，该方法还包括更新所确定的卫星轨道部分的至少一个步骤E7'。实际上，控制单元12周期性地接收首摇运动的测量值、横摇运动的测量值和纵摇运动的测量值。因此，控制单元12周期性地获得车辆1的倾斜度和朝向。这使得控制单元12能够根据所获得的车辆1的朝向和倾斜度以及转换表来变换所确定的卫星轨迹部分。
然后，该方法包括基于记录在存储区MEM中的标定表来确定与在给定时间间隔内在所确定的卫星轨道部分上的卫星位置相对应的至少一个角度窗口的步骤E8。此外，一旦确定了包括车辆看到的卫星轨迹的至少一个位置的该组角度窗口，控制单元12就根据卫星经过所确定的该组角度窗口中的每个角度窗口的顺序来对该组角度窗口排序。
此外，如果所确定的卫星轨迹部分已被更新，则该方法包括确定与在该卫星轨迹部分上的卫星位置相对应的至少一个角度窗口的另一步骤。
一旦确定了至少一个角度窗口，该方法就包括适配该至少一个天线11的辐射的步骤E9。这里尤其是，控制单元12在与第一角度窗口的纵坐标Xi或横坐标Yi相关联的时间间隔上向该至少一个天线11发送与卫星经过的第一角度窗口相关联的该组配置指令。因此，该至少一个天线11在第一角度窗口中辐射。
控制单元12然后对排序后的每个角度窗口进行同样的操作。当与第一角度窗口相关联的时间间隔结束时，控制单元12通过在与第二角度窗口的纵坐标Xi或横坐标Yi相关联的时间间隔上发送与卫星的位置所经过的第二角度窗口相关联的该组配置指令来适配该至少一个天线11的辐射。这样，该至少一个天线11在第二角度窗口中辐射。
当控制单元12已针对每个确定的窗口发送了该组配置指令时，这意味着接下来不再能看到该卫星了。
因此，当不再能看到该卫星时，尤其是在该至少一个天线11接收到了在车辆1能看到的天空区域之一中移动的第二卫星的位置之后，重复该方法。因此，该方法使得能够保证通信模块10和能看到的第二卫星等等之间的通信链路，而没有中断。
因此，通信模块10的控制单元12以及该方法使得该至少一个天线11能够在卫星所位于的角度窗口中辐射，从而使得能够确保通信模块10和卫星之间的可靠通信信道。然后，该方法和控制单元12使得能够确保通信模块10和第二卫星等等之间的通信信道，而没有中断。

Claims (10)

1.用于车辆(1)的卫星通信模块(10)，所述通信模块(10)包括电子控制单元(12)和能够与多个卫星通信的至少一个天线(11)，所述多个卫星由预定义的轨道轨迹和预定义的相同速度来表征：
a)所述至少一个天线(11)可根据多个配置进行配置，每个配置使得所述至少一个天线(11)能够沿预定义的多个角度窗口中的一个角度窗口辐射，每个角度窗口对应于由纵坐标(Xi)和横坐标(Yi)表征的一个天空区域，
b)控制单元(12)包括存储区(MEM)，所述存储区(MEM)包括所述至少一个天线(11)的标定表，所述标定表表示从车辆(1)看到的天空图并且包括多个列和多个行，每一行可通过一个纵坐标(Xi)标识，每一列可通过一个横坐标(Yi)标识，每一行和每一列的交汇处是标定表的一个格子，标示一个角度窗口，控制电路(12)被配置成：
i)获得一组参数，该组参数包括：卫星的位置、轨道轨迹、和速度，以及车辆(1)的位置、倾斜度和/或朝向、和速度，
ii)基于所获得的该组参数来确定从车辆(1)看到的卫星轨迹部分，
iii)基于标定表来确定与在给定的时间间隔内在所确定的轨迹部分上的卫星位置相对应的至少一个角度窗口，
iv)适配所述至少一个天线(11)的辐射，使其在相应的给定的时间间隔期间向所确定的至少一个角度窗口的方向辐射。
2.根据前一权利要求所述的通信模块(10)，其中，控制单元(12)被配置成：
i)确定车辆(1)的射频传播环境，所述射频传播环境定义了车辆(1)附近环境中的射频信号的传播质量，以便标识车辆(1)是否位于拥挤区域，
ii)确定所述至少一个天线(11)的标定表，其中根据车辆(1)的传播环境来定义角度窗口的数量和每个角度窗口的尺寸，车辆(1)的环境越拥挤，角度窗口的数量越少，每个角度窗口的尺寸越大。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的通信模块，其中，控制单元(12)被配置成基于所获得的卫星的位置以及所获得的车辆(1)的位置、速度、朝向和/或倾斜度来确定根据标定表的纵坐标(Xi)和横坐标(Yi)的卫星的初始位置(Pi)，以便确定车辆(1)所看到的卫星轨迹部分。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的通信模块(10)，其中，标定表的每个角度窗口与一组配置指令相关联，应用于所述至少一个天线(11)的给定角度窗口的该组配置指令使得所述至少一个天线(11)能够在所述给定的角度窗口中辐射，控制单元(12)被配置成通过将与所确定的角度窗口相关联的该组配置指令发送到所述至少一个天线(11)来适配所述至少一个天线，使其向所确定的所述角度窗口的方向辐射。
5.根据前一权利要求所述的通信模块(10)，其中，标定表中的每个纵坐标(Xi)与一个预定时间间隔相关联，控制单元(12)被配置成通过在与卫星在给定时刻所位于的角度窗口的纵坐标(Xi)相关联的时间间隔内发送与所述角度窗口相关联的该组配置指令来适配所述至少一个天线(11)的位置。
6.根据前述权利要求中的一项所述的通信模块(10)，其中，控制单元(12)被配置成周期性地接收车辆(1)的倾斜度和朝向，并且针对所获得的车辆(1)的每个倾斜度和/或朝向，控制单元(12)被配置成根据所获得的所述车辆(1)的朝向和倾斜度通过应用平移和旋转来变换从车辆(1)看到的卫星的轨道轨迹的部分。
7.车辆(1)，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的卫星通信模块(10)。
8.用于车辆(1)的卫星通信方法，所述车辆(1)包括根据权利要求1至6中的任一项所述的通信模块(10)，所述方法包括以下步骤：
i)获得(E4)一组参数，该组参数包括：卫星的位置、轨道轨迹、和速度，以及车辆(1)的位置、倾斜度和/或朝向、和速度，
ii)基于所获得的该组参数来确定(E7)从车辆(1)看到的卫星轨迹部分，
iii)基于标定表来确定(E8)与在给定的时间间隔内在所确定的轨迹部分上的卫星位置相对应的至少一个角度窗口，
iv)适配(E9)所述至少一个天线(11)的辐射，使其在相应的给定的时间间隔期间向所确定的至少一个角度窗口的方向辐射。
9.根据前一权利要求所述的方法，在确定(E8)与卫星位置相对应的至少一个角度窗口的步骤之前，该方法包括以下步骤：
i)确定(E0)车辆(1)的射频传播环境，所述射频传播环境定义了车辆(1)附近环境中的射频信号的传播质量，以便标识车辆(1)是否位于拥挤区域，
ii)确定(E0')所述至少一个天线(11)的标定表，其中根据车辆(1)的传播环境来定义角度窗口的数量和每个角度窗口的尺寸，车辆(1)的环境越拥挤，角度窗口的数量越少，每个角度窗口的尺寸越大。
10.计算机程序产品，其特征在于，其包括一组程序代码指令，当一个或多个处理器执行所述程序代码指令时，所述程序代码指令将该一个或多个处理器配置成实施根据权利要求8至9中的任一项所述的方法。
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