CN117254847B - 一种低轨卫星终端快速搜星方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低轨卫星终端快速搜星方法及装置，该方法包括：获取卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获；当卫星终端无法捕获低轨卫星时，卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并计算得到卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息；卫星终端计算得到准确的天线指向信息，并调整准确的天线指向信息，获取低轨卫星下发的同步信号；卫星终端根据低轨卫星下发的同步信号，建立与低轨卫星的上下行业务通道实现低轨卫星终端快速搜星。本发明利用多颗高轨卫星估计卫星终端位置，并获取高精度星历信息和时间信息，实现对低轨卫星的快速搜索和捕获。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种低轨卫星终端快速搜星方法及装置。
背景技术
传统高轨卫星终端的搜星方法是基于已知的高精度高轨卫星的位置信息，通过定位和惯导设备获取自身的位置和姿态信息，计算得出终端天线的方位角和仰角后，控制天线转动，使其天线最大增益方向指向卫星，然后对高轨卫星的信标信号进行单脉冲或步进跟踪调整，完成精准对星。
然而，此种方法并不能够在低轨星座场景下使用，低轨星座卫星通信系统是通过低轨星座进行信号转发的卫星通信系统。目前世界上在建或已经建设完成的低轨星座卫星通信系统主要有starlink、O3B、OneWeb、Telesat等，我国主要有虹云、鸿雁等系统。低轨卫星具有星座数量多，卫星高速运行，过顶时间短，工作频率高，无信标信号等特点。
(1)空间段
空间段由低轨道卫星星座组成。卫星星座是发射入轨能正常工作的卫星的集合，通常是由一些卫星环按一定的方式配置组成的一个卫星网。低轨道卫星星座是若干个低轨道卫星组成的低轨卫星网。
(2)地面段
地面段作为低轨星座卫星通信系统的重要组成部分，完成卫星载荷的管理和低轨星座卫星通信系统的业务处理、网络管理、运营管理、跨国业务结算等功能，同时负责低轨星座卫星通信系统与其他系统的互联互通，主要由运行控制中心、全球运营服务中心、分布在全球各地的信关站组成。
(3)应用段
应用段由分布在低轨星座波束覆盖范围内的各种固定及移动终端组成，终端是用户接入低轨星座卫星通信系统的门户和应用平台，用于建立用户与卫星间的数据传输链路，每个终端具备在波束间、卫星间、信关站间的切换能力，能够为用户提供持续不断的业务服务。
当卫星终端在开机冷启动时，存储的星历信息不是实时接收的高精度星历，因此终端需通过星历外推算法计算卫星的位置，此时的计算结果与卫星实际位置信息是有误差的，如当低轨卫星轨道高度为800Km时，利用SGP4模型外推得到的预报3天的距离误差小于等于40Km，此时，指向角度偏差约为2.9度，同时由于定位系统与惯导系统也会产生测量误差，而这些误差最终导致天线的波束指向不准确，而由于低轨卫星并没有搭载像高轨卫星的信标载荷，也无法利用信标信号调整波束指向。因此，卫星终端依赖预存星历和经纬度，计算的仰角与方位偏差较大，也无法通过信标信号进行再次纠偏当终端搭载的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)故障或处于GNSS欺骗环境中，卫星终端获得经纬度信息与实际经纬度偏差较大，利用经纬度和星历计算出方位角和仰角偏差更大，无法实现对低轨卫星的快速捕获。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种低轨卫星终端快速搜星方法及装置，解决在卫星位置未知且无法获得实时高精度星历，卫星终端在开机冷启动后无法获得准确经纬度信息，或者搭载的GNSS系统故障的条件下，卫星终端如何快速搜索卫星。
为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面公开了一种低轨卫星终端快速搜星方法，所述方法包括：
S1，获取卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息；
S2，卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获；
S3，当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息；
S4，所述卫星终端利用所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，计算得到准确的天线指向信息，并调整所述准确的天线指向信息，获取低轨卫星下发的同步信号；
S5，所述卫星终端根据所述低轨卫星下发的同步信号，建立与所述低轨卫星的上下行业务通道，实现低轨卫星终端快速搜星。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述获取卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息,包括：
S11，卫星终端从GNSS系统获取卫星终端的位置信息，所述卫星终端的位置信息包括卫星终端的经度信息、维度信息和高度信息；
S12，所述卫星终端从非易失存储设备中获取预存的低轨卫星星历信息。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获，包括：
S21，卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算当前时刻过顶的低轨卫星及所述卫星终端的第一天线指向信息，所述第一天线指向信息包括仰角和方位角；
S22，所述卫星终端从当前时刻过顶的低轨卫星中任选一颗卫星为目标卫星，并调整天线指向所述目标卫星，若在指定的时间里，未收到所述目标卫星的下行同步信号，则继续搜索下一颗过顶低轨卫星，直到遍历所有过顶低轨卫星，实现对低轨卫星进行捕获。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S31，当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并调整天线指向，根据高轨卫星搭载的信标信号实现对高轨卫星的精确对准；
S32，所述卫星终端向高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述卫星终端向高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S321,所述卫星终端搜索第一颗高轨卫星的下行同步信号，并向所述第一颗高轨卫星发送随机接入信号；
S322，所述第一颗高轨卫星测量所述卫星终端的时延，计算得到星地之间距离信息，并将所述星地之间距离信息转发给位置管理及星历播发服务处理单元；
S323，所述位置管理及星历播发服务处理单元，对所述星地之间距离信息中携带的位置信息与随机接入消息中携带的位置信息进行对比，当偏差大于预设的阈值时，说明所述卫星终端的位置信息不准确，需要更新所述卫星终端的位置信息；
S324，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S3241，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发送随机接入信息；
S3242，所述第二颗高轨卫星测量所述卫星终端的时延，计算得到星地之间第一距离信息，并将所述星地之间第一距离信息转发给位置管理及星历播发服务处理单元；
S3243，所述位置管理及星历播发服务处理单元对所述星地之间第一距离信息中携带的位置信息与随机接入消息中携带的位置信息进行对比，当偏差大于预设阈值时，卫星通信网络根据所述卫星终端接入波束覆盖位置，选择同覆盖的其他高轨卫星为所述卫星终端提供位置服务，并通知给所述卫星终端；
S3244，所述卫星终端，根据卫星通信网络提供的高轨卫星的位置信息，计算得到卫星终端天线的方位角和仰角，并调整天线指向所述卫星通信网络提供的高轨卫星；
S3245，所述卫星终端，向所述卫星通信网络提供的高轨卫星发送同步过程；
S3246，所述位置管理及星历播发服务单元，根据本次延时和上次卫星终端接入的延时以及覆盖的波束，计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息。
本发明实施例第二方面公开了一种低轨卫星终端快速搜星装置，所述装置包括：
信息获取模块，用于获取卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息；
低轨卫星捕获模块，用于卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获；
准确信息获取模块，用于当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息；
准确的天线指向信息计算模块，用于所述卫星终端利用所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，计算得到准确的天线指向信息，并调整所述准确的天线指向信息，获取低轨卫星下发的同步信号；
低轨卫星终端快速搜星模块，用于所述卫星终端根据所述低轨卫星下发的同步信号，建立与所述低轨卫星的上下行业务通道，实现低轨卫星终端快速搜星。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获，包括：
S21，卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算当前时刻过顶的低轨卫星及所述卫星终端的第一天线指向信息，所述第一天线指向信息包括仰角和方位角；
S22，所述卫星终端从当前时刻过顶的低轨卫星中任选一颗卫星为目标卫星，并调整天线指向所述目标卫星，若在指定的时间里，未收到所述目标卫星的下行同步信号，则继续搜索下一颗过顶低轨卫星，直到遍历所有过顶低轨卫星，实现对低轨卫星进行捕获。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S31，当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并调整天线指向，根据高轨卫星搭载的信标信号实现对高轨卫星的精确对准；
S32，所述卫星终端向高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述卫星终端向高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S321,所述卫星终端搜索第一颗高轨卫星的下行同步信号，并向所述第一颗高轨卫星发送随机接入信号；
S322，所述第一颗高轨卫星测量所述卫星终端的时延，计算得到星地之间距离信息，并将所述星地之间距离信息转发给位置管理及星历播发服务处理单元；
S323，所述位置管理及星历播发服务处理单元，对所述星地之间距离信息中携带的位置信息与随机接入消息中携带的位置信息进行对比，当偏差大于预设的阈值时，说明所述卫星终端的位置信息不准确，需要更新所述卫星终端的位置信息；
S324，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S3241，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发送随机接入信息；
S3242，所述第二颗高轨卫星测量所述卫星终端的时延，计算得到星地之间第一距离信息，并将所述星地之间第一距离信息转发给位置管理及星历播发服务处理单元；
S3243，所述位置管理及星历播发服务处理单元对所述星地之间第一距离信息中携带的位置信息与随机接入消息中携带的位置信息进行对比，当偏差大于预设阈值时，卫星通信网络根据所述卫星终端接入波束覆盖位置，选择同覆盖的其他高轨卫星为所述卫星终端提供位置服务，并通知给所述卫星终端；
S3244，所述卫星终端，根据卫星通信网络提供的高轨卫星的位置信息，计算得到卫星终端天线的方位角和仰角，并调整天线指向所述卫星通信网络提供的高轨卫星；
S3245，所述卫星终端，向所述卫星通信网络提供的高轨卫星发送同步过程；
S3246，所述位置管理及星历播发服务单元，根据本次延时和上次卫星终端接入的延时以及覆盖的波束，计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息。
本发明第三方面公开了另一种低轨卫星终端快速搜星装置，所述装置包括：
存储有可执行程序代码的存储器；
与所述存储器耦合的处理器；
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明实施例第一方面公开的低轨卫星终端快速搜星方法中的部分或全部步骤。
本发明第四方面公开了一种计算机可存储介质，所述计算机可存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行本发明实施例第一方面公开的低轨卫星终端快速搜星方法中的部分或全部步骤。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本专利提出了一种新的低轨卫星快速搜索方法，充分利用卫星终端具有高低轨多种通信制式的特点，在卫星位置未知且无法获得实时高精度星历，卫星终端在开机冷启动后无法获得准确经纬度信息，或者搭载的GNSS系统故障的条件下，卫星终端快速搜索卫星。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明实施例公开的一种低轨卫星终端快速搜星方法的流程示意图；
图2是本发明实施例公开的另一种低轨卫星终端快速搜星方法的流程示意图；
图3是本发明实施例公开的轨道根数示意图；
图4是本发明实施例公开的卫星覆盖示意图；
图5是本发明实施例公开的低轨星座卫星通信系统组成示意图；
图6是本发明实施例公开的低轨星座示意图；
图7是本发明实施例公开的一种低轨卫星终端快速搜星装置的结构示意图；
图8是本发明实施例公开的另一种低轨卫星终端快速搜星装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明公开了一种低轨卫星终端快速搜星方法及装置，该方法包括：获取卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获；当卫星终端无法捕获低轨卫星时，卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并计算得到卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息；卫星终端计算得到准确的天线指向信息，并调整准确的天线指向信息，获取低轨卫星下发的同步信号；卫星终端根据低轨卫星下发的同步信号，建立与低轨卫星的上下行业务通道实现低轨卫星终端快速搜星。本发明利用多颗高轨卫星估计卫星终端位置，并获取高精度星历信息和时间信息，实现对低轨卫星的快速搜索和捕获。以下分别进行详细说明。
实施例一
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种低轨卫星终端快速搜星方法的流程示意图。其中，图1所描述的低轨卫星终端快速搜星方法应用于卫星通信技术领域，当卫星终端无法获取高精度星历和位置信息时，通过多颗高轨卫星获取终端准确的位置和高精度星历信息以及通过高低轨联合的位置管理及星历播发服务，及时更新卫星终端存储的低轨卫星星历信息。如图1所示，该低轨卫星终端快速搜星方法可以包括以下操作：
S1，获取卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息；
S2，卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获；
S3，当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息；
S4，所述卫星终端利用所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，计算得到准确的天线指向信息，并调整所述准确的天线指向信息，获取低轨卫星下发的同步信号；
S5，所述卫星终端根据所述低轨卫星下发的同步信号，建立与所述低轨卫星的上下行业务通道，实现低轨卫星终端快速搜星。
可选的，所述获取卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息,包括：
S11，卫星终端从GNSS系统获取卫星终端的位置信息，所述卫星终端的位置信息包括卫星终端的经度信息、维度信息和高度信息；
S12，所述卫星终端从非易失存储设备中获取预存的低轨卫星星历信息。可选的，所述卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获，包括：
S21，卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算当前时刻过顶的低轨卫星及所述卫星终端的第一天线指向信息，所述第一天线指向信息包括仰角和方位角；
S22，所述卫星终端从当前时刻过顶的低轨卫星中任选一颗卫星为目标卫星，并调整天线指向所述目标卫星，若在指定的时间里，未收到所述目标卫星的下行同步信号，则继续搜索下一颗过顶低轨卫星，直到遍历所有过顶低轨卫星，实现对低轨卫星进行捕获。
可选的，所述当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S31，当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并调整天线指向，根据高轨卫星搭载的信标信号实现对高轨卫星的精确对准；
S32，所述卫星终端向高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息。
可选的，所述卫星终端向高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S321,所述卫星终端搜索第一颗高轨卫星的下行同步信号，并向所述第一颗高轨卫星发送随机接入信号；
S322，所述第一颗高轨卫星测量所述卫星终端的时延，计算得到星地之间距离信息，并将所述星地之间距离信息转发给位置管理及星历播发服务处理单元；
S323，所述位置管理及星历播发服务处理单元，对所述星地之间距离信息中携带的位置信息与随机接入消息中携带的位置信息进行对比，当偏差大于预设的阈值时，说明所述卫星终端的位置信息不准确，需要更新所述卫星终端的位置信息；
所述预设的阈值可以通过实验设定，本实施例不做限制。
S324，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息。
可选的，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S3241，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发送随机接入信息；
S3242，所述第二颗高轨卫星测量所述卫星终端的时延，计算得到星地之间第一距离信息，并将所述星地之间第一距离信息转发给位置管理及星历播发服务处理单元；
S3243，所述位置管理及星历播发服务处理单元对所述星地之间第一距离信息中携带的位置信息与随机接入消息中携带的位置信息进行对比，当偏差大于预设阈值时，卫星通信网络根据所述卫星终端接入波束覆盖位置，选择同覆盖的其他高轨卫星为所述卫星终端提供位置服务，并通知给所述卫星终端；
S3244，所述卫星终端，根据卫星通信网络提供的高轨卫星的位置信息，计算得到卫星终端天线的方位角和仰角，并调整天线指向所述卫星通信网络提供的高轨卫星；
S3245，所述卫星终端，向所述卫星通信网络提供的高轨卫星发送同步过程；
S3246，所述位置管理及星历播发服务单元，根据本次延时和上次卫星终端接入的延时以及覆盖的波束，计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息。
实施例二
请参阅图2，图2是本发明实施例公开的另一种低轨卫星终端快速搜星方法的流程示意图。其中，图2所描述的低轨卫星终端快速搜星方法应用于卫星通信技术领域，当卫星终端无法获取高精度星历和位置信息时，通过多颗高轨卫星获取终端准确的位置和高精度星历信息以及通过高低轨联合的位置管理及星历播发服务，及时更新卫星终端存储的低轨卫星星历信息。如图2所示，该低轨卫星终端快速搜星方法可以包括以下操作：
(1)卫星终端首先从GNSS系统获得终端的经度、维度、高度等位置信息与时间信息，从非易失存储设备中获取预存低轨卫星星历信息，计算出当前时刻过顶的卫星及终端的仰角和方位角，选择其中一颗卫星为目标卫星，并调整天线指向到目标卫星，若在指定的时间里，未收到目标卫星的下行同步信号(通信突发信号)，则继续搜索下一颗过顶卫星，直到遍历所有过顶卫星；
一般来说，星历信息是指低轨卫星的在某一时刻t的轨道六道根数，包括半长轴α、离心率e、轨道倾角i、近心点辐角ω、升交点经度Ω和真近点角如图3所示，
1)首先利用轨道六根数计算轨道平面坐标系下的卫星的位置坐标。惯性坐标系绕z轴逆时针旋转ω，然后绕x轴逆时针旋转i，最后绕z轴逆时针旋转Ω，即可得到轨道平面坐标系，记旋转矩阵为AOV，通过将旋转矩阵与轨道平面坐标系下的卫星的位置坐标相乘即可得到惯性坐标系下的当前时刻卫星的位置坐标。
2)已知时刻t的位置速度，利用SGP4模型可推导出当前时刻t′低轨卫星在地心地固坐标系下的位置坐标。
3)将终端的经纬高转化为矢量坐标(xr,yr,zr)：
其中n为椭圆的卯酉圈曲率半径，e为椭圆的第一偏心率。
4)记终端到卫星的向量在地心地固坐标系下的表达为(Δx,Δy,Δz)，用坐标变换矩阵来表示地心地固坐标系到“东-北-天”坐标系的坐标变换，则可以得到卫星在“东-北-天”坐标系下的矢量坐标：
5)由卫星在“东-北-天”坐标系下的矢量坐标可以转换为极坐标，得到相对于终端的距离ρs以及俯仰角hs和方位角ψs
(2)当卫星终端无法捕获低轨卫星信号时，卫星终端利用粗略的经纬度和预存的高轨卫星位置信息，计算出终端的仰角和方位角，并调整天线指向，根据高轨卫星搭载的信标信号，利用单脉冲或步进跟踪实现对高轨卫星的精确对准；经纬度可以通过其他辅助设备获得，高轨卫星位置信息存储在非易失的存储器，本实施例不做限制；
(3)卫星终端搜索高轨卫星下行同步信号，并向高轨卫星发送随机接入信号，高轨卫星测量卫星终端的时延，估计星地之间的距离，并转发给位置管理及星历播发服务，该服务根据星地距离与随机接入消息中携带的位置进行对比，当偏差较大时，说明终端上报的位置信息不准确，通知终端位置太旧；
卫星终端上行发射的随机接入信号，相对于高轨卫星接收时刻偏差，即卫星终端到高轨卫星的往返延时，网络即可利用终端上报的位置和卫星的位置计算传输延时；
(4)网络根据终端接入波束覆盖位置，选择同覆盖的其他卫星为终端提供位置服务，并通知给卫星终端；高轨卫星把终端接入的波束信息反馈给网络，网络根据波束覆盖点，选择同覆盖的其他高轨卫星，前提是网络汇集了所有高轨卫星和低轨卫星的实时覆盖请情况；
(5)卫星终端根据网络提供的新高轨卫星位置，计算终端天线的方位角和仰角，并调整天线指向新卫星及发送同步过程，位置管理及星历播发服务根据本次延时和上次终端接入的延时，以及覆盖的波束，可以确定卫星终端相对准确位置，并向其通告终端位置、覆盖该位置的低轨卫星实时星历、时间；
如图4所示，卫星1和卫星2把终端接入的延时信息、覆盖波束信息、卫星位置信息等上报给位置管理及星历播发服务；
该服务利用星地延时可以计算出高轨卫星覆盖地表的等距离线，两个等距离线交汇点为终端候选位置，然后再利用波束覆盖，即可获得终端实际位置。
(6)卫星终端利用位置信息及低轨星历计算出天线的方位和仰角，并调整天线波束指向，等待低轨卫星下发同步信号，当建立与低轨卫星的上下行业务通道后，卫星终端根据星历信息的老旧情况，主动向位置管理及星历播发服务请求最新的星历，终端更新星历信息到非易失的存储设备中。图5是本发明实施例公开的低轨星座卫星通信系统组成示意图；图6是本发明实施例公开的低轨星座示意图。
实施例三
请参阅图7，图7是本发明实施例公开的一种低轨卫星终端快速搜星装置的流程示意图。其中，图7所描述的低轨卫星终端快速搜星装置应用于卫星通信技术领域，当卫星终端无法获取高精度星历和位置信息时，通过多颗高轨卫星获取终端准确的位置和高精度星历信息以及通过高低轨联合的位置管理及星历播发服务，及时更新卫星终端存储的低轨卫星星历信息。如图7所示，该低轨卫星终端快速搜星装置可以包括以下操作：
S301，信息获取模块，用于获取卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息；
S302，低轨卫星捕获模块，用于卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获；
S303，准确信息获取模块，用于当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息；
S304，准确的天线指向信息计算模块，用于所述卫星终端利用所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，计算得到准确的天线指向信息，并调整所述准确的天线指向信息，获取低轨卫星下发的同步信号；
S305，低轨卫星终端快速搜星模块，用于所述卫星终端根据所述低轨卫星下发的同步信号，建立与所述低轨卫星的上下行业务通道，实现低轨卫星终端快速搜星。
实施例四
请参阅图8，图8是本发明实施例公开的另一种低轨卫星终端快速搜星装置的流程示意图。其中，图8所描述的低轨卫星终端快速搜星装置应用于卫星通信技术领域，当卫星终端无法获取高精度星历和位置信息时，通过多颗高轨卫星获取终端准确的位置和高精度星历信息以及通过高低轨联合的位置管理及星历播发服务，及时更新卫星终端存储的低轨卫星星历信息。如图8所示，该低轨卫星终端快速搜星装置可以包括以下操作：
存储有可执行程序代码的存储器401；
与存储器401耦合的处理器402；
处理器402调用存储器401中存储的可执行程序代码，用于执行实施例一、实施例二所描述的低轨卫星终端快速搜星方法中的步骤。
实施例五
本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行实施例一、实施例二所描述的低轨卫星终端快速搜星方法中的步骤。
以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种低轨卫星终端快速搜星方法及装置所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项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；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种低轨卫星终端快速搜星方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，获取卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息；
S2，卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获；
S3，当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S31，当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并调整天线指向，根据高轨卫星搭载的信标信号实现对高轨卫星的精确对准；
S32，所述卫星终端向高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S321,所述卫星终端搜索第一颗高轨卫星的下行同步信号，并向所述第一颗高轨卫星发送随机接入信号；
S322，所述第一颗高轨卫星测量所述卫星终端的时延，计算得到星地之间距离信息，并将所述星地之间距离信息转发给位置管理及星历播发服务处理单元；
S323，所述位置管理及星历播发服务处理单元，对所述星地之间距离信息中携带的位置信息与随机接入消息中携带的位置信息进行对比，当偏差大于预设的阈值时，说明所述卫星终端的位置信息不准确，需要更新所述卫星终端的位置信息；
S324，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S3241，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发送随机接入信息；
S3242，所述第二颗高轨卫星测量所述卫星终端的时延，计算得到星地之间第一距离信息，并将所述星地之间第一距离信息转发给位置管理及星历播发服务处理单元；
S3243，所述位置管理及星历播发服务处理单元对所述星地之间第一距离信息中携带的位置信息与随机接入消息中携带的位置信息进行对比，当偏差大于预设阈值时，卫星通信网络根据所述卫星终端接入波束覆盖位置，选择同覆盖的其他高轨卫星为所述卫星终端提供位置服务，并通知给所述卫星终端；
S3244，所述卫星终端，根据卫星通信网络提供的高轨卫星的位置信息，计算得到卫星终端天线的方位角和仰角，并调整天线指向所述卫星通信网络提供的高轨卫星；
S3245，所述卫星终端，向所述卫星通信网络提供的高轨卫星发送同步过程；
S3246，所述位置管理及星历播发服务单元，根据本次延时和上次卫星终端接入的延时以及覆盖的波束，计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息；
S4，所述卫星终端利用所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，计算得到准确的天线指向信息，并调整所述准确的天线指向信息，获取低轨卫星下发的同步信号；
S5，所述卫星终端根据所述低轨卫星下发的同步信号，建立与所述低轨卫星的上下行业务通道，实现低轨卫星终端快速搜星。
2.根据权利要求1所述的低轨卫星终端快速搜星方法，其特征在于，所述获取卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息,包括：
S11，卫星终端从GNSS系统获取卫星终端的位置信息，所述卫星终端的位置信息包括卫星终端的经度信息、纬度信息和高度信息；
S12，所述卫星终端从非易失存储设备中获取预存的低轨卫星星历信息。
3.根据权利要求1所述的低轨卫星终端快速搜星方法，其特征在于，所述卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获，包括：
S21，卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算当前时刻过顶的低轨卫星及所述卫星终端的第一天线指向信息，所述第一天线指向信息包括仰角和方位角；
S22，所述卫星终端从当前时刻过顶的低轨卫星中任选一颗卫星为目标卫星，并调整天线指向所述目标卫星，若在指定的时间里，未收到所述目标卫星的下行同步信号，则继续搜索下一颗过顶低轨卫星，直到遍历所有过顶低轨卫星，实现对低轨卫星进行捕获。
4.一种低轨卫星终端快速搜星装置，其特征在于，所述装置包括：
信息获取模块，用于获取卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息；
低轨卫星捕获模块，用于卫星终端根据所述卫星终端的位置信息和低轨卫星星历信息，计算得到第一天线指向信息，并对低轨卫星进行捕获；
准确信息获取模块，用于当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S31，当所述卫星终端无法捕获低轨卫星时，所述卫星终端根据自身位置信息和预存的高轨卫星位置信息，计算得到第二天线指向信息，并调整天线指向，根据高轨卫星搭载的信标信号实现对高轨卫星的精确对准；
S32，所述卫星终端向高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S321,所述卫星终端搜索第一颗高轨卫星的下行同步信号，并向所述第一颗高轨卫星发送随机接入信号；
S322，所述第一颗高轨卫星测量所述卫星终端的时延，计算得到星地之间距离信息，并将所述星地之间距离信息转发给位置管理及星历播发服务处理单元；
S323，所述位置管理及星历播发服务处理单元，对所述星地之间距离信息中携带的位置信息与随机接入消息中携带的位置信息进行对比，当偏差大于预设的阈值时，说明所述卫星终端的位置信息不准确，需要更新所述卫星终端的位置信息；
S324，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发起位置和星历更新过程，并计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，包括：
S3241，所述卫星终端向第二颗高轨卫星发送随机接入信息；
S3242，所述第二颗高轨卫星测量所述卫星终端的时延，计算得到星地之间第一距离信息，并将所述星地之间第一距离信息转发给位置管理及星历播发服务处理单元；
S3243，所述位置管理及星历播发服务处理单元对所述星地之间第一距离信息中携带的位置信息与随机接入消息中携带的位置信息进行对比，当偏差大于预设阈值时，卫星通信网络根据所述卫星终端接入波束覆盖位置，选择同覆盖的其他高轨卫星为所述卫星终端提供位置服务，并通知给所述卫星终端；
S3244，所述卫星终端，根据卫星通信网络提供的高轨卫星的位置信息，计算得到卫星终端天线的方位角和仰角，并调整天线指向所述卫星通信网络提供的高轨卫星；
S3245，所述卫星终端，向所述卫星通信网络提供的高轨卫星发送同步过程；
S3246，所述位置管理及星历播发服务单元，根据本次延时和上次卫星终端接入的延时以及覆盖的波束，计算得到所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息；
准确的天线指向信息计算模块，用于所述卫星终端利用所述卫星终端的准确位置信息和过顶的卫星星历信息，计算得到准确的天线指向信息，并调整所述准确的天线指向信息，获取低轨卫星下发的同步信号；
低轨卫星终端快速搜星模块，用于所述卫星终端根据所述低轨卫星下发的同步信号，建立与所述低轨卫星的上下行业务通道，实现低轨卫星终端快速搜星。
5.一种低轨卫星终端快速搜星装置，其特征在于，所述装置包括：
存储有可执行程序代码的存储器；
与所述存储器耦合的处理器；
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如权利要求1-3任一项所述的低轨卫星终端快速搜星方法。
6.一种计算机可存储介质，其特征在于，所述计算机可存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行如权利要求1-3任一项所述的低轨卫星终端快速搜星方法。
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