一种卫星跳波束的跟踪覆盖方法与流程

本发明涉及卫星通信，特别是卫星通信领域中相控阵天线控制领域，可用于高低轨卫星中实现卫星对地面终端的跟踪保障，保证通信的质量。

背景技术：

1、卫星通信发展至今已有半个多世纪的历史。由于其具有全球覆盖、不受地面障碍物限制、能迅速布设等一系列的优点，能向跨越洲际、海洋的多用户提供稳定的通信能力，在地点、时间及强度不可预测的地区突发事件中也能提供有效地信息传输，因此，卫星通信已成为不可替代的核心通信手段之一。卫星通信技术也成为衡量一个国家核心竞争力的重要指标。

2、近些年来，随着星上处理技术的发展，相控阵天线搭配星载调制、解调和网控、路由、交换的组合逐渐成为通信卫星载荷的标准配置。相控阵天线因其快速波束成形的特点，相比传统的反射面天线，在扫描时间、赋形能力方面均具备一定优势，通过设计合理的跳波束策略，可在不降低天线增益和辐射功率等的情况下，通过分时覆盖，实现对卫星对地视场内广域分散用户的通信保障。

3、目前对卫星跳波束技术的研究，多集中在对跳波束策略的优化，而跳波束的接入主要采用预先上注方式，难以满足用户随遇接入、按需覆盖的需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种卫星跳波束的跟踪覆盖方法，可用于具有星上处理和相控阵天线的高、低轨卫星，实现卫星对地面终端的跟踪保障，保证通信的质量。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种卫星跳波束的跟踪覆盖方法，应用于具有星上处理能力的高/低轨卫星；所述卫星配置有星载相控阵天线、星载网控、星载调制器；星载相控阵天线具有扫描和凝视两种工作模式；扫描模式下，星载相控阵天线的收/发波束各自独立控制，由星载网控控制收波束，星载调制器控制发波束；凝视模式下，星载相控阵天线的收/发波束由星载网控统一控制；保障过程由卫星以及地面的网管中心、卫星终端联合完成；该方法包括以下步骤：

4、a.网管中心向星载网控配置星载相控阵天线在扫描模式下的扫描图案，由星载网控按扫描图案控制收波束进行逐波位跳变，各波位上的驻留时间相同；

5、b.网管中心向星载调制器配置星载相控阵天线在扫描模式下的扫描图案，由星载调制器按扫描图案控制发波束进行逐波位跳变，各波位上的驻留时间相同；驻留期间，星载调制器向当前覆盖波位广播星地通告，星地通告中包括同步信息；

6、c.卫星终端开机后值守于星载相控阵天线的发波束，当发波束扫描至所在位置后，卫星终端捕获发波束信号，执行下行同步，并接收星地通告；

7、d.卫星终端完成下行同步，向卫星的星载网控发送包含该终端位置信息的接入申请；

8、e.星载网控收到接入申请后，控制星载相控阵天线从扫描模式转换至凝视模式；

9、f.卫星终端在凝视模式的星载相控阵天线下进行数据通信，并周期性地向星载网控发送位置信息；

10、g.星载网控根据位置信息，控制星载相控阵天线的收、发波束对卫星终端进行跟踪；

11、h.通信结束后，卫星终端向星载网控发送接入完成；

12、i.星载网控收到接入完成后，控制星载相控阵天线从凝视模式转换至扫描模式。

13、具体的，波位是星载相控阵天线的收/发波束在地表投射的一片区域；扫描图案由波位序列和驻留时间组成，星载相控阵天线的收/发波束按照序列给出的顺序，在不同波位间跳变。

14、具体的，扫描模式下，星载相控阵天线的收/发波束的扫描周期一致，扫描控制时序保持同步：发波束扫描周期的开始时刻超前于收波束扫描周期的开始时刻，相差固定的时间delay，且delay大于星地往返时延。

15、具体的，扫描模式下，星载相控阵天线的收/发接入波束使用相同的扫描图案。

16、具体的，所述的步骤e中，卫星终端确定接入申请发送时刻的方式为：

17、卫星终端测算其星地往返时延rtt；

18、卫星终端在发波束下完成下行同步后，等待delay-rtt的时间，然后发送接入申请。

19、具体的，星载网控根据地面终端上报的位置信息，控制星载相控阵天线的收/发波束同时对相同的位置进行覆盖。

20、本发明与背景技术相比具有如下有益效果：

21、1、本发明采用扫描与凝视相结合的控制方法，可实现相控阵天线对卫星终端的跟踪保障。

22、2、该方法无需依赖其他波束，可有效提高相控阵波束的接入能力和卫星终端的通信质量。

技术特征：

1.一种卫星跳波束的跟踪覆盖方法，其特征在于，应用于具有星上处理能力的高/低轨卫星；所述卫星配置有星载相控阵天线、星载网控、星载调制器；星载相控阵天线具有扫描和凝视两种工作模式；扫描模式下，星载相控阵天线的收/发波束各自独立控制，由星载网控控制收波束，星载调制器控制发波束；凝视模式下，星载相控阵天线的收/发波束由星载网控统一控制；保障过程由卫星以及地面的网管中心、卫星终端联合完成；该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种卫星跳波束的跟踪覆盖方法，其特征在于，波位是星载相控阵天线的收/发波束在地表投射的一片区域；扫描图案由波位序列和驻留时间组成，星载相控阵天线的收/发波束按照序列给出的顺序，在不同波位间跳变。

3.根据权利要求1所述的一种卫星跳波束的跟踪覆盖方法，其特征在于，扫描模式下，星载相控阵天线的收/发波束的扫描周期一致，扫描控制时序保持同步，发波束扫描周期的开始时刻超前于收波束扫描周期的开始时刻，相差固定的时间delay，且delay大于星地往返时延。

4.根据权利要求1所述的一种卫星跳波束的跟踪覆盖方法，其特征在于，扫描模式下，星载相控阵天线的收/发波束使用相同的扫描图案。

5.根据权利要求1所述的一种卫星跳波束的跟踪覆盖方法，其特征在于，步骤e中，卫星终端确定接入申请发送时刻的方式为：

6.根据权利要求1所述的一种卫星跳波束的跟踪覆盖方法，其特征在于， 凝视模式下，星载网控根据地面终端上报的位置信息，控制星载相控阵天线的收/发波束同时对相同的位置进行覆盖。

技术总结
本发明涉及一种卫星跳波束的跟踪覆盖方法，属于卫星通信领域相控阵天线控制领域。该方法中相控阵天线可支持扫描和凝视两种工作模式；扫描模式下，相控阵天线所形成的波束在广域范围内逐波位覆盖；当扫描至卫星终端的所在波位时，由卫星终端发送接入申请，相控阵天线从扫描模式转换至凝视模式；凝视模式下，卫星终端周期性地发送位置信息引导相控阵天线对其进行跟踪；通信结束后，卫星终端发送接入完成，相控阵天线从凝视模式转换回扫描模式。本发明适用于具有星上处理能力并配置相控阵天线的高/低轨卫星，可实现卫星对地面终端的跟踪保障，保证通信的质量。

技术研发人员：孙晨华,马宁,王杨,马宇飞
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13