一种NGSO星座系统地面终端的定位方法及系统与流程

本发明属于卫星通信及无线电传播，具体涉及一种ngso星座系统地面终端的定位方法及系统。

背景技术：

1、为满足全球覆盖的宽带互联网接入需求，非静止轨道(non-geostationarysatellite orbit，ngso)星座系统向着使用频段更高、轨道高度更低、用户终端更小的方向发展，其应用也会越来越广泛。

2、地面终端常使用ku/ka/q/v频段中的卫星固定业务频段，会对使用相同或相邻频段的地面业务和空间业务系统造成干扰，因此有必要明确地面终端的位置信息。ngso星座系统常使用低地球轨道(leo)，其用户终端指向快速变化的卫星，导致用户终端的监测查找非常困难。系统中每颗卫星相对地球不断运动，地面终端天线的主瓣波束窄、方向性强、实时可变且指向空中，采用地面监测设备很难有效接收到地面终端信号，导致难以发现。

3、利用空中平台进行监测为一种有效的手段，受限于空中平台的续航里程，无法长时间在空中进行监测，因此应先明确产生干扰的地面终端的大致区域。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种ngso星座系统地面终端的定位方法及系统，用于解决现有无法确定ngso地面终端干扰位置的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种ngso星座系统地面终端的定位方法，包括以下步骤：

4、确定监测每颗卫星所需时间tm；根据ngso星座系统特性确定卫星波束到地最低通信仰角θmin；

5、根据地面相控阵监测系统接收特性与卫星发射参数确定接收信噪比门限snrlimit，计算信噪比门限snrlimit下地面监测系统监测的最低仰角θm，确定地面相控阵系统的监测空间范围；

6、根据星历确定ngso星座系统中每颗卫星的轨道参数，建立ngso星座系统的轨道模型，计算总监测时间t总时长内得到的监测空间范围内所有卫星每一时刻t的位置信息；

7、筛选得到的当前监测时间监测空间范围内的n个卫星并编号为：si，i＝1，2，…，n，按照离境时间由短到长排序，s1最先离境；

8、设i＝i+1，当i≤n，计算目标卫星si相对地面相控阵监测系统的方位角φi(t)以及俯仰角θi(t)，调整相控阵天线指向(φi(t),θi(t))处，持续跟踪监测tm；

9、持续跟踪监测卫星si，若下行信号突然消失，则消失时刻卫星波束到地角度是最小通信仰角为θmin，记录此时卫星si经纬度和高度信息，根据最低通信仰角θmin、卫星对地波束宽度β及位置计算终端位于的地面圆环ri；

10、若超出可监测范围下行信号未消失，重复以上步骤直至记录多个地面圆环；根据得到的多个地面圆环的相交区域确定地面终端存在的范围s。

11、优选地，监测每颗卫星所需时间tm为：

12、tm＝tswitch+tsweep

13、其中，tsweep为扫描卫星下行业务信号所用频段的时间，tswitch为波束切换时间。

14、优选地，确定卫星波束到地最低通信仰角θmin具体为：

15、每次建立通信选择通信时长最长的卫星，直到卫星低于地面终端最低通信仰角方向，此时的波束宽度β为当卫星波束地面到达角为θmin时的波束宽度。

16、优选地，地面相控阵系统的监测空间范围为：

17、根据地面相控阵监测系统接收特性与卫星发射参数确定接收信噪比snrm大于snrlimit时地面监测系统可监测的θm以上仰角空间范围。

18、更优选地，不同角度信号的最小信噪比snrm(θ)表示为：

19、snrm(θ)＝eirps(θ)-l(θ)+gm-10log(ktb)

20、其中，l(θ)为传播损耗，b为信号带宽，eirps(θ)为卫星发射信号到地面不同角度θ的等效全向辐射功率，gm为天线最大增益，k为玻尔兹曼常数，t为系统噪声温度，ktb为系统噪声功率。

21、优选地，ngso星座系统星历中每颗卫星轨道参数包括：轨道倾角、升交点赤经、平近点角、近地点辐角、偏心率和半长轴。

22、优选地，持续跟踪监测tm中，利用相控阵天线的波束对准空间中n个卫星：s1，s2，…，sn，如果未监测到下行业务信号，切换至下一颗卫星继续进行监测。

23、优选地，当得到3个以上圆环r时，根据圆环的交叉区域确定地面终端的位置。

24、第二方面，本发明实施例提供了一种ngso星座系统地面终端的定位系统，其特征在于，包括：

25、接收机模块，确定监测每颗卫星所需时间tm，根据ngso星座系统特性确定卫星波束到地最低通信仰角θmin；

26、监测范围模块，根据地面相控阵监测系统接收特性与卫星发射参数确定接收信噪比门限snrlimit，计算信噪比门限snrlimit下地面监测系统监测的最低仰角θm，确定地面相控阵系统的监测空间范围；

27、位置获取模块，根据星历确定ngso星座系统中每颗卫星的轨道参数，建立ngso星座系统的轨道模型，计算总监测时间t总时长内监测空间范围内所有卫星每一时刻t的位置信息；

28、筛选模块，筛选当前监测时间监测空间范围内的n个卫星并编号为：si，i＝1，2，…，n，按照离境时间由短到长排序，s1最先离境；

29、驱动模块，设i＝i+1，当i≤n，计算目标卫星si相对地面相控阵监测系统的方位角φi(t)以及俯仰角θi(t)，调整相控阵天线指向(φi(t),θi(t))处，持续跟踪监测tm；

30、地理位置标记模块，持续跟踪监测卫星si，若下行信号突然消失，则消失时刻卫星波束到地角度是最小通信仰角为θmin，记录此时卫星si经纬度和高度信息，根据最低通信仰角θmin、卫星对地波束宽度β及位置计算终端位于的地面圆环ri；

31、交汇计算模块，若超出可监测范围下行信号未消失，重复以上步骤直至记录多个地面圆环；根据得到的多个地面圆环的相交区域确定地面终端存在的范围s。

32、优选地，监测范围模块中，根据地面相控阵监测系统接收特性与卫星发射参数确定接收信噪比snrm大于snrlimit时地面监测系统可监测的θm以上仰角空间范围，不同角度信号的最小信噪比snrm(θ)表示为：

33、snrm(θ)＝eirps(θ)-l(θ)+gm-10log(ktb)

34、其中，l(θ)为传播损耗，b为信号带宽，eirps(θ)为卫星发射信号到地面不同角度θ的等效全向辐射功率，gm为天线最大增益，k为玻尔兹曼常数，t为系统噪声温度，ktb为系统噪声功率。

35、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

36、一种ngso星座系统地面终端的定位方法，采用相控阵天线对可监测空间范围内卫星下行信号进行扫描的监测模式，结合卫星对地最低通信仰角的限制条件以及通信卫星实时的位置信息，通过复合计算得到地面终端可能存在的地理位置范围，给空中无人机监测平台进一步精确定位提供确定性的可实施的监测方法及系统。

37、进一步的，相控阵天线监测系统的接收机模块需明确噪声温度、天线方向图和信噪比门限等参数，结合监测卫星的业务信号信息，设置接收机参数，以便计算系统可监测空间范围并确认卫星下行信号是否能被接收机监测到。

38、进一步的，根据星历计算所监测星座中每颗卫星的位置信息，明确轨道参数，包括轨道倾角、升交点赤经、平近点角、近地点幅角、偏心率和半长轴以及轨道历元、明确所监测星座中各卫星的通信频段，以便缩短接收机模块的频谱扫描时间、提高监测效率。

39、进一步的，筛选出当前监测时间可监测空间范围内n个卫星并编号：si，i＝1，2，…，n，卫星按照离境时间由短到长排序，其中s1最先离境，便于为后续监测系统对众多卫星的指向性扫描提供指导，缩短相控阵天线驱动时间。

40、进一步的，系统依次扫描卫星s1，s2，...，sn直至发现有下行信号出现的卫星si，持续跟踪该卫星直至其业务信号突然消失但仍处于系统可监测空间范围内，以此排除因卫星超出监测范围而信号消失的情况，此时卫星波束到地角度是最小通信仰角为θmin，记录此时卫星si经纬度和高度信息(lon，lat，hei)，根据最低通信仰角θmin、卫星波束宽度β及位置计算终端位于的地面圆环ri；

41、进一步的，让系统重复进行扫描监测，直至成功发现多个地面圆环，根据地理位置标记模块得到位置信息，计算多个圆环交叉区域的精确坐标范围s，范围s即地面终端所在区域。

42、可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

43、综上所述，本发明提出了利用相控阵天线扫描监测卫星下行信号的方式，可以利用自动化的固定设备降低监测成本，有效缩小地面终端的查找范围；给出了接收机信噪比门限的设置原理，监测时可根据实际需求计算不同情况下的对空扫描覆盖范围；提出了多卫星最低通信仰角情况下的下行波束覆盖圆环交叉定位的方法，通过复合计算可以有效确定地面终端所在区域。

44、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。