[发明专利]一种低轨移动卫星通信网络的自适应对星方法

权利要求书

1.一种低轨移动卫星通信网络的自适应对星方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：初始化自适应耦合模型的局部层和全局层的所有跟踪特征参数；

将阵列天线的搜索范围的初值设定为整个空域，并且设定采样点数的初值n；初始化自适应耦合模型的局部层和全局层的所有跟踪特征参数，将卫星方向的方位角A(t)和俯仰角E(t)及它们对应的角速度的跟踪值作为t时刻状态矩阵X_t的参数，设定跟踪间隔ΔT，以t＝0时刻作为跟踪开始时间，将t＝0时刻的观测值Y_t作为状态矩阵初值；设定局部层分层长度N，将观测值[Y_t，Y_t-1，...，Y_t-N+1]作为t时刻的局部层分层特征，设定特征参数跟踪误差P、过程误差Q和观测误差R的初值，且跟踪误差P的初值和观测误差R的初值相等；

S2：通过阵列天线接收信号，采用基于MUSIC的角度估计方法来估计阵列天线与卫星波束的偏移角；

S2.1：对空域进行划分，确定阵列天线的波束方向后，以为搜索范围，在波束方向周围通过波束成形对每个空间区域进行螺旋空间扫描；

S2.2：在完成一次空间扫描后，在搜索到最大接收信号功率的扫描方向上得到接收信号X(t)；

S2.3：计算接收信号X(t)的协方差矩阵值R_XX，而后采用下式对其进行特征值分解，从中获得信号子空间U_S与噪声子空间U_N

其中，∑_S和∑_N分别为两者子空间的特征值，T为转置；

S2.4：在噪声子空间U_N中，通过下式得到偏移角

其中，α(θ)＝[a₁，a₂，...，a_K]^T为相位信息；θ_MUSIC即为使得右侧函数取最大值时的θ值；

S2.5：通过步骤S2.1到S2.4得到方位角上的偏移角θ_A和俯仰角上的偏移角θ_E，并通过阵列天线参数得到天线方向的方位角A(t)和俯仰角E(t)的值，然后根据下式得到t时刻的观测值Y_t

S3：基于估计的偏移角，使用自适应耦合模型进行对卫星方向的跟踪，并根据跟踪过程中提取的特征参数，实现天线方向跟踪对准；

S3.1：根据t-1时刻的状态X_t-1以及运动情况预测t时刻的状态矩阵X_t|t-1，有

X_t|t-1＝FX_t-1 (4)

其中，F为根据运动情况得到的过程矩阵；

S3.2：根据t-1时刻的跟踪误差P_t-1以及运动情况预测t时刻的跟踪误差P_t|t-1

P_t|t-1＝FP_t-1F^T+Q (5)

其中，T为转置；

S3.3：根据所述的X_t|t-1和所述的Y_t得到当前时刻的状态矩阵的估计值X_t，并改变天线波束方向，进行天线对准；

X_t＝X_t|t-1+K_t(Y_t-HX_t|t-1) (6)

其中，K_t＝(HP_t|t-1H^T+R)，

S3.4：根据下式得到当前时刻的跟踪误差的估计值P_t

P_t＝(I-K_tH)P_t|t-1 (7)

S3.5：在满足以下三个条件的基础上求解最小化损失函数得到采样点数n、扫描范围和观测误差R_t；

①

②

③

其中，为观测误差R的方差，是偏移角估计算法检测精度与采样点数n的拟合变化曲线，T(n)是采样时长，T_all是单次扫描总时长，c是可设定常数；

S3.6：当t＜N时，再次初始化特征参数跟踪误差P、过程误差Q和观测误差R；当t≥N时，通过加权线性拟合的方法来估计Q，即首先通过最小化线性损失函数估计线性参数然后进行线性拟合近似，最后估计Q的方差

S4：根据S3得到的特征参数，调整基于MUSIC的角度估计方法中的参数，返回到S2，实现偏移角的实时估计和天线方向的实时跟踪对准。

2.根据权利要求1所述的自适应对星方法，其特征在于，所述S4通过以下子步骤来实现：

S4.1：将所述的S3.5得到的采样点数n、扫描范围赋值给t+1时刻的MUSIC算法的采样点数n、扫描范围

S4.2：令t＝t+1，返回S2。