[发明专利]一种低轨移动卫星通信网络的自适应对星方法

说明书

本发明公开了一种低轨移动卫星通信网络的自适应对星方法，该方法首先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；然后基于估计的偏移角，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；最后根据得到的特征参数，调整基于MUSIC的角度估计方法中的参数，重复以上步骤，实现偏移角的实时估计和天线方向的实时跟踪对准。该对星方法有效提升了动态偏移角估计的速度和精度，从而提升了天线对准的速度和精度。

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种低轨移动卫星通信网络的自适应对星方法。

背景技术

卫星通信是当代社会信息传输的重要手段，然而随着时代的发展，当代社会对通信的需求日益增长，通信的两端场景也越发复杂。近年来，我国开始布局建设基于低轨移动卫星的全球通信网络，低轨宽带卫星网络提供大带宽、灵活可配、抗干扰、低时延、高可靠性的通信能力,可以促进通信发展，目前各国都积极地投身到低轨卫星发展浪潮中，低轨卫星网络在5G通信、物联网等领域都得到了广泛研究。

与现有的基于地球同步卫星的动中通通信系统相比，基于低轨卫星的卫星通信系统的收发两端同时保持运动，因此将之定义为“动动通”通信系统。在动动通网络中，运动终端与低轨卫星的多维耦合运动使得运动终端的阵列天线与卫星波束的偏移角呈现复杂的动态特性，两者的波束频繁偏离对准方向，这就意味着波束对准的速度和精度对网络容量有显著影响。传统对星算法通过机械扫描天线来实现，通过机械伺服机构控制天线方向，比较不同方向下的接收信号强度，从而估计卫星方向；现有的运动终端对星系统一般采用开环跟踪与闭环跟踪相结合的方式来进行对星，但也不能够进行完全理想化的补偿。

发明内容

本发明的目的在与针对现有技术的不足，提供一种低轨移动卫星通信网络的自适应对星方法，具体技术方案如下：

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；

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；

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；

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。

进一步地，所述S1具体为：

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。

进一步地，所述S2通过以下子步骤来实现：

S2.1：对空域进行划分，确定阵列天线波束方向后，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)；