[发明专利]一种分布式星历计算方法

说明书

本发明公开了一种分布式星历计算方法，卫星信关站根据轨道六参数计算卫星摄动加速度，并根据受摄运动方程和数值积分方法计算得到星历预计算中间结果，进而在空口广播的帧信息中重复发送以避免差错，卫星用户站接收星历预计算中间结果，通过插值运算，得到高精度卫星星历，再计算出多普勒频偏及传输时延等通信结果。本发明公开的分布式星历计算方法降低卫星用户站的计算复杂度，为低轨卫星通信系统提供基于星历计算的通信结果。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，更具体的说是涉及一种分布式星历计算 方法。

背景技术

根据卫星轨道高度的不同，卫星移动通信系统可分为静止轨道 (GeostationaryOrbit,GEO)、中轨道(Medium Earth Orbit,MEO)和低轨道(Low Earth orbit,LEO)这三种。其中LEO系统的轨道高度低，重量轻，研发周期短， 研发成本低，同时具有传输时延短、链路损耗小、避开了GEO轨道的拥挤等 优点，近年来已成为全球卫星通信领域的研究热点。

处于高速运动状态的低轨卫星相对于地面接收机总是存在一个径向的速 度分量，引起星地信号的多普勒频移和传输时延变化。由星历信息推导出卫 星的位置与速度矢量，根据地面接收机的经纬高等参数建立多普勒频移与时 延计算模型，可为星地信号的快速捕获和同步提高先验信息。

卫星的瞬时轨道参数定义在J2000历元平天球坐标系下，而地面接收机的 位置速度通常定义在协议地球坐标系下，WGS-84是目前常用的一种ECEF坐 标系，也是一种协议(平)地球坐标系。通常情况下，地面接收机难以直接 计算卫星在ECEF坐标系下的位置和速度矢量，故需要将卫星的参数从J2000 坐标系转换到WGS-84坐标系。

若卫星用户站根据卫星的瞬时轨道参数，独立完成高精度的星历计算， 再结合其位置计算出多普勒频偏及传输时延等，则需要具有强大的计算能力， 而一般卫星用户站受制于移动性、小型化甚至微型化的需求，其芯片在完成 信号处理、射频天线组合等后，再将宝贵的计算资源用于上述计算，显然是 不经济的。

因此，如何在卫星用户站运算资源和运算时间受限的情况下，实现高精 度的星历计算是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种分布式星历计算方法，既克服了传统的卫 星星历计算集中于卫星用户站，导致星历精度不够的问题，又降低了卫星用 户站的计算复杂度，还得到较大时间范围内的星历。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分布式星历计算方法，包括：

步骤1：卫星信关站根据轨道六参数计算卫星在J2000坐标系下当前时刻 的位置和速度，并根据摄动模型，计算卫星摄动加速度；

步骤2：卫星信关站根据卫星摄动加速度、运动方程和RKF数值积分方 法得到卫星在粗粒度时间系、J2000坐标系下其他时刻的星历预计算中间结 果；

步骤3：卫星信关站将星历预计算中间结果从J2000坐标系下转换到 WGS-84坐标系下，并在粗粒度时间间隔内的空口广播帧信息中重复发送转化 后的星历预计算中间结果；

步骤4：卫星用户站接收转化后的星历预计算中间结果，利用插值算法进 行插值，得到细粒度时间系下的卫星星历计算结果；

步骤5：卫星用户站根据细粒度时间系下的卫星星历计算结果和当前卫星 用户站所在的经纬度，计算卫星对应的WGS-84坐标位置，并计算出多普勒 频偏和传输时延。

优选的，在步骤2中，卫星信关站根据受摄运动方程和RKF数值积分方 法得到卫星在粗粒度时间系、J2000坐标系下其他时刻的星历预计算中间结 果。

优选的，在步骤3中，卫星信关站采用卫星矢量的表示方式进行空口广 播发送。