[发明专利]基于轨道预测的星间链路信号捕获过程的仿真方法

说明书

基于轨道预测的星间链路信号捕获过程的仿真方法，它用于卫星通信技术领域。本发明解决了传统仿真方法不能对中、低轨道卫星之间星间链路的信号捕获过程进行准确描述的问题。本发明会考虑用户卫星的运动轨迹的影响，所以基于本发明得到的仿真结果会更加精准，而且本发明的意义还在于，在准确的得到对中、低轨目标的捕获时间和捕获概率之后，可以调整卫星捕获过程中使用的捕获策略，仿真结果具有较强的实际参考价值。本发明可以应用于卫星通信技术领域用。

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种星间链路信号捕获过程的仿真方法。

背景技术

在航天通信系统中，跟踪与数据中继卫星系统是为中、低轨道的航天器与航天器之间、航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨道精确测控服务的系统。跟踪与数据中继卫星系统作为增强空间信息传输能力、提高获取信息的时效性、快速反应能力的重要手段，在世界各航天大国都得到了大力发展。跟踪与数据中继卫星系统建立星间链路的关键技术是“星间目标捕获与跟踪指向控制技术”，中继卫星星间目标捕获跟踪数学仿真是中继卫星系统研究中的重要组成部分，通过数学仿真的手段验证星间链路建立的主要工作过程和技术指标。

跟踪与数据中继卫星携带有天线可以探测中、低轨卫星发射的信号，建立星间链路的过程实质是中继卫星装载的天线与中、低轨的用户卫星装载天线之间对准的过程，当两星之间的天线对准形成星间链路进而可以进行通信。

当中继卫星选择与用户卫星建立链路之前，需要确定两星之间的运动轨迹。当卫星进入预定的轨道之后，卫星在任意时刻相对于地球的位置确定，可以借助地球作为中间分析卫星与卫星之间的运动轨迹。由于一般情况下卫星的运动还需要考虑宇宙环境等因素，所以人为的去分析卫星之间的运动规律变得相对复杂，为了简化这一分析过程，实际分析过程中采用STK软件进行卫星运行轨迹的仿真，仅需要在该软件中导入卫星的运行轨迹的参数便可以得到两星之间每一个时刻的相对位置关系。两星之间的卫星关系一般采用极坐标表示，即每一个实时位置采用方位角、俯仰角和距离表示。

中继卫星选择与用户卫星建立星间链路时需要调整自身的天线指向用户卫星，由于地面站会对每颗卫星进行遥测，所以中继卫星可以对用户卫星的预报得到用户卫星出现的位置，因此中继卫星对用户卫星的搜索由全向空间变成了一定范围内的不确定区域，由于中继卫星天线发射的电磁波束的束散角角度比较小，无法覆盖整个不确定区域，并且用户卫星在这个不确定空间内部随机出现，所以中继卫星需要控制自身天线在该不确定区域内部搜索。不确定区域的影响因素很多，主要为对用户卫星的测定轨道精度引起的指向误差标准差、中继卫星姿态误差引起的指向误差标准差、两星之间天线安装引起的指向误差标准差、天线机构的变形误差等因素引起的指向误差标准差。结合实际的卫星系统可以得到上述误差标准差的具体数据，一般情况下中继卫星的总指向误差为上述误差项的均方和。

天线的搜索策略有多种方式玫瑰曲线扫描、矩形扫描和螺旋扫描方式等，结合扫描方式的实现难度和对卫星平台的扰动，一般选等距等线速螺旋扫描方式。结合具体的扫描方式分析时，一般忽略用户卫星的距离信息，仅仅考虑空间中扫描波束能够覆盖的角度。传统的星间链路捕获过程建模时认为卫星波束在捕获不确定区域内部不发生相对移动，但是在对于中、低轨卫星的捕获过程中，由于中、低轨卫星的实际运动速度较快，导致利用传统仿真方法不能对中、低轨道卫星之间星间链路的信号捕获过程进行准确描述。

发明内容

本发明的目的是为解决利用传统仿真方法不能对中、低轨道卫星之间星间链路的信号捕获过程进行准确描述的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

基于轨道预测的星间链路信号捕获过程的仿真方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、获取用户卫星相对于中继卫星的预测运行轨迹；

步骤二、选择中继卫星采用的扫描方式，并设置扫描的步长因子；

步骤三、利用中继卫星的总指向误差标准差获取中继卫星扫描的不确定区域；