[发明专利]一种低轨卫星星座阵列天线共视方法及系统

说明书

一种低轨卫星星座阵列天线共视方法及系统，首先，低轨卫星星座每颗卫星均配置频段相同、空域覆盖能力相当的阵列天线；低轨卫星星座每颗卫星的星上时间同步，即工作在同一时统状态下；地面根据低轨卫星星座每颗卫星的轨道、构型和阵列天线空域覆盖能力，计算卫星处于不同轨道段、不同天线指向角时，为使星座对地覆盖共视范围最大，每颗卫星阵列天线指向角度需修正的角度值，并通过测控链路上注至卫星；最后，每颗卫星的波束控制模块根据阵列天线修正后的优化指向角度，设置各阵元信号延迟和衰减，实现天线指向调整，实现共视范围最大。本发明能够增大低轨卫星星座对地覆盖共视范围，提高低轨卫星星座中多星协同工作效率。

技术领域

本发明属于卫星遥感技术领域，尤其涉及一种低轨卫星星座阵列天线共视方法及系统。

技术背景

低轨卫星星座由在同一轨道高度上分布的多颗遥感卫星组成，在轨道面上密集分布，同时对地面快速大范围遥感观测，且星间协同配合工作，实现卫星组网观测，在对地观测领域扮演了十分重要的角色。作为高精度的对地观测平台，低轨卫星被广泛应用于网络通讯、海洋测高、重力场反演、大气监测等众多工程及科学领域，保障了日常环境探测的空间数据需求，发挥了巨大的作用。近年来伴随着全球通讯、科学研究等需求的急剧增加，众多低轨星座计划如雨后春笋般出现，例如美国的Oneweb、铱星(Iridium)、SpaceX，中国的鸿雁、虹云和CentiSpace，韩国的Samsung等。目前，大型低轨互联网星座已经成为国内外发展的前沿与热点。

传统的面天线方向图不易控制，工作带宽较窄；平板天线和螺旋天线增益系数低，方向图不能自适应调整；单天线方向图不易控制，增益较低，极化特性及带宽特性也往往不能满足遥感卫星发展需要。阵列天线指的是在一定环境中，把多个单天线按照一定规律进行排列组成的天线系统。相比于上述传统天线结构，阵列天线能够获得更大的信号增益，并能更有效控制传输信号的主瓣方向以及抑制干扰和噪声，且可以通过调整各天线单元的馈电方式来实现特定的方向图、极化特性及带宽特性。因此，阵列天线在雷达、无线电通信、导航等诸多领域得到了广泛地应用和快速的发展，并逐渐应用于遥感卫星领域。

阵列天线增益较高，但波束宽度较小，瞬时对地覆盖范围有限。对于低轨卫星星座，多星间阵列天线共视问题直接影响星间协同配合工作的效率，对于这方面的研究，国内外研究资料较少。

现有的低轨卫星星座大部分未对多星间天线共视问题提供解决方法，一方面，星上配置的天线多为单天线，瞬时覆盖范围较大，甚至瞬时可覆盖全空域，不存在天线共视问题；另一方面，低轨卫星星座未对天线共视问题进一步处理，无法对非共视区域进行多星协同配合任务，增加了空域扫描时间，多星协同工作效率较低。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对低轨卫星星座中卫星阵列天线具有的瞬时空域覆盖有限、星间共视效率低等问题，提出了一种低轨卫星星座阵列天线共视方法，通过预先计算卫星处于不同轨道段时，为使星座阵列天线共视范围最大，每颗卫星阵列天线指向角度需修正的角度值，并通过波束控制模块实现波束指向修正，提高低轨卫星星座中多星协同工作效率。

本发明的技术方案为：一种低轨卫星星座阵列天线共视方法，包括：

(1)为低轨卫星星座中的每颗卫星均配置频段相同、空域覆盖能力相同的阵列天线，并指定其中一颗卫星作为基准星；

(2)对低轨卫星星座中的每颗卫星进行时间同步，使得每颗卫星均工作在同一时间系统下；

(3)对于低轨卫星星座中的基准星，将其在一个轨道周期内的运行轨道划分成不同的轨道段；并根据任务需求设置卫星对地遥感区域，确定低轨卫星星座每颗卫星的阵列天线初始指向角度，设定基准星的阵列天线保持初始指向角度不变；

(4)确定基准时间T₀，并实时获取低轨卫星星座中每颗卫星的星上时间T_utc，根据所述星上时间T_utc以及基准时间T₀，确定每颗卫星所处的轨道位置；