[發明專利]衛星通信點波束覆蓋區域計算方法

在審

• 申請號: 201410352928.6
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104348539A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 徐慨;楊海亮;項順祥;黃麟舒;賈志軍;劉宏波;葉龍翔
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 夏靜潔

技術領域

本發明涉及涉及衛星通信領域，特別是涉及一種衛星通信點波束覆蓋區域計算方法。?

背景技術

衛星點波束通信是軍事衛星通信的一種應用方式，其特點是截面為圓形或橢圓形，僅覆蓋地球表面的一定區域，這種波束比全球波束小，能實現局部區域信號覆蓋，具有更高的安全保密性，而且衛星點波束的可移動天線具有結構簡單、精度高等優點。對點波束控制和管理的一個重要問題就是覆蓋范圍問題。由于點波束的覆蓋區域有限，針對與移動目標通信的情況，需要不停的改變衛星點波束的中心指向，以確保通信目標在點波束覆蓋范圍之內。衛星點波束的中心指向已知時，需要計算點波束對地球覆蓋的區域，才能判斷覆蓋目標是否在點波束的覆蓋區域內。?

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種求解衛星點波束覆蓋區域的更為簡單、易于實現的衛星通信點波束覆蓋區域計算方法。?

本發明衛星通信點波束覆蓋區域計算方法，所述方法包括：?

建立衛星通信點波束覆蓋區域的計算模型，所述計算模型以衛星所在位置點為頂點，所述衛星所在位置點和所述衛星點波束中心指向點之間的連線為中心軸，做一圓錐，其中該圓錐與與地球的交集為所述衛星通信點波線束覆蓋區域；?

基于所述計算模型，將衛星與地球間的母線和軸線看做兩條向量，計算所述的兩條向量以及所述的兩條向量的夾角，計算軸線向量的長度和波束中心點，在覆蓋范圍的邊界上任取一點作為未知量，將球面坐標和數量積公式進行聯立算出波束范圍的邊界曲線。?

進一步地，所述方法具體包括步驟：?

步驟1：建立數學模型，所述數模模型的建立方法如下：?

以所述衛星點波束中心指向點為E點，E點的經度為φ_E，緯度為，地球同步衛星位于S點，衛星的經度為φ_S，緯度為，對于地球同步衛星高度r₀＝HS＝35?786?000m，地球半徑r＝HO＝6?378?155m；?

建立一個以地球圓心為原點空間直角坐標系，球心到本初子午線的方向為x軸的正方向、球心到東經90°經線的方向為y軸的正方向，球心到北極的方向為Z軸的正方向，以地球同步衛星所在點S為頂點，直線SE為軸，作一圓錐，所述圓錐的母線與軸的夾角為衛星天線的波瓣寬度，所述圓錐與地球的交集即為所述的覆蓋區域的邊界為所述的衛星通信點波束覆蓋區域；?

步驟2：基于步驟1所述建立的數學模型求解所述覆蓋區域的邊界，所述計?算方法具體包括：?

基于球面坐標公式得到點波束中心投影到地球上的坐標點為：?

基于通信衛星為地球同步衛星，衛星位于赤道的上空，得到衛星的坐標為：?

基于地球坐標點和衛星坐標點的公式(1)和公式(2)得出衛星到衛星點波束中心指向點E點的長度為：?

在過E點的平面邊界上均勻的選取n個點，再求過這n個點的圓錐母線與地球的交點即得到了點波束在地球表面覆蓋區域的邊界；?

當某條圓錐母線無交點時，就需要收縮到與地球相切；?

在點波束與地球相交的平面邊界P，在邊界由P0至P_i若干點組成，在所述邊界上任意取一點P₀，作為P₀經度為φ₁，緯度為，則P₀點坐標為：?

由公式(2)、(4)可以得出衛星到P0點的長度為：?

將式(3)、(4)、(5)帶入數量積公式?