基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法及装置制造方法及图纸

基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法及装置，该方法通过以初始指向作为参考系，控制天线波束对指定离轴角和指定方位角的扫描区域进行扫描得到扫描信号反馈，对得到的扫描信号实时处理判断卫星方位，以完成波束对星；通过相控阵波束指向卫星得到对星波束的离轴角和方位角，并采集相控阵用户终端的阵面姿态参数；计算波束指向在阵面坐标系中的波束向量，将阵面坐标系中的波束向量转换到地理坐标系，得到地理坐标系下的波束向量；利用地理坐标系下的波束向量和目标卫星位置信息，通过坐标反衍和象限判断获得用户终端的定位信息。本发明专利技术解决卫星通信用户终端的GNSS无法正常工作时，不能实时获取地理位置信息的问题。不能实时获取地理位置信息的问题。不能实时获取地理位置信息的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法及装置


[0001]本专利技术属于定位
，具体涉及一种基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法及装置。

技术介绍

[0002]目前，常规卫星通信中，采用抛物面天线或者相控阵天线，以GPS、陀螺仪等定位和姿态传感器数据为基础，完成卫星天线波束指向的计算。GNSS(全球导航卫星系统)设备附近的电磁干扰噪声、发射电台基站，特殊时刻对GNSS干扰/屏蔽等原因，都会使GNSS定位偏差增大或定位失效，进而降低通信链路的建立速度或链路中断，丢失卫星通信用户终端地理位置信息，丧失获取地理信息的能力。
[0003]高通量卫通相控阵用户终端通常由相控阵天线阵列、上下变频器、高通量宽带卫星调制解调器、卫星跟踪相控阵天线波束成形控制单元(ACU)组成，能够在500微秒内完成一次波束控制，19秒内完成全周天初始对星，1秒内完成卫星信号的失锁重捕，使天线波束始终在最佳指向，保持对卫星的追踪。当卫星通信用户终端的GNSS受到干扰、屏蔽等影响无法正常工作时，如何实时获取高通量卫通相控阵用户终端的地理位置信息具有重要的研究价值。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供一种基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法及装置，解决卫星通信用户终端的GNSS无法正常工作时，不能实时获取地理位置信息的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法，包括：
[0006]以初始指向作为参考系，控制天线波束对指定离轴角和指定方位角的扫描区域进行扫描得到扫描信号反馈，对得到的扫描信号实时处理判断卫星方位，以完成波束对星；
[0007]采集以卫星为中心的对称点信号电平值，比较电平值大小判断天线移动方向，以控制天线跟踪卫星；
[0008]通过相控阵波束指向卫星得到对星波束的离轴角和方位角，并采集相控阵用户终端的阵面姿态参数；
[0009]计算波束指向在阵面坐标系中的波束向量，将阵面坐标系中的波束向量转换到地理坐标系，得到地理坐标系下的波束向量；
[0010]利用地理坐标系下的波束向量和目标卫星位置信息，通过坐标反衍和象限判断获得用户终端的定位信息。
[0011]作为基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法优选方案，控制天线波束对离轴角为0～75
°
、方位角0～360
°
的扫描区域进行扫描得到扫描信号反馈；用户终端的阵面姿态参数包括航向角、横滚角和俯仰角。
[0012]作为基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法优选方案，波束指向在阵面
坐标系中的波束向量为：
[0013][0014]式中，FY
b
为阵面坐标系下波束指向的俯仰角，FW
b
为阵面坐标系下波束指向的方位角。
[0015]作为基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法优选方案，将阵面坐标系中的波束向量转换到地理坐标系，得到地理坐标系下的波束向量的方式为：
[0016][0017]式中，M
tb
为地理坐标系到阵面坐标系转换的旋转矩阵：
[0018][0019]式中，H为航向角，P为俯仰角，R为横滚角。
[0020]作为基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法优选方案，用户终端在地理坐标系下的俯仰角FY
t
、方位角FW
t
，和地球半径r、卫星高度L及用户终端与卫星对地心的张角关系为：
[0021][0022][0023][0024][0025]式中，α为用户终端与目标卫星的经度差，为用户终端的纬度。
[0026]本专利技术还提供一种基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位装置，包括：
[0027]波束对星模块，用于以初始指向作为参考系，控制天线波束对指定离轴角和指定方位角的扫描区域进行扫描得到扫描信号反馈，对得到的扫描信号实时处理判断卫星方位，以完成波束对星；
[0028]卫星跟踪模块，用于采集以卫星为中心的对称点信号电平值，比较电平值大小判断天线移动方向，以控制天线跟踪卫星；
[0029]参数获取模块，用于通过相控阵波束指向卫星得到对星波束的离轴角和方位角，
并采集相控阵用户终端的阵面姿态参数；
[0030]波束向量处理模块，用于计算波束指向在阵面坐标系中的波束向量，将阵面坐标系中的波束向量转换到地理坐标系，得到地理坐标系下的波束向量；
[0031]定位判断模块，用于利用地理坐标系下的波束向量和目标卫星位置信息，通过坐标反衍和象限判断获得用户终端的定位信息。
[0032]作为基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位装置优选方案，所述波束对星模块中：控制天线波束对离轴角为0～75
°
、方位角0～360
°
的扫描区域进行扫描得到扫描信号反馈；
[0033]所述参数获取模块中，用户终端的阵面姿态参数包括航向角、横滚角和俯仰角。
[0034]作为基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位装置优选方案，所述波束向量处理模块中，波束指向在阵面坐标系中的波束向量为：
[0035][0036]式中，FY
b
为阵面坐标系下波束指向的俯仰角，FW
b
为阵面坐标系下波束指向的方位角。
[0037]作为基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位装置优选方案，所述波束向量处理模块中，将阵面坐标系中的波束向量转换到地理坐标系，得到地理坐标系下的波束向量的方式为：
[0038][0039]式中，M
tb
为地理坐标系到阵面坐标系转换的旋转矩阵：
[0040][0041]式中，H为航向角，P为俯仰角，R为横滚角。
[0042]作为基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位装置优选方案，所述定位判断模块中，用户终端在地理坐标系下的俯仰角FY
t
、方位角FW
t
，和地球半径r、卫星高度L及用户终端与卫星对地心的张角关系为：
[0043][0044][0045][0046][0047]式中，α为用户终端与目标卫星的经度差，为用户终端的纬度。
[0048]本专利技术的有益效果如下：通过以初始指向作为参考系，控制天线波束对指定离轴角和指定方位角的扫描区域进行扫描得到扫描信号反馈，对得到的扫描信号实时处理判断卫星方位，以完成波束对星；采集以卫星为中心的对称点信号电平值，比较电平值大小判断天线移动方向，以控制天线跟踪卫星；通过相控阵波束指向卫星得到对星波束的离轴角和方位角，并采集相控阵用户终端的阵面姿态参数；计算波束指向在阵面坐标系中的波束向量，将阵面坐标系中的波束向量转换到地理坐标系，得到地理坐标系下的波束向量；利用地理坐标系下的波束向量和目标卫星位置信息，通过坐标反衍和象限判断获得用户终端的定位信息。本专利技术可使高通量相控阵用户终端不依赖GNSS完成导航定位，进而解决卫星通信用户终本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法，其特征在于，包括：以初始指向作为参考系，控制天线波束对指定离轴角和指定方位角的扫描区域进行扫描得到扫描信号反馈，对得到的扫描信号实时处理判断卫星方位，以完成波束对星；采集以卫星为中心的对称点信号电平值，比较电平值大小判断天线移动方向，以控制天线跟踪卫星；通过相控阵波束指向卫星得到对星波束的离轴角和方位角，并采集相控阵用户终端的阵面姿态参数；计算波束指向在阵面坐标系中的波束向量，将阵面坐标系中的波束向量转换到地理坐标系，得到地理坐标系下的波束向量；利用地理坐标系下的波束向量和目标卫星位置信息，通过坐标反衍和象限判断获得用户终端的定位信息。2.根据权利要求1所述的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法，其特征在于，控制天线波束对离轴角为0～75
°
、方位角0～360
°
的扫描区域进行扫描得到扫描信号反馈；用户终端的阵面姿态参数包括航向角、横滚角和俯仰角。3.根据权利要求1所述的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法，其特征在于，波束指向在阵面坐标系中的波束向量为：式中，FY
b
为阵面坐标系下波束指向的俯仰角，FW
b
为阵面坐标系下波束指向的方位角。4.根据权利要求3所述的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法，其特征在于，将阵面坐标系中的波束向量转换到地理坐标系，得到地理坐标系下的波束向量的方式为：式中，M
tb
为地理坐标系到阵面坐标系转换的旋转矩阵：式中，H为航向角，P为俯仰角，R为横滚角。5.根据权利要求4所述的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法，其特征在于，用户终端在地理坐标系下的俯仰角FY
t
、方位角FW
t
，和地球半径r、卫星高度L及用户终端与卫星对地心的张角关系为：
式中，α为用户终端与目标卫星的经度差，为用户终端的纬度。6.基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位装置，其特征在于，包括：波束对星模块，用于以初始指向作为参考系，控制天线波束对指定离轴角和指定方位角的扫描区域进行扫描得到扫描信号反馈，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王撼宇，赵杰，公衍增，刘丽，
申请(专利权)人：山东嘉航电子信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：