具体实施方式

下面参照附图对本公开进行更全面的描述，其中说明本公开的示例性实施例。下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1所示，本公开提供一种用于信关站的卫星跟踪装置，包括：相控阵通信天线设备10和天线控制模块11。相控阵通信天线设备可以为多波束球面相控阵通信天线设备等。天线控制模块11生成控制指令，控制指令包括：天线阵面动态配置信息等。

相控阵通信天线设备10包括多个天线子阵，相控阵通信天线设备10根据控制指令将多个天线子阵组合为至少一个相控阵逻辑子阵，控制相控阵逻辑子阵生成单波束或多波束，用以对至少一颗卫星进行跟踪。波束可以为现有的多种波束，多波束可以为双波束等，卫星可以为低轨卫星等，每个相控阵逻辑子阵可以跟踪一个或多个卫星。

相控阵通信天线设备10可以设置主控装置、子阵组合装置等，相控阵通信天线设备10通过主控装置、子阵组合装置等根据控制指令完成将多个天线子阵组合为相控阵逻辑子阵，控制相控阵逻辑子阵生成单波束或多波束等多种操作，主控装置、子阵组合装置等可以有多种实现方式。

上述实施例的用于信关站的卫星跟踪装置，可以实现基于相控阵的多波束接入方式，采用模拟单波束或多波束天线子阵组成相控阵通信天线设备，实现信关站全空域对多颗卫星的通信能力。

在一个实施例中，天线阵面动态配置信息包括：相控阵逻辑子阵的组合调度信息、天线子阵的指向和功率信息等；相控阵通信天线设备10根据组合调度信息对多个天线子阵进行组合处理，构成一个或多个相控阵逻辑子阵；相控阵通信天线设备10根据指向和功率信息，控制天线子阵生成用于跟踪至少一颗卫星的波束。

天线子阵由多个天线单元组成，相控阵通信天线设备10根据指向和功率信息调整天线单元的相位与幅度，以使天线子阵生成用于跟踪至少一颗卫星的接收波束和发射波束，用于接收波束或发射波束。天线子阵的全部天线单元用于接收波束或发射波束，或者，天线子阵的全部天线单元用于接收波束和发射波束，即天线子阵可以为收发同阵或收发异阵方式。

当确定相控阵逻辑子阵跟踪的目标卫星超过此相控阵逻辑子阵的波束范围后，相控阵通信天线设备10控制与此相控阵逻辑子阵临近的天线子阵对目标卫星进行接力跟踪。

在一个实施例中，相控阵通信天线设备10根据天线控制模块11输入的控制指令，计算并调节用于发射或接收波束的天线单元信号的相位与幅度，生成多个接收或发射波束，每个波束的方向和功率由天线单元信号的相位和幅度确定。相控阵通信天线设备的工作波段包括毫米波段等。

例如，相控阵通信天线设备10接收到天线控制模块11输入的控制指令，控制指令包括两组波束指向信息，相控阵通信天线设备10分别计算出每个波束对应的阵面通道移相值，再与校准参数联合计算出波控该波束的波控码。每个波束信号经过合成器再到功放放大后输出，在空间合成波束；由于每个相控阵逻辑子阵可以具有多个波束的信号，空间上会合成出多个波束。

天线控制模块11根据与相控阵通信天线设备10相对应的波束需求数量、各个波束的角度和功率信息，生成组合调度信息以及天线子阵的指向和功率信息。

天线控制模块11根据与相控阵通信天线设备10相对应的波束需求数量、各个波束的角度和功率信息，将相控阵通信天线设备10的天线阵面动态划分成若干个区域，形成相控阵逻辑子阵，对各相控阵逻辑子阵中的天线子阵的天线单元进行组合调度，使得每个相控阵逻辑子阵按照指向和功率要求生成对准某一颗或两颗等卫星的波束；同时，当卫星移动时，通过对各相控阵逻辑子阵动态切换，实现波束的快速调整，可以使用现有的多种动态切换方法。

在一个实施例中，如图2所示，卫星跟踪装置包括：调度计算模块12，调度计算模块12根据卫星相关信息和信关站位置信息，确定波束需求数量、各个波束的角度和功率信息；卫星相关信息包括：卫星星历信息、各时间段内信关站上空的卫星过境信息等。卫星星历信息又称为标准两行轨道元素(Two-Line Orbital Element，简称：TLE)信息，包括卫星编号、轨道高度、卫星倾角等信息。

调度计算模块12依据卫星星历和信关站位置等信息，统计各时间段内信关站上空的卫星过境情况，并依此计算出相控阵通信天线设备10所需波束数量。调度计算模块12可以根据该信关站需要跟踪卫星数量确定波束数量，根据卫星的位置确定波束的实时指向，功率由通信链路的通信速率决定。如果某一波束的用户数量多，将用户波束功率调少；多波束共用一个功放，功放的功率是一定的，调小一个波束的功率的同时调大另外波束的功率，总功率不变。

空域内的卫星可能存在多个信关站可以同时覆盖的情况，调度计算模块12需要联立多个信关站分配本地站点的任务，优先把用户数量多的卫星分配到波束扫描角小的信关站上，获得最大的天线增益。

在一个实施例中，对于一个低轨宽带通信系统，其轨道高度为1150千米。相控阵通信天线设备10的工作波段为毫米波段，工作仰角在15度范围内，天线覆盖半径为2200千米。相控阵通信天线设备10包括：天线阵面主体；天线阵面主体由天线子阵拼接而成，天线子阵的形状包括：多边形。例如，天线阵面主体的外形为球冠，或者，天线阵面主体的外形由一个球冠和一个圆台面组成；用于拼接球冠的天线子阵的形状包括五边形和六边形等；用于拼接圆台面的天线子阵的形状包括四边形等。

如图3至图6所示，相控阵通信天线设备10的天线阵面主体由一个球冠101，或一个球冠101和一个圆台10面组成，可实现对0-360度方位角内卫星的通信。天线阵面主体由N个异构天线子阵拼接而成，如图3和图5所示，球冠101由平面五边形102和六边形103的天线子阵拼接而成；圆台面105由平面四边形天线子阵106拼接而成。每种类型的天线子阵又分别由多个天线单元组成，每个天线单元可以采用低成本的毫米波段T/R芯片实现各通道的控制，当天线单元数量较大时，可以有效控制成本，满足商用要求。

各个天线子阵可灵活组合，用于构成模拟单波束或多波束的相控阵逻辑子阵，可实现1-2个波束的接收或发射，整个天线阵面主体共可形成多个波束。天线子阵可设计成收发同阵的形式，也可设计成独立收发的形式，如图4和图6所示，天线子阵102,103,106为发射子阵，天线子阵104为接收子阵。

天线子阵采用插卡安装方式，具有热插拔功能。天线子阵通过热插拔设计，即插即用，波束能够自动接力覆盖，可实现射频链路连续不中断，维修天线时也不需要对整个天线阵列断电，不影响整体天线的正常工作，天线子阵故障时，波束可自适应无缝覆盖。

在一个实施例中，在与低轨卫星系统通信过程中，调度计算模块12通过在系统中获取的卫星星历等其他卫星位置信息和信关站自身位置信息，对指定时间内的卫星轨道进行外推，计算过境卫星的数量C、各卫星的实时方位和距离。

由于卫星测控的不连续，卫星的位置信息并不能实时更新，实时卫星星历需要由历史星历数据通过基于作用于卫星的摄动力,调度计算模块12可以通过建立动力学模型来确定和预测卫星的轨道位置和速度。

天线控制模块11按照上述信息和跟踪策略分析计算通信天线需要的波束个数、波束角度和功率大小，据此将天线阵面分成多个模拟单波束相控阵逻辑子阵，可能包含五边形、六边形和四边形等多个天线子阵，每个模拟单波束相控阵逻辑子阵的大小和天线单元数量的多少由功率等因素决定。

可以预先设置天线子阵冗余，天线子阵的波束互相覆盖，天线子阵损坏后由相邻的天线子阵覆盖。如果部分天线子阵损坏，天线控制模块11将通过灵活调整组合其他天线子阵，形成对原有波束的覆盖。

相控阵通信天线设备10依据天线控制模块11发送的控制指令调整天线单元信号的相位与幅度，使得天线阵列形成多个满足要求的波束，与多个卫星实现同时通信的要求。当卫星离开某个模拟单波束的天线子阵的波束范围后，可由该相控阵逻辑子阵的临近天线子阵的波束实现对该卫星的接力跟踪，从而完成卫星在整个通信天线覆盖范围内的无缝跟踪和通信。例如，当卫星开始远离天线子阵的法向位置，向另外的天线子阵法向方向移动时，卫星处在两个天线子阵的空域覆盖区，在该区域内完成波束接力，信号不会中断。

在一个实施例中，本公开提供一种信关站，包括如上任一实施例的用于信关站的卫星跟踪装置。

图7为根据本公开的用于信关站的卫星跟踪方法的一个实施例的流程示意图，如图7所示：

步骤701，天线控制模块生成控制指令；其中，控制指令包括：天线阵面动态配置信息。

步骤702，相控阵通信天线设备根据控制指令将多个天线子阵组合为至少一个相控阵逻辑子阵，控制相控阵逻辑子阵生成单波束或多波束，用以对至少一颗卫星进行跟踪。

在一个实施例中，天线阵面动态配置信息包括：相控阵逻辑子阵的组合调度信息、天线子阵的指向和功率信息等；相控阵通信天线设备根据组合调度信息对多个天线子阵进行组合处理，构成一个或多个相控阵逻辑子阵；相控阵通信天线设备根据指向和功率信息，控制天线子阵生成用于跟踪至少一颗卫星的波束。

天线子阵由多个天线单元组成；相控阵通信天线设备根据指向和功率信息调整天线单元的相位与幅度，以使天线子阵生成用于跟踪至少一颗卫星的接收和/或发射波束。天线子阵的全部天线单元用于接收波束或发射波束；或者，天线子阵的全部天线单元用于接收波束和发射波束。

天线控制模块根据与相控阵通信天线设备相对应的波束需求数量、各个波束的角度和功率信息，生成组合调度信息以及天线子阵的指向和功率信息。调度计算模块根据卫星相关信息和信关站位置信息，确定波束需求数量、各个波束的角度和功率信息；其中，卫星相关信息包括：卫星星历信息、各时间段内信关站上空的卫星过境信息等。

当相控阵通信天线设备确定相控阵逻辑子阵跟踪的目标卫星超过此相控阵逻辑子阵的波束范围后，控制与此相控阵逻辑子阵临近的天线子阵对目标卫星进行接力跟踪。

在一个实施例中，本公开提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，指令被处理器执行时实现如上任一个实施例中的方法。

上述实施例中提供的用于信关站的卫星跟踪装置、方法、信关站以及存储介质，通过将多个天线子阵组合为相控阵逻辑子阵并控制相控阵逻辑子阵生成单波束或多波束进行卫星跟踪，可以在单个相控阵天线上实现多波束接入，使得单个天线能同时与多颗卫星进行通信，大幅降低信关站通信天线占地面积；采用异构子阵形成的球面阵列，使得阵元数量大大优化，在有效面积上可形成更多波束，大大提高球面阵列的效率；通过采用模拟单波束或双波束天线阵，可利用低成本芯片设计，大幅降低生产成本。

可能以许多方式来实现本公开的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。

本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。