基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法及装置与流程

1.本发明属于定位技术领域，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。


背景技术：

2.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。
3.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。


技术实现要素：

4.为此，本发明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。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法，包括：
6.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；
7.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；
8.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；
9.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；
10.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。
11.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。
12.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，fyb为阵面坐标系下波束指向的俯仰角，fwb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]
本发明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，fyb为阵面坐标系下波束指向的俯仰角，fwb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]
本发明的有益效果如下：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。本发明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端的gnss无法正常工作时，不能获取地理位置信息的问题，同时可以将相控阵用户终端和高精度姿态传感器安装在移动载体上，监测移动载体移动过程中的波束指向和相应姿态，达到实时解算载体当前所在位置的效果。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其他的实施附图。
[0050]
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
[0051]
图1为本发明实施例1提供的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法流程示意图；
[0052]
图2为本发明实施例1提供的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法中对星波束示意图；
[0053]
图3为本发明实施例1提供的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法中地理坐标系和载体坐标系关系图；
[0054]
图4为本发明实施例1提供的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法中波束指向信息采集界面；
[0055]
图5为本发明实施例1提供的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法定位误差matlab仿真图；
[0056]
图6为本发明实施例2提供的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位装置示意图。
具体实施方式
[0057]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0058]
实施例1
[0059]
参见图1、图2和图3，本发明实施例1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，包括以下步骤：
[0060]
s1、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；
[0061]
s2、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；
[0062]
s3、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；
[0063]
s4、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；
[0064]
s5、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。
[0065]
本实施例中，步骤s1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。
[0066]
具体的，以初始指向为参考系，在离轴角为0～75
°
、方位角0～360
°
的扫描区域，用户终端波束控制单元acu控制天线波束对整个区域进行扫描，波束控制单元acu实时处理扫描信号，判断卫星方位，完成波束对星。
[0067]
本实施例中，步骤s2中，天线波束以卫星为中心，在信号辐射范围内做圆周运动，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，控制天线跟踪卫星。
[0068]
具体的，控制天线跟踪卫星原理本身是现有的，通过将馈源喇叭绕天线对称轴做圆周运动，或将负面倾斜旋转，以使天线波束呈圆锥状旋转。当天线对准卫星时，地球站接收到的信标电平是一恒定值；当天线轴偏离卫星时，将会产生一个与天线偏离方向有关的调制信号，根据此调制信号的幅度和相位来判断天线的指向误差，控制系统会根据指向误差值，对天线进行调整，直到天线对准卫星。
[0069]
本实施例中，步骤s3中，用户终端的阵面姿态参数包括航向角、横滚角和俯仰角，具体由相控阵用户终端的姿态传感器采集得到阵面姿态参数。
[0070]
参见图3和图4，本实施例中，op为天线中心指向，oxbybzb为阵为阵面坐标系，ox
tytzt
为地理坐标系，根据投影转换，可以得到阵面坐标系下的波束指向向量为：
[0071]
[0072]
式中，fyb为阵面坐标系下波束指向的俯仰角，fwb为阵面坐标系下波束指向的方位角。
[0073]
本实施中，步骤s4中，波束指向由阵面坐标系[x
b y
b zb]
t
到地理坐标系[x
t y
t z
t
]
t
的转换，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：
[0074][0075]
式中，m
tb
为地理坐标系到阵面坐标系转换的旋转矩阵：
[0076][0077]
式中，h为航向角，p为俯仰角，r为横滚角。
[0078]
本实施例中，步骤s5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：
[0079][0080][0081]
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。进而可以解出：
[0082][0083][0084]
最后通过象限判断获得用户终端的经纬度坐标，即定位信息。其中，通过象限判断经纬度坐标本身属于现有技术。
[0085]
参见图4和图5，通过matlab对本实施例方法进行仿真验证，姿态变化(俯仰角)误差对用户终端的定位精度起关键作用，在俯仰角
±
90
°
范围内，姿态传感器的精度为0.01
°
条件下，仿真得到的最大定位误差为经度716.106m，纬度为1188.30m。
[0086]
试验验证过程中，将高通量卫通相控阵用户终端安装放置在面向地球同步轨道通信卫星(中星16)的方向，利用高精度惯性导航系统，提供阵面的姿态参数(航向角、横滚角、俯仰角)和定位信息对比。惯性导航系统部分参数如下：
[0087]
纯惯性姿态测量精度为：
[0088]
航向角≤0.02
°
(1h，cep50)；横滚角0.008
°
(1h，cep50)；俯仰角0.008
°
(1h，cep50)
[0089]
组合导航位置测量精度：
[0090]
rtk：2cm+1ppm(cep50 gnss/bd信号良好组合导航)；单点：≤1.2m(1σ组合导航)。
[0091]
将惯性导航设备与卫通相控阵用户终端设备刚性连接，保证惯导坐标系与用户终端坐标系保持一致，用惯性导航设备测量阵面的姿态角度，并在此姿态下进行静态对星，通过卫星信号接收锁定指示和信噪比强度完成静态对星。
[0092]
读取相控阵天线波束成形控制单元(acu)所配置的波束指向，通过matlab反衍计算出用户终端所在的经纬度信息，并与惯导测量定位信息进行对比。多次重复试验，通过转台控制俯仰和水平转动，改变用户终端的姿态及静态对星的波束指向，完成数据统计，如表1所示：
[0093]
表1波束指向、姿态、定位信息数据统计
[0094][0095][0096]
综上所述，本发明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。本发明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端的gnss无法正常工作时，不能获取地理位置信息的问题，同时可以将相控阵用户终端和高精度姿态传感器安装在移动载体上，监测移动载体移动过程中的波束指向和相应姿态，达到实时解算载体当前所在位置的效果。从以上试验验证可以得出，利用已知高通量卫通相控阵用户终端的姿态信息，可反衍出相控阵用户终端所在的导航信息，完成对相控阵用户终端的定位。根据上表中数据表示，在反衍定位的过程中，定位精度主要受波束指向精度和姿态传感器(俯仰角)的影响较大，同时波束指向在原指向的基础上做了滤波等数据处理，在实际测试数据中，定位误差经度最大为3295.44米，纬度最大误差为2893.84米，能够满足用户终端在gps受到影响或屏蔽工作不正常的情况下的定位要求。
[0097]
需要说明的是，本公开实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本公开实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
[0098]
需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利
要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0099]
实施例2
[0100]
参见图6，本发明实施例2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：
[0101]
波束对星模块1，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；
[0102]
卫星跟踪模块2，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；
[0103]
参数获取模块3，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；
[0104]
波束向量处理模块4，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；
[0105]
定位判断模块5，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。
[0106]
本实施例中，所述波束对星模块1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；
[0107]
所述参数获取模块3中，用户终端的阵面姿态参数包括航向角、横滚角和俯仰角。
[0108]
本实施例中，所述波束向量处理模块4中，波束指向在阵面坐标系中的波束向量为：
[0109][0110]
式中，fyb为阵面坐标系下波束指向的俯仰角，fwb为阵面坐标系下波束指向的方位角。
[0111]
本实施例中，所述波束向量处理模块4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：
[0112][0113]
式中，m
tb
为地理坐标系到阵面坐标系转换的旋转矩阵：
[0114][0115]
式中，h为航向角，p为俯仰角，r为横滚角。
[0116]
本实施例中，所述定位判断模块5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：
[0117][0118][0119][0120][0121]
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。
[0122]
需要说明的是，上述装置各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本技术实施例1中的方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本技术方法实施例相同，具体内容可参见本技术前述所示的方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
[0123]
实施例3
[0124]
本发明实施例3提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法的程序代码，所述程序代码包括用于执行实施例1或其任意可能实现方式的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法的指令。
[0125]
计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk、ssd))等。
[0126]
实施例4
[0127]
本发明实施例4提供一种电子设备，包括：存储器和处理器；
[0128]
所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行实施例1或其任意可能实现方式的基于高通量卫通相控阵用户终端的导航定位方法。
[0129]
具体的，处理器可以通过硬件来实现也可以通过软件来实现，当通过硬件实现时，该处理器可以是逻辑电路、集成电路等；当通过软件来实现时，该处理器可以是一个通用处理器，通过读取存储器中存储的软件代码来实现，该存储器可以集成在处理器中，可以位于所述处理器之外，独立存在。
[0130]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计
算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。
[0131]
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0132]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
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，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；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；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；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；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。7.根据权利要求6所述的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，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；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。8.根据权利要求7所述的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，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：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。9.根据权利要求8所述的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，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：
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。10.根据权利要求9所述的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，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：卫星高度l及用户终端与卫星对地心的张角关系为：卫星高度l及用户终端与卫星对地心的张角关系为：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。

技术总结
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。


技术研发人员：王撼宇 赵杰 公衍增 刘丽
受保护的技术使用者：山东嘉航电子信息技术有限公司
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/8/24