本发明所提供的一种基于卫星轨迹预测的超前对准方法及装置，包括：获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量、目标卫星的跟踪视轴角度；根据跟踪视轴角度和脱靶量计算得到目标卫星的真实空间位置信息；根据真实空间位置信息对目标卫星进行预测滤波处理，得到目标卫星下一时刻的速度预测值；根据速度预测值计算得到超前对准角和预测方向，按照超前对准角和预测方向对目标卫星进行超前对准处理。本发明通过跟踪视轴角度和脱靶量合成真实空间位置信息，由于跟踪视轴角度和脱靶量的数据精度和实时性都很高，得到的真实空间位置信息也更加准确，并通过预测滤波的方式得到超前对准角和预测方向，进而提高了超前对准时的准确性。
1.一种基于卫星轨迹预测的超前对准方法，其特征在于，包括：获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度；
根据所述跟踪视轴角度和所述脱靶量计算得到所述目标卫星的真实空间位置信息；
根据所述真实空间位置信息对所述目标卫星进行预测滤波处理，得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值；
根据所述速度预测值计算得到超前对准角和预测方向，按照所述超前对准角和所述预测方向对所述目标卫星进行超前对准处理；
所述获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度，包括：获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量；
利用跟踪探测器获取所述目标卫星的光斑在焦平面阵列上的质心位置；
控制环路中粗跟踪机构的光电编码器实时获取所述目标卫星的跟踪视轴方位角和跟踪视轴俯仰角；
根据所述跟踪视轴角度和所述脱靶量计算得到所述目标卫星的真实空间位置信息，包括：根据所述质心位置得到所述脱靶量的脱靶方位角和脱靶俯仰角；
根据所述跟踪视轴方位角和所述脱靶方位角计算得到所述目标卫星的真实方位角，以及根据所述跟踪视轴俯仰角和所述脱靶俯仰角计算得到所述目标卫星的真实俯仰角；
其中，所述 为真实方位角，所述 为真实俯仰角，所述 为跟踪视轴方位角，所述为跟踪视轴俯仰角， 为目标卫星的光斑在焦平面阵列上的质心位置坐标，所述 为焦平面阵列的等效焦距；
根据所述真实空间位置信息对所述目标卫星进行预测滤波处理，得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值，包括：根据预先确定的记忆点数获取对应的多个真实空间位置信息；
根据多个所述真实空间位置信息，利用最小二乘滤波算法计算得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值；
所述根据预先确定的记忆点数获取对应的多个真实空间位置信息，包括：预先确定记忆点数m以及滤波器阶数n，获取与下一时刻最近的m个时刻的真实方位角和真实俯仰角；
所述根据多个所述真实空间位置信息，利用最小二乘滤波算法计算得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值，包括：利用最小二乘滤波算法，以最小化m个所述真实方位角和所述目标卫星下一时刻的方位角预测值之间的最小均方差为目标，得到方位角预测系数和方位角预测值；
根据所述方位角预测系数得到所述目标卫星下一时刻在方位方向上的速度预测值；
所述根据多个所述真实空间位置信息，利用最小二乘滤波算法计算得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值，还包括：利用最小二乘滤波算法，以最小化m个所述真实俯仰角和所述目标卫星下一时刻的俯仰角预测值之间的最小均方差为目标，得到俯仰角预测系数和俯仰角预测值；
根据所述俯仰角预测系数得到所述目标卫星下一时刻在俯仰方向上的速度预测值；
其中，所述 表示位置预测值，所述 为位置预测系数，所述 为时间；
当预测所述目标卫星下一时刻方位方向上的速度预测值时，所述 表示方位角预测值，所述 表示方位角预测系数，所述 表示m个真实方位角，在得到方位角预测系数后，将所述方位角预测系数代入所述速度预测值公式，得到所述目标卫星下一时刻在方位方向上的速度预测值；
当预测所述目标卫星下一时刻俯仰方向上的速度预测值时，所述 表示俯仰角预测值，所述 表示俯仰角预测系数，所述 表示m个真实俯仰角，在得到俯仰角预测系数后，将所述俯仰角预测系数代入所述速度预测值公式，得到所述目标卫星下一时刻在俯仰方向上的速度预测值；
其中，所述 ，所述 表示方位方向上的速度预测值，所述表示俯仰方向上的速度预测值；所述 为光速；
2.一种基于卫星轨迹预测的超前对准装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度；
第一计算模块，用于根据所述跟踪视轴角度和所述脱靶量计算得到所述目标卫星的真实空间位置信息；
预测模块，用于根据所述真实空间位置信息对所述目标卫星进行预测滤波处理，得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值；
第二计算模块，用于根据所述速度预测值计算得到超前对准角和预测方向，按照所述超前对准角和所述预测方向对所述目标卫星进行超前对准处理；
所述获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度，包括：获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量；
利用跟踪探测器获取所述目标卫星的光斑在焦平面阵列上的质心位置；
控制环路中粗跟踪机构的光电编码器实时获取所述目标卫星的跟踪视轴方位角和跟踪视轴俯仰角；
根据所述跟踪视轴角度和所述脱靶量计算得到所述目标卫星的真实空间位置信息，包括：根据所述质心位置得到所述脱靶量的脱靶方位角和脱靶俯仰角；
根据所述跟踪视轴方位角和所述脱靶方位角计算得到所述目标卫星的真实方位角，以及根据所述跟踪视轴俯仰角和所述脱靶俯仰角计算得到所述目标卫星的真实俯仰角；
其中，所述 为真实方位角，所述 为真实俯仰角，所述 为跟踪视轴方位角，所述为跟踪视轴俯仰角， 为目标卫星的光斑在焦平面阵列上的质心位置坐标，所述 为焦平面阵列的等效焦距；
根据所述真实空间位置信息对所述目标卫星进行预测滤波处理，得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值，包括：根据预先确定的记忆点数获取对应的多个真实空间位置信息；
根据多个所述真实空间位置信息，利用最小二乘滤波算法计算得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值；
所述根据预先确定的记忆点数获取对应的多个真实空间位置信息，包括：预先确定记忆点数m以及滤波器阶数n，获取与下一时刻最近的m个时刻的真实方位角和真实俯仰角；
所述根据多个所述真实空间位置信息，利用最小二乘滤波算法计算得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值，包括：利用最小二乘滤波算法，以最小化m个所述真实方位角和所述目标卫星下一时刻的方位角预测值之间的最小均方差为目标，得到方位角预测系数和方位角预测值；
根据所述方位角预测系数得到所述目标卫星下一时刻在方位方向上的速度预测值；
所述根据多个所述真实空间位置信息，利用最小二乘滤波算法计算得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值，还包括：利用最小二乘滤波算法，以最小化m个所述真实俯仰角和所述目标卫星下一时刻的俯仰角预测值之间的最小均方差为目标，得到俯仰角预测系数和俯仰角预测值；
根据所述俯仰角预测系数得到所述目标卫星下一时刻在俯仰方向上的速度预测值；
其中，所述 表示位置预测值，所述 为位置预测系数，所述 为时间；
当预测所述目标卫星下一时刻方位方向上的速度预测值时，所述 表示方位角预测值，所述 表示方位角预测系数，所述 表示m个真实方位角，在得到方位角预测系数后，将所述方位角预测系数代入所述速度预测值公式，得到所述目标卫星下一时刻在方位方向上的速度预测值；
当预测所述目标卫星下一时刻俯仰方向上的速度预测值时，所述 表示俯仰角预测值，所述 表示俯仰角预测系数，所述 表示m个真实俯仰角，在得到俯仰角预测系数后，将所述俯仰角预测系数代入所述速度预测值公式，得到所述目标卫星下一时刻在俯仰方向上的速度预测值；
其中，所述 ，所述 表示方位方向上的速度预测值，所述表示俯仰方向上的速度预测值；所述 为光速；
3.一种卫星终端，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于卫星轨迹预测的超前对准程序，所述基于卫星轨迹预测的超前对准程序被所述处理器执行时实现如权利要求1所述的基于卫星轨迹预测的超前对准方法的步骤。
4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以用于实现如权利要求1所述的基于卫星轨迹预测的超前对准方法的步骤。
一种基于卫星轨迹预测的超前对准方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及的是一种基于卫星轨迹预测的超前对准方法及装置。
背景技术
[0002] 以激光为载波的卫星通信系统具有带宽大、速率高、保密性强、频谱无需申请以及终端体积小、重量轻、功耗低等特点，成为卫星通信发展趋势。由于激光通信系统束散角小，通信距离远，相对运动速度快，光束的捕获、跟踪、对准(Acquisition, Tracking and Pointing, ATP)技术是卫星光通信关键技术之一。其中对准技术主要是指超前对准，即有限光速在远距离传输下位置偏差的补偿技术。如图1所示，卫星#1和#2上两光端机进行通信，卫星#2光端机B在p(k‑1)处发射的光束，经过t时刻到达卫星#1光端机A，此时光端机B已经运动到p(k)处；光端机A在t(k)发射的光经t时刻到达光端机B，光端机B的位置已运动到p(k+1)处。所以光端机A在进行光束发射的时候，需要在其跟踪视轴基础上补偿p(k‑1)、p(k)、p（k+1）位置移动带来的偏差。定义光端机A跟踪视轴和发射视轴之间的夹角为超前对准角 ，可近似表示为 ，其中v为通信两端连线垂直方向上的相对运动速度，C为光速。
[0003] 从公式中可以看出，超前对准角的大小与卫星间相对运动速度相关。GEO‑LEO（轨道高度500km）之间超前对准角范围约 ，随着轨道倾角增加而增大；深空探测如NASA深空项目Psyche小行星探测器对于地面站的超前对准角最大可达 。
[0004] 超前对准在典型光端机中的功能示意图如图2所示。现有超前对准功能实现方法主要是根据星历表或GPS信息，由地面站或者星载计算设备对即将建立的链路的超前角进行计算，然后将计算所得结果转换为控制指令，通过控制指令驱动超前对准机构，实现发射视轴的超前对准。可以看出，超前对准功能在光端机控制系统相对独立，无光束闭环反馈量，属于开环控制，超前角的获取完全依赖于光端机外部的轨道数据。轨道数据通过轨道预报注入或者卫星平台参数广播得到。轨道预报注入一种方法是利用星历表给出未来特定时间卫星的位置及速度变化数据，通过地面计算完成有效载荷设备的超前角，然后上传注入给有效载荷；另一种方法是直接将轨道预报数据注入给有效载荷，由其在运行时实时解算出超前角，后者的优点是可以补偿卫星轨道姿态误差，缺点是运算量较大。另外，卫星平台参数广播的方式是卫星通过GPS接收机，解析出当前卫星位置、速度以及测控单元给出卫星姿态误差数据广播给光端机，光端机通过约定的目标卫星或地面站位置计算所需的超前角。该方式优点是无需地面数据上传注入轨道数据，且能实时补偿卫星姿态误差，缺点是运算量大，GPS接收机可能存在信号丢失的问题。
[0005] 现有光端机超前对准角获取流程包括：（1）基于惯性坐标系中的卫星相对速度计算超前对准角向量，并将该向量用轨道预报数据所在的坐标系表示；（2）将超前角转换到卫星载荷设备坐标系；（3）将超前角由卫星载荷设备坐标系转换到光端机视轴坐标系；（4）依据光端机光路变换矩阵计算得到超前角对应的二维转动量；（5）根据转动量驱动超前对准机构执行转动，实现超前对准功能。
[0006] 可以看出，当前超前对准方法主要依赖卫星轨道参数注入或广播的实时性、各坐标系的变换的准确性。在卫星轨道参数不能及时更新，轨道测量本身存在误差的情况下，超前对准角的获取变得不可靠。同时，光端机所在的卫星平台姿态漂移，信道存在折射特征（如空地链路间大气折射），完全依赖轨道数据也会增加超前对准角偏差。
[0007] 因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。
发明内容
[0008] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于卫星轨迹预测的超前对准方法及装置，旨在解决现有技术中进行超前对准时准确性较差的问题。
[0009] 本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0010] 一种基于卫星轨迹预测的超前对准方法，其中，包括：
[0011] 获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度；
[0012] 根据所述跟踪视轴角度和所述脱靶量计算得到所述目标卫星的真实空间位置信息；
[0013] 根据所述真实空间位置信息对所述目标卫星进行预测滤波处理，得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值；
[0014] 根据所述速度预测值计算得到超前对准角和预测方向，按照所述超前对准角和所述预测方向对所述目标卫星进行超前对准处理。
[0015] 在一种实现方式中，所述获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度，包括：
[0016] 获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量；
[0017] 利用跟踪探测器获取所述目标卫星的光斑在焦平面阵列上的质心位置；
[0018] 控制环路中粗跟踪机构光电编码器实时获取所述目标卫星的跟踪视轴方位角和跟踪视轴俯仰角。
[0019] 在一种实现方式中，根据所述跟踪视轴角度和所述脱靶量计算得到所述目标卫星的真实空间位置信息，包括：
[0020] 根据所述质心位置得到所述目标脱靶量的脱靶方位角和脱靶俯仰角；
[0021] 根据所述跟踪视轴方位角和所述脱靶方位角计算得到所述目标卫星的真实方位角，以及根据所述跟踪视轴俯仰角和所述脱靶俯仰角计算得到所述目标卫星的真实俯仰角。
[0022] 在一种实现方式中，所述目标卫星的真实方位角的计算公式为： ；
[0023] 所述目标卫星的真实俯仰角的计算公式为： ；
[0024] 其中，所述 为真实方位角，所述 为真实俯仰角，所述 为跟踪视轴方位角，所述 为跟踪视轴俯仰角， 为目标卫星的光斑在焦平面阵列上的质心位置坐标，所述为焦平面阵列的等效焦距。
[0025] 在一种实现方式中，根据所述真实空间位置信息对所述目标卫星进行预测滤波处理，得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值，包括：
[0026] 根据预先确定的记忆点数获取对应的多个真实空间位置信息；
[0027] 根据多个所述真实空间位置信息，利用最小二乘滤波算法计算得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值。
[0028] 在一种实现方式中，所述根据预先确定的记忆点数获取对应的多个真实空间位置信息，包括：
[0029] 预先确定记忆点数m以及滤波器阶数n，获取与下一时刻最近的m个时刻的真实方位角和真实俯仰角。
[0030] 在一种实现方式中，所述根据多个所述真实空间位置信息，利用最小二乘滤波算法计算得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值，包括：
[0031] 利用最小二乘滤波算法，以最小化m个所述真实方位角和所述目标卫星下一时刻的方位角预测值之间的最小均方差为目标，得到方位角预测系数和方位角预测值；
[0032] 根据所述方位角预测系数得到所述目标卫星下一时刻在方位方向上的速度预测值。
[0033] 在一种实现方式中，所述根据多个所述真实空间位置信息，利用最小二乘滤波算法计算得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值，还包括：
[0034] 利用最小二乘滤波算法，以最小化m个所述真实俯仰角和所述目标卫星下一时刻的俯仰角预测值之间的最小均方差为目标，得到俯仰角预测系数和俯仰角预测值；
[0035] 根据所述俯仰角预测系数得到所述目标卫星下一时刻在俯仰方向上的速度预测值。
[0036] 在一种实现方式中，所述目标卫星的位置预测值与时间的关系表示为：；
[0037] 其中，所述 表示位置预测值，所述 为位置预测系数，所述 为时间；
[0038] 将所述目标卫星下一时刻的位置预测值表示为： ；
[0039] 其中， ；
[0040] 与下一时刻最近的m个真实空间位置信息表示为 ；
[0041] 求解 ，若 非奇异，则 ，得到位置预测系数；
[0042] 所述目标卫星下一时刻的速度预测值公式为： 。
[0043] 在一种实现方式中，当预测所述目标卫星下一时刻方位方向上的速度预测值时，所述 表示方位角预测值，所述 表示方位角预测系数，所述 表示m个真实方位角，在得到方位角预测系数后，将所述方位角预测系数代入所述速度预测值公式，得到所述目标卫星下一时刻在方位方向上的速度预测值；
[0044] 当预测所述目标卫星下一时刻俯仰方向上的速度预测值时，所述 表示俯仰角预测值，所述 表示俯仰角预测系数，所述 表示m个真实俯仰角，在得到俯仰角预测系数后，将所述俯仰角预测系数代入所述速度预测值公式，得到所述目标卫星下一时刻在俯仰方向上的速度预测值。
[0045] 在一种实现方式中，所述超前对准角的计算公式为： ；
[0046] 其中，所述 ，所述 表示方位方向上的速度预测值，所表示俯仰方向上的速度预测值；所述 为光速；
[0047] 所述预测方向的计算公式为：
[0048] 。
[0049] 本发明还提供一种基于卫星轨迹预测的超前对准装置，包括：
[0050] 获取模块，用于获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度；
[0051] 第一计算模块，用于根据所述跟踪视轴角度和所述脱靶量计算得到所述目标卫星的真实空间位置信息；
[0052] 预测模块，用于根据所述真实空间位置信息对所述目标卫星进行预测滤波处理，得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值；
[0053] 第二计算模块，用于根据所述速度预测值计算得到超前对准角和预测方向，按照所述超前对准角和所述预测方向对所述目标卫星进行超前对准处理。
[0054] 本发明还提供一种卫星终端，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于卫星轨迹预测的超前对准程序，所述基于卫星轨迹预测的超前对准程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于卫星轨迹预测的超前对准方法的步骤。
[0055] 本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以用于实现如上所述的基于卫星轨迹预测的超前对准方法的步骤。
[0056] 本发明所提供的一种基于卫星轨迹预测的超前对准方法及装置，所述基于卫星轨迹预测的超前对准方法包括：获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度；根据所述跟踪视轴角度和所述脱靶量计算得到所述目标卫星的真实空间位置信息；根据所述真实空间位置信息对所述目标卫星进行预测滤波处理，得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值；根据所述速度预测值计算得到超前对准角和预测方向，按照所述超前对准角和所述预测方向对所述目标卫星进行超前对准处理。本发明通过跟踪视轴角度和脱靶量合成真实空间位置信息，并根据真实空间位置信息进行预测滤波处理，由于跟踪视轴角度和脱靶量的数据精度和实时性都很高，得到的真实空间位置信息也更加准确，通过预测滤波的方式得到超前对准角和预测方向，提高了超前对准时的准确性。
附图说明
[0057] 图1是两个卫星终端之间进行通信时的超前对准示意图。
[0058] 图2是典型光端机的功能原理示意图。
[0059] 图3是本发明中基于卫星轨迹预测的超前对准方法较佳实施例的流程图。
[0060] 图4是本发明中基于卫星轨迹预测的超前对准方法较佳实施例中的步骤S100的具体流程图。
[0061] 图5是本发明中基于预测滤波的超前对准功能原理示意图。
[0062] 图6是本发明中基于卫星轨迹预测的超前对准方法较佳实施例中步骤S200的具体流程图。
[0063] 图7是本发明中基于卫星轨迹预测的超前对准方法较佳实施例中步骤S300的具体流程图。
[0064] 图8是本发明中基于卫星轨迹预测的超前对准方法较佳实施例中获取方位方向上的速度预测值的流程图。
[0065] 图9是本发明中基于卫星轨迹预测的超前对准方法较佳实施例中获取俯仰方向上的速度预测值的流程图。
[0066] 图10是本发明中方位位置估计值与实际值偏差的效果图。
[0067] 图11是本发明中方位速度估计值与实际值偏差的效果图。
[0068] 图12是本发明中基于卫星轨迹预测的超前对准装置的较佳实施例的功能原理框图。
[0069] 图13是本发明中卫星终端的功能原理框图。
具体实施方式
[0070] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0071] 请参见图3，图3是本发明中基于卫星轨迹预测的超前对准方法的流程图。如图3所示，本发明实施例所述的基于卫星轨迹预测的超前对准方法包括以下步骤：
[0072] 步骤S100、获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度。
[0073] 具体地，由于当前星载光端机的ATP系统在通信链路建立和维护的过程中，跟踪控制环路中粗跟踪机构的光电编码器和捕获、跟踪探测器分别记录了高精度角度和目标脱靶量信息，这些测量数据的精度远高于轨道预报外部数据，并且实时性高，可以提高超前对准的准确性。因此，卫星终端获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度。
[0074] 在一种实现方式中，如图4所示，所述步骤S100具体包括：
[0075] 步骤S110、获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量；
[0076] 步骤S120、利用跟踪探测器获取所述目标卫星的光斑在焦平面阵列上的质心位置；
[0077] 步骤S130、控制环路中粗跟踪机构的光电编码器实时获取所述目标卫星的跟踪视轴方位角和跟踪视轴俯仰角。
[0078] 具体地，本发明是在不改变当前光端机ATP硬件方案的情况下，不依赖于轨道预报实现超前对准功能，只利用卫星终端上光端机系统本身测量的跟踪视轴角度和脱靶量。如图5所示，在现有典型的光端机架构中增加两个主要处理环节，第一是目标位置的合成；第二是预测滤波，通过已获取的位置信息预测下一步目标的位置和速度，从而得到超前对准角。所述跟踪视轴角度包括跟踪视轴方位角和跟踪视轴俯仰角。
[0079] 所述步骤S100之后为：步骤S200、根据所述跟踪视轴角度和所述脱靶量计算得到所述目标卫星的真实空间位置信息。
[0080] 具体地，卫星终端将跟踪视轴角度和脱靶量合成目标光轴的真实指向。
[0081] 在一种实现方式中，如图6所示，所述步骤S200具体包括：
[0082] 步骤S210、根据所述质心位置得到所述目标脱靶量的脱靶方位角和脱靶俯仰角；
[0083] 步骤S220、根据所述跟踪视轴方位角和所述脱靶方位角计算得到所述目标卫星的真实方位角，以及根据所述跟踪视轴俯仰角和所述脱靶俯仰角计算得到所述目标卫星的真实俯仰角。
[0084] 也就是说，在合成目标位置时，光端机捕获、跟踪探测器采用焦平面阵列，等效焦距为f。控制环路中光电编码器实时获取方位和俯仰角，分别为A0、E0，光斑质心在焦平面阵列上位置为 。 转换为脱靶量的角度分别为 、 ，根据投影关系可得：
[0085] ； 。
[0086] 在工程中考虑精度要求，针对脱靶量的角度计算进行简化，保留两个公式的第一项。因此，脱靶量和光电码盘合成真实空间位置的真实方位角A和真实俯仰角E分别为：； ；其中，所述 为真实方位角，所述 为真实俯仰角，所述
为跟踪视轴方位角，所述 为跟踪视轴俯仰角， 为目标卫星的光斑在焦平面阵列上的质心位置坐标，所述 为焦平面阵列的等效焦距。
[0087] 所述步骤S200之后为：步骤S300、根据所述真实空间位置信息对所述目标卫星进行预测滤波处理，得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值。
[0088] 本发明采用预测滤波的方法，对目标卫星下一时刻的位置和速度进行预测，从而得到超前对准角。预测滤波原理是通过已知的目标信号的位置推出下一步或几步的目标信息。
[0089] 在一种实现方式中，如图7所示，所述步骤S300具体包括：
[0090] 步骤S310、根据预先确定的记忆点数获取对应的多个真实空间位置信息；
[0091] 步骤S320、根据多个所述真实空间位置信息，利用最小二乘滤波算法计算得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值。
[0092] 常用的预测滤波方法包括有限记忆最小二乘法、Kalman滤波等。基于Kalman预测滤波方法精度高，但计算量大，且依赖目标运动特征和准确的观测器参数，针对卫星环境较难满足。并且，预测基于探测器提供的目标运动信息，位置提取需要一定的时间，滞后会影响超前对准精度，所以要求预测滞后小。最小二乘法预测算法简单、延迟小，准确度较高，因此，针对超前对准角的预测滤波，本发明选择最小二乘滤波算法。
[0093] 在一种实施例中，所述步骤S310具体为：预先确定记忆点数m以及滤波器阶数n，获取与下一时刻最近的m个时刻的真实方位角和真实俯仰角。
[0094] 具体地，最小二乘多项式滤波算法关键在于选择合适的记忆点数m和滤波器阶数n。可根据卫星运动特征进行选择，一般来说，滤波器的m，n既不能太大，也不能太小。若目标机动性较强，需降低系统误差时，则应增加m，减少n；反之，在目标机动性比较弱，需降低随机误差时，则应适当降低m值、增加n值。
[0095] 速度预测值是由方位角和俯仰角两个方向上的速度合成得到的，因此，本发明需要分别计算目标卫星下一时刻在方位方向上的速度预测值，以及目标卫星下一时刻在俯仰方向上的速度预测值。
[0096] 具体地，如图8所示，所述步骤S320具体包括：
[0097] 步骤S321a、利用最小二乘滤波算法，以最小化m个所述真实方位角和所述目标卫星下一时刻的方位角预测值之间的最小均方差为目标，得到方位角预测系数和方位角预测值；
[0098] 步骤S322a、根据所述方位角预测系数得到所述目标卫星下一时刻在方位方向上的速度预测值。
[0099] 如图9所示，所述步骤S320还包括：
[0100] 步骤S321b、利用最小二乘滤波算法，以最小化m个所述真实俯仰角和所述目标卫星下一时刻的俯仰角预测值之间的最小均方差为目标，得到俯仰角预测系数和俯仰角预测值；
[0101] 步骤S322b、根据所述俯仰角预测系数得到所述目标卫星下一时刻在俯仰方向上的速度预测值。
[0102] 具体地，目标卫星的位置预测值与时间t的关系用一个n次多项式p(t)来近似，即，所述目标卫星的位置预测值与时间的关系表示为： ；其中，所述 表示位置预测值，所述 为位置预测系数，所述 为时间。
[0103] 将所述目标卫星的卫星轨迹坐标表示为pj(t)(j=1,2,…m)，将所述目标卫星下一时刻的位置预测值表示为： ；其中， ， ；与下一时刻最近的m个真实空间位置信息表示为 。
[0104] 为求解B的最佳估计值，利用最小二乘法，使得真实空间位置信息和位置预测值间最小均方差最小，即 ；若 非奇异，则B有唯一解， ，得到位置预测系数。
[0105] 通过B为系数的多项式可以推出下一时刻目标卫星的位置预测值：；所述目标卫星下一时 刻的 速度预测值公式为 ：
。
[0106] 当预测所述目标卫星下一时刻方位方向上的速度预测值时，所述 表示方位角预测值，所述 表示方位角预测系数，所述 表示m个真实方位角，在得到方位角预测系数后，将所述方位角预测系数代入所述速度预测值公式，得到所述目标卫星下一时刻在方位方向上的速度预测值。
[0107] 当预测所述目标卫星下一时刻俯仰方向上的速度预测值时，所述 表示俯仰角预测值，所述 表示俯仰角预测系数，所述 表示m个真实俯仰角，在得到俯仰角预测系数后，将所述俯仰角预测系数代入所述速度预测值公式，得到所述目标卫星下一时刻在俯仰方向上的速度预测值。
[0108] 所述步骤S300之后为：步骤S400、根据所述速度预测值计算得到超前对准角和预测方向，按照所述超前对准角和所述预测方向对所述目标卫星进行超前对准处理。当根据速度预测值计算得到超前对准角和预测方向后，卫星终端驱动执行机构实现超前对准功能。
[0109] 在一种实施例中，所述超前对准角的计算公式为： ；
[0110] 其中，所述 ，所述 表示方位方向上的速度预测值，所述表示俯仰方向上的速度预测值；所述 为光速；
[0111] 所述预测方向的计算公式为：
[0112] 。
[0113] 以卫星方位方向的超前角预测为例，假设卫星间方位方向上的相对运动位置变化为x=4+3sin(2t)，则速度v=6cos(2t)，记忆点数选择7，滤波器阶数选择4，则位置预测多项式为 ；速度预测多项式为 。根据已获得的前7帧的卫星实际轨迹坐标x(tk)(k=1,2,…7)，通过最小二乘法计算得到B的估计值使得与测量值方差最小，推算出第8帧的位置及速度；然后随时间间隔，在每个时刻得到一个新的目标位置，则删除一个最旧的真实空间位置信息，然后再通过最小二乘法更新B的估计值，继续推算下一时刻（即下一帧）的位置及速度，以此类推。方位和方位速度的实际值和估计值仿真结果分别如图10、图11所示。从仿真结果中，方位位置均方误差为1.6e‑05，方位速度均方误差为0.0064。
[0114] 本发明不依赖轨道数据和各参考坐标系复杂变换，只依赖于光端机自身的光电编码器和跟踪探测器，对当前真实目标位置进行估计，实现超前对准功能，提高了超前对准的准确性；预测算法采用经典最小二乘算法，简单可靠，处理延迟小，进一步提高了超前对准的准确性，并且无需修改现有光端机硬件架构。
[0115] 进一步地，如图12所示，基于上述基于卫星轨迹预测的超前对准方法，本发明还相应提供了一种基于卫星轨迹预测的超前对准装置，包括：
[0116] 获取模块100，用于获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度；
[0117] 第一计算模块200，用于根据所述跟踪视轴角度和所述脱靶量计算得到所述目标卫星的真实空间位置信息；
[0118] 预测模块300，用于根据所述真实空间位置信息对所述目标卫星进行预测滤波处理，得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值；
[0119] 第二计算模块400，用于根据所述速度预测值计算得到超前对准角和预测方向，按照所述超前对准角和所述预测方向对所述目标卫星进行超前对准处理。
[0120] 如图13所示，本发明还提供一种卫星终端，其特征在于，包括：存储器20、处理器10及存储在所述存储器20上并可在所述处理器10上运行的基于卫星轨迹预测的超前对准程序30，所述基于卫星轨迹预测的超前对准程序30被所述处理器10执行时实现如上所述的基于卫星轨迹预测的超前对准方法的步骤。
[0121] 本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以用于实现如上所述的基于卫星轨迹预测的超前对准方法的步骤。
[0122] 综上所述，本发明公开的一种基于卫星轨迹预测的超前对准方法及装置，所述基于卫星轨迹预测的超前对准方法包括：获取目标卫星的光斑相对于跟踪视轴的脱靶量，以及所述目标卫星的跟踪视轴角度；根据所述跟踪视轴角度和所述脱靶量计算得到所述目标卫星的真实空间位置信息；根据所述真实空间位置信息对所述目标卫星进行预测滤波处理，得到所述目标卫星下一时刻的速度预测值；根据所述速度预测值计算得到超前对准角和预测方向，按照所述超前对准角和所述预测方向对所述目标卫星进行超前对准处理。本发明通过跟踪视轴角度和脱靶量合成真实空间位置信息，并根据真实空间位置信息进行预测滤波处理，由于跟踪视轴角度和脱靶量的数据精度和实时性都很高，得到的真实空间位置信息也更加准确，通过预测滤波的方式得到超前对准角和预测方向，提高了超前对准时的准确性。
[0123] 应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
