我們在前面的文章中介紹了3種衛星通信終端的對星模式，分別是：

衛星通信終端天線的5種對星模式之一：信標跟蹤

衛星通信終端天線的5種對星模式之二：功率檢測型載波跟蹤

衛星通信終端天線的5種對星模式之二：DVB跟蹤

今天我們來介紹另一種對星模式：參考星對星。

什么是參考星

參考星 (Reference Satellite)： 在參考星對星模式中，參考星是指一顆已知其軌道參數和位置的衛星。

在地面天線對星的時候，由于目標衛星的參數（比如信標信號的頻率、極化等）未知、目標衛星不發射信標信號或者信標不可用、不穩定，地面天線沒法直接對準目標衛星，而選擇和目標衛星相鄰的衛星作為參考星。

參考星不是目標衛星，而是一個穩定的“參照點”。參考星的參數是已知的，地面終端天線西先對準參考星，然后利用參考星為參考點，來計算地面天線對目標衛星的指向，并把天線對準目標衛星。

參考星對星的基本原理

參考星對星的核心思想是：當地面天線直接對準目標衛星存在困難（比如，目標衛星的信標信號不可用、不穩定或出于隱蔽性需求等）時，通過精確跟蹤另一顆已知且穩定的“參考星”，并結合高精度軌道計算，間接地將天線指向要通信的目標衛星。

參考星對星的基本流程和步驟如下：

1.選擇和跟蹤參考星：

地面站選擇一顆軌道參數已知且信號穩定的衛星作為“參考星”。地面天線會精確地對準并鎖定這顆參考星的信標信號。天線對準參考星之后，天線波束中心對準了參考星，從而實時獲取了天線指向參考星的角度（方位角和俯仰角）。

2.參考星和目標衛星相對幾何位置計算

要得到地面天線對目標衛星的指向角度，需要具備以下數據：

• ??參考星的精確軌道參數。

• ??目標衛星的精確軌道參數。

• ??地面站自身的精確地理位置信息：?包括經度、緯度和高度。

根據上面三組數據，地面站系統利用軌道力學模型和坐標變換，實時計算出參考星和目標通信衛星相對于地面站的精確幾何位置關系，包括參考星和目標衛星各自的方位角和俯仰角，以及它們相互之間的相對位置向量。

3.衛星衛星指向角度換算：

由于天線已經精確地跟蹤并對準了參考星，地面站知道天線相對于參考星的實時精確指向。

結合第二步中計算出的參考星與目標衛星之間的精確幾何位置關系，系統就能計算出天線應該在方位角和俯仰角上進行多大的角度調整，才能從對準參考星的位置，移動到對準目標衛星指向位置。

4.天線指向調整與通信建立

根據第三步中計算得到的天線轉動方位角和俯仰角，天線伺服控制系統會驅動電機，調整天線方位角和俯仰角。天線調整到位之后，將能夠成功指向目標衛星，此時地面站系統就可以鎖定目標星的通信信號，并建立通信鏈路。

參考星對星的流程圖如下：

參考星對星流程

什么場景下用到參考星對星

參考星對星不是日常衛星通信天線對星的主流模式，但在某些特定和關鍵的應用場景中，參考星對星能夠發揮不可替代的作用。

參考星對星主要的應用場景包括：

軍事等要求高安全性的通信場景

• ??隱蔽性要求高：?在軍事通信中，為了避免被敵方偵測或干擾，通信衛星可能不會發射持續或高功率的信標信號。所以，地面站天線就沒法直接通過目標衛星的信標進行對星。通過跟蹤一顆已知且穩定的參考星，并結合軌道計算，計算出天線對目標衛星的指向，就可以實現在隱蔽條件下對目標衛星的跟蹤。

• ??抗干擾能力：?當目標衛星的信標信號可能受到敵方干擾或欺騙時，直接依賴信標進行對星的風險很高。使用抗干擾能力更強、位置穩定的參考星（可能是另一顆軍用衛星或經過特殊設計的參考源），能確保對星的準確性和通信鏈路的可靠性。

• ??通信中斷或異常恢復：?在極端情況下，如果目標衛星的信標系統發生故障或通信鏈路意外中斷，參考星對星可以作為一種備用方案，快速重新建立與目標衛星的連接。

特殊環境與災害應急通信

• ??復雜電磁環境：?在電磁干擾嚴重或信號衰減嚴重的地區，天線接收的目標衛星的信標可能不穩定。此時通過尋找一個在當前環境下信標信號更穩定的參考星，并進行參考星對星，可以提高地面天線在這種惡劣環境下的對星成功率。

• ??災害應急場景：?自然災害導致基礎設施受損，如果應急通信設備無法有效接收目標通信衛星信標，或者快速部署的設備對星能力有限，參考星對星也可以作為一種輔助手段，利用已知的穩定的參考星來輔助衛通設備快速建立通信鏈路。

• 

選擇參考星的原則

參考星并不是隨意選擇的，一個衛星要成為參考星，需要具備以下幾個條件：

• ??軌道穩定性與已知精確性

參考星的軌道必須是穩定的，地面站必須能夠獲得到參考星的精確軌道參數（星歷數據），而且這些數據還需要能夠及時更新。

地球同步衛星(GEO衛星)是作為參考星的優先考慮對象。

• ??信標信號穩定可靠

參考星的信標信號穩定，波動小，頻譜比較干凈，沒有干擾；

• ??和目標衛星的幾何角度較小

參考星與目標星以及地面站之間的相對位置關系會影響對星精度。參考星與目標星在天空中的角度距離不應該過大。

在實際工程中，對于地球同步軌道（GEO）衛星來說，采用參考星對星技術，通常會選擇與目標星角距離在10度以內的衛星作為參考星。

對于中低軌道（MEO/LEO）衛星，衛星相對于地面站的運動速度快，角速度大，可用的參考星角距離范圍會更小（可能只有幾度甚至更小）。

• ??頻率兼容

參考星的信標頻率應在地面站天線和信標接收機的接收范圍內。

總結

參考星對星是一種重要的衛星通信終端對星方式。在目標衛星信標不可用或存在干擾時，通過跟蹤一顆軌道已知且信號穩定的參考星，并結合地面站的經緯度信息與高精度軌道計算模型，來間接確定目標星的指向角度。

常見問題

問題1： 既然已經知道了地面站的精確位置坐標，目標衛星的精確位置坐標，為什么不直接計算目標衛星指向角，還要用參考星對星？

問題2：GEO衛星作為參考星，僅僅知道軌位的經度（比如中星10R衛星 110.5°E）是否就足夠了，還需要知道更精確的軌道參數嗎？

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