近地高速目標(biāo)接入北斗星間鏈路系統(tǒng)的快速建鏈方法

田廣宇 蔡文炳 陳宜穩(wěn) 李莎莎 何程 許偉

(1 航天恒星科技有限公司,北京 100095)(2 天津航天中為數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司,天津 300301)(3 北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京 100094)

2020年7月31日，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱北斗導(dǎo)航系統(tǒng))正式開通，在全球范圍內(nèi)提供全天候、全天時(shí)的導(dǎo)航定位授時(shí)和測(cè)控?cái)?shù)傳等服務(wù)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由3顆地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星、24顆中地球軌道(MEO)衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道(IGSO)衛(wèi)星組成，GEO和IGSO衛(wèi)星軌道高度35 786 km，MEO衛(wèi)星軌道高度21 528 km，均配備星間鏈路系統(tǒng)，可基于星間鏈路技術(shù)為拓展用戶提供測(cè)控?cái)?shù)傳服務(wù)[1]。

近地高速目標(biāo)與北斗衛(wèi)星之間的測(cè)控?cái)?shù)傳應(yīng)用，是一種典型的基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的天基測(cè)控應(yīng)用場(chǎng)景。近地高速目標(biāo)靈活機(jī)動(dòng)、航跡不定，與北斗衛(wèi)星的最大徑向速度在10 km/s以上，最遠(yuǎn)通信距離超過(guò)40 000 km，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、多普勒頻移大、通信距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。北斗星間鏈路系統(tǒng)采用基于短通信時(shí)隙和窄波束的時(shí)分雙工和空分多址相結(jié)合的通信體制，使用擴(kuò)頻長(zhǎng)碼，并且星地雙方需要在百毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)建立通信鏈路。近地高速目標(biāo)若因機(jī)動(dòng)調(diào)整導(dǎo)致飛行姿態(tài)和航跡發(fā)生變化，衛(wèi)星無(wú)法提前預(yù)知，可能會(huì)導(dǎo)致星地鏈路中斷。因此，近地高速目標(biāo)接入北斗星間鏈路系統(tǒng)需要解決2個(gè)問題：近地高速目標(biāo)姿態(tài)和航跡發(fā)生變化導(dǎo)致衛(wèi)星超出當(dāng)前天線波束掃描范圍后如何繼續(xù)保持星地鏈路；衛(wèi)星無(wú)法預(yù)知高速移動(dòng)目標(biāo)姿態(tài)變化信息時(shí)如何在極短時(shí)間內(nèi)完成星地雙向鏈路高動(dòng)態(tài)信號(hào)的快速捕獲。

文獻(xiàn)[2]針對(duì)導(dǎo)彈天基數(shù)據(jù)鏈中導(dǎo)彈的高速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致星彈間高動(dòng)態(tài)信號(hào)頻率同步問題，提出了基于頻域的快速傅立葉變換(FFT)的捕獲算法，僅對(duì)多普勒頻率進(jìn)行粗估計(jì)，無(wú)法解決偽碼捕獲的問題。文獻(xiàn)[3]對(duì)高超音速飛行器北斗衛(wèi)星信號(hào)快速同步捕獲技術(shù)展開研究，提出了基于部分匹配濾波-快速傅立葉變換(PMF-FFT)的快速捕獲優(yōu)化算法和基于FFT跨異步碼元部分匹配濾波方法，本質(zhì)上屬于并行搜索捕獲技術(shù)，資源消耗和捕獲時(shí)間等無(wú)法滿足北斗星間鏈路系統(tǒng)要求。文獻(xiàn)[4]針對(duì)高超聲速飛行環(huán)境下載波信號(hào)快速捕獲問題，提出了一種基于多普勒速率盲估計(jì)輔助及譜峰搜索范圍修正的多普勒頻偏和多普勒速率聯(lián)合捕獲方法，但無(wú)法解決偽碼相位捕獲問題。上述文獻(xiàn)提出的頻率同步方法，均不適用于北斗星間鏈路系統(tǒng)通信體制，而且無(wú)法解決相控陣天線窄波束對(duì)準(zhǔn)問題。文獻(xiàn)[5]中提出了接入北斗星間鏈路的系統(tǒng)級(jí)解決方法，根據(jù)衛(wèi)星星歷和歷書提前計(jì)算波束指向、通信時(shí)延和多普勒頻偏，在通信時(shí)隙內(nèi)準(zhǔn)確指向目標(biāo)并且完成信號(hào)快速捕獲，屬于基于先驗(yàn)信息的輔助捕獲技術(shù)。但是，衛(wèi)星無(wú)法提前預(yù)知近地高速目標(biāo)在飛行過(guò)程中的臨時(shí)機(jī)動(dòng)變化信息，在近地高速目標(biāo)機(jī)動(dòng)調(diào)整后可能會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前星地鏈路中斷，所以該方法不適用于近地高速目標(biāo)接入北斗星間鏈路系統(tǒng)。本文提出近地高速目標(biāo)接入北斗星間鏈路系統(tǒng)的快速建鏈方法，可解決由于近地高速目標(biāo)臨時(shí)姿態(tài)調(diào)整或航跡變化引起的星地鏈路中斷問題，實(shí)現(xiàn)近地高速目標(biāo)飛行全程中與北斗衛(wèi)星星地雙向鏈路的穩(wěn)定保持。

1 快速建鏈方法

近地高速目標(biāo)采用相控陣天線與北斗星間鏈路系統(tǒng)建鏈，波束掃描范圍可達(dá)360°方位角和±60°離軸角，基于波束合成技術(shù)可實(shí)現(xiàn)掃描范圍內(nèi)的波束快速成形，以達(dá)到星間鏈路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的目的。對(duì)于上文提出的2個(gè)問題，可采用如下解決措施。

首先，近地高速目標(biāo)裝備3臺(tái)相控陣天線平分360°空域，空域劃分示意見圖1。若存在臨時(shí)機(jī)動(dòng)調(diào)整，則近地高速目標(biāo)根據(jù)飛行姿態(tài)計(jì)算與建鏈衛(wèi)星的角度，若超出當(dāng)前天線波束掃描范圍則切換至其他天線。在近地高速目標(biāo)姿態(tài)調(diào)整情況下，通過(guò)切換天線波束的方法可保障星地鏈路的通暢。

圖1 衛(wèi)星空域劃分示意

然后，對(duì)于天線波束掃描范圍內(nèi)的可見衛(wèi)星，在星地時(shí)間同步的基礎(chǔ)上，基于先波束對(duì)準(zhǔn)再頻率對(duì)準(zhǔn)的方式快速建立雙向通信鏈路。①波束對(duì)準(zhǔn)。星間鏈路系統(tǒng)相控陣天線基于波束合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)窄波束，根據(jù)星地相對(duì)位置提前計(jì)算波束指向，并且在通信時(shí)隙內(nèi)保持天線波束指向的正確性。②頻率對(duì)準(zhǔn)。星間鏈路系統(tǒng)采用擴(kuò)頻長(zhǎng)碼，加上較大的多普勒頻移，傳統(tǒng)2維搜索或并行搜索捕獲技術(shù)無(wú)法在有限時(shí)間內(nèi)完成頻率和時(shí)延的估計(jì)，需要輔助捕獲方法提前計(jì)算多普勒頻率和通信時(shí)延。近地高速目標(biāo)在接收時(shí)隙根據(jù)多普勒頻率和通信時(shí)延參數(shù)輔助完成信號(hào)捕獲。北斗星間鏈路系統(tǒng)無(wú)法預(yù)知高速移動(dòng)目標(biāo)姿態(tài)和航跡變化信息時(shí)，會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星捕獲難度增大，因此需要高速移動(dòng)目標(biāo)在發(fā)射時(shí)隙將動(dòng)態(tài)特性補(bǔ)償至發(fā)射信號(hào)，以輔助北斗星間鏈路系統(tǒng)完成信號(hào)捕獲。

根據(jù)以上分析，本文提出雙向輔助捕獲方法。首先，根據(jù)北斗衛(wèi)星星歷和近地高速目標(biāo)飛行航跡計(jì)算兩者在地心直角坐標(biāo)系(CGCS2000)的坐標(biāo)。其次，結(jié)合飛行過(guò)程中近地高速目標(biāo)的姿態(tài)數(shù)據(jù)(偏航角、俯仰角、滾動(dòng)角)、天線安裝參數(shù)等信息，進(jìn)行星地空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，計(jì)算通信時(shí)隙內(nèi)天線波束指向衛(wèi)星的角度(方位角、俯仰角)，以保證通信鏈路的成功建立。然后，根據(jù)兩者在地心直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)得到相對(duì)位置和相對(duì)速度向量，求出通信距離和徑向速度并轉(zhuǎn)換為通信時(shí)延和多普勒頻移。最后，根據(jù)提前計(jì)算的通信時(shí)延和多普勒頻移參數(shù)，在近地高速目標(biāo)接收時(shí)隙輔助完成信號(hào)捕獲，相對(duì)傳統(tǒng)2維和并行捕獲方法可極大地降低捕獲單元數(shù)量。在發(fā)射時(shí)隙將通信時(shí)延和多普勒頻偏補(bǔ)償至發(fā)射信號(hào)的數(shù)據(jù)延遲和載波頻率中，降低衛(wèi)星天線入口信號(hào)的偽碼和頻率搜索單元，以輔助衛(wèi)星完成信號(hào)捕獲。方法原理框圖見圖2。

圖2 方法原理框圖

1.1 星歷和航跡數(shù)據(jù)處理

獲取北斗衛(wèi)星星歷和近地高速目標(biāo)飛行航跡，然后計(jì)算兩者在地心直角坐標(biāo)系(CGCS2000)的坐標(biāo)。計(jì)算衛(wèi)星在地心直角坐標(biāo)系下坐標(biāo)的方式，主要是采用軌道外推算法，通過(guò)星歷、歷書或軌道根數(shù)外推衛(wèi)星位置。該方式視外推算法不同，計(jì)算量不同，位置計(jì)算精度也不同。北斗衛(wèi)星星歷共16個(gè)參數(shù)，更新周期為1 h，衛(wèi)星位置計(jì)算精度最準(zhǔn)確，計(jì)算量最大；歷書參數(shù)省去了星歷中的一些攝動(dòng)校正量，共10個(gè)參數(shù)，更新周期小于7天，衛(wèi)星位置計(jì)算精度次之，計(jì)算量中等；軌道根數(shù)一般選用開普勒軌道六根數(shù)，衛(wèi)星軌道模型為理想狀態(tài)下的無(wú)攝運(yùn)動(dòng)軌道，因此衛(wèi)星位置計(jì)算精度最低，計(jì)算量最小[6-7]。本文基于J2攝動(dòng)模型軌道六根數(shù)外推衛(wèi)星軌道，得到衛(wèi)星在地心直角坐標(biāo)系下位置向量。相比文獻(xiàn)[8]，本文無(wú)需計(jì)算慣性直角坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)換過(guò)程，過(guò)程簡(jiǎn)單易于工程應(yīng)用。

在軌道六根數(shù)中，半長(zhǎng)軸a、偏心率e、軌道傾角i視作常數(shù)，飛行時(shí)刻t處的升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω、近地點(diǎn)幅角ω、平近點(diǎn)角M為時(shí)間的函數(shù)。

(1)

式中：Ω0，ω0，M0分別為升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角和平近點(diǎn)角的初始值。

真近點(diǎn)角θ、升交點(diǎn)角距φ、衛(wèi)星軌道半徑r表示為

(2)

φ=θ+ω0

(3)

(4)

則衛(wèi)星在軌道平面直角坐標(biāo)系的位置向量表示為

Rorb=r[cosφsinφ0]T

(5)

地心直角坐標(biāo)系下衛(wèi)星位置向量表示為

Rs=[XsFYsFZsF]T=RpRorb

(6)

式中：Rp=Rz(-Ω)Rx(-i)，Rx，Rz均為旋轉(zhuǎn)矩陣，定義如下。

(7)

(8)

近地高速目標(biāo)靈活機(jī)動(dòng)，航跡不定，可通過(guò)導(dǎo)航接收機(jī)獲得其實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)(坐標(biāo)形式一般為大地坐標(biāo)系)。將大地坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至地心直角坐標(biāo)系，該轉(zhuǎn)換方法比較成熟，本文不再討論[9]。

1.2 波束對(duì)準(zhǔn)方法

首先，將衛(wèi)星與近地高速目標(biāo)在地心直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至地心慣性坐標(biāo)系，結(jié)合發(fā)射點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，將星地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至發(fā)射慣性坐標(biāo)系，得到發(fā)射慣性坐標(biāo)系中近地高速目標(biāo)指向衛(wèi)星的向量；然后，轉(zhuǎn)換至近地高速目標(biāo)本體坐標(biāo)系中近地高速目標(biāo)指向衛(wèi)星的向量；最后，計(jì)算天線本體坐標(biāo)系中波束指向方位角α、俯仰角β，在通信時(shí)隙內(nèi)波束始終指向衛(wèi)星。波束指向角示意見圖3。該方法本質(zhì)在于位置數(shù)據(jù)在空間坐標(biāo)系內(nèi)的轉(zhuǎn)換，公開文獻(xiàn)中提出多種實(shí)現(xiàn)方法，區(qū)別在于選取的中間坐標(biāo)系不同[10-13]，本文不對(duì)具體轉(zhuǎn)換過(guò)程展開敘述。

圖3 天線波束指向角示意

1.3 頻率對(duì)準(zhǔn)方法

擴(kuò)頻信號(hào)的捕獲是一個(gè)通信時(shí)延與多普勒頻移的聯(lián)合檢測(cè)問題，其主要是基于偽碼和頻率的2維搜索、基于偽碼或者頻率的1維并行搜索等捕獲方式。近地高速目標(biāo)與北斗衛(wèi)星的最大徑向速度在10 km/s以上，最遠(yuǎn)通信距離超過(guò)40 000 km，對(duì)應(yīng)的多普勒頻移和通信時(shí)延約為±750 kHz和133 ms。

假設(shè)碼速率為10.23兆碼片/秒，偽碼周期為1 ms，通常頻率搜索間隔為667 Hz，偽碼搜索間隔為0.5碼片，則2維搜索方式需要搜索20 460個(gè)偽碼單元和2250個(gè)頻率單元，整個(gè)搜索區(qū)域單元總數(shù)高達(dá)46 035 000。即使采用并行偽碼或并行頻率捕獲方法，也需要搜索2250個(gè)或20 460個(gè)單元，并且所需計(jì)算資源巨大。

北斗星間鏈路系統(tǒng)采用擴(kuò)頻長(zhǎng)碼，從理論上決定了無(wú)法采用傳統(tǒng)捕獲方法完成星間鏈路信號(hào)的捕獲，必須使用外部輔助信息減小通信時(shí)延與多普勒頻移的搜索范圍，以提高捕獲性能。首先，基于歷書求出衛(wèi)星位置和速度向量；其次，基于航跡求出近地高速目標(biāo)位置和速度向量；然后，將雙方的位置和速度向量轉(zhuǎn)換至同一空間坐標(biāo)系內(nèi)，得到相對(duì)位置向量和相對(duì)速度向量；最后，求出相對(duì)位置向量的模，即為通信距離，求出相對(duì)速度向量在兩者質(zhì)心連線上的投影，即為徑向速度，將通信距離和徑向速度轉(zhuǎn)換為通信時(shí)延和多普勒頻移。

一般來(lái)講，北斗衛(wèi)星之間不需要在發(fā)射端進(jìn)行通信時(shí)延和多普勒頻偏補(bǔ)償，接收方按照星歷提前計(jì)算輔助捕獲信息即可。不過(guò)，對(duì)于近地高速目標(biāo)，由于機(jī)動(dòng)調(diào)整雖未超出衛(wèi)星波束覆蓋范圍，但是引入了較大的通信時(shí)延和多普勒頻偏，衛(wèi)星按照裝訂航跡計(jì)算的通信時(shí)延和多普勒頻偏參數(shù)精度會(huì)下降，進(jìn)而增大了衛(wèi)星捕獲難度。因此，近地高速目標(biāo)需要在發(fā)射時(shí)隙將通信時(shí)延和多普勒頻偏補(bǔ)償至發(fā)射信號(hào)的數(shù)據(jù)延遲和載波頻率中，降低衛(wèi)星天線入口信號(hào)的偽碼和頻率搜索單元，以輔助衛(wèi)星完成信號(hào)捕獲。在接收時(shí)隙，近地高速目標(biāo)根據(jù)輔助捕獲參數(shù)完成接收信號(hào)的快速捕獲。基于通信時(shí)延和多普勒頻移的粗估計(jì)，可極大縮小搜索范圍，結(jié)合2維搜索技術(shù)即可完成星間鏈路信號(hào)的快速捕獲，本文對(duì)2維搜索技術(shù)不作深入介紹。

發(fā)射端對(duì)信號(hào)進(jìn)行多普勒頻偏補(bǔ)償，一般是為了降低接收方捕獲及解調(diào)難度，或者由于時(shí)鐘準(zhǔn)確度和相對(duì)運(yùn)動(dòng)綜合導(dǎo)致載波頻偏超出接收方捕獲能力，而不得不采取發(fā)射端補(bǔ)償措施。文獻(xiàn)[14]中提出一種基于eNode B的主動(dòng)式頻偏校正算法，通過(guò)在基站測(cè)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式的預(yù)頻偏補(bǔ)償技術(shù)，極大地改善了高速移動(dòng)場(chǎng)景下多普勒效應(yīng)引起的頻率偏移問題。其主要實(shí)現(xiàn)思路是：基站對(duì)上行接收信號(hào)進(jìn)行頻偏估計(jì)，在下行發(fā)射信號(hào)中進(jìn)行頻偏預(yù)補(bǔ)償，降低用戶終端的捕獲難度。文獻(xiàn)[15]針對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星無(wú)電線定位系統(tǒng)(RDSS)用戶機(jī)出站接收信號(hào)多普勒頻率及其變化率與入站發(fā)射信號(hào)頻率偏差較大問題，提出接收、發(fā)射信號(hào)多普勒頻率補(bǔ)償方法，利用接收信號(hào)捕獲跟蹤得到的多普勒頻率去補(bǔ)償發(fā)射信號(hào)的多普勒頻率。與其不同的是，本文所用方法一方面需要同時(shí)補(bǔ)償通信時(shí)延和多普勒頻偏；另一方面，在時(shí)分雙工體制下，發(fā)射和接收信號(hào)間隔存在秒級(jí)延遲，接收時(shí)計(jì)算的通信時(shí)延和多普勒頻移參數(shù)直接用于發(fā)射信號(hào)會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)償精度下降，進(jìn)而增大衛(wèi)星捕獲難度，因此需要在接收和發(fā)射時(shí)隙分別計(jì)算通信時(shí)延和多普勒頻移參數(shù)，以滿足通信需求。

地心直角坐標(biāo)系下衛(wèi)星位置向量表示為Rs，對(duì)其求導(dǎo)即可得到衛(wèi)星速度向量Vs；同理，近地高速目標(biāo)在地心直角坐標(biāo)系中的位置向量和速度向量分別表示為Rm和Vm。

則地心直角坐標(biāo)系下衛(wèi)星指向近地高速目標(biāo)的相對(duì)位置和速度向量為

(9)

則多普勒頻移為

(10)

式中：fs為載波頻率；c為光速。

通信時(shí)延為

(11)

為完成星地鏈路雙向輔助捕獲，近地高速目標(biāo)在接收時(shí)隙生成的本地信號(hào)為

Srec(t)=A(t)·Prec(t-td)·sin(2π(fs+fd)t)

(12)

式中：A(t)為信號(hào)振幅；Prec(t-td)為本地接收擴(kuò)頻碼。

近地高速目標(biāo)在發(fā)射時(shí)隙生成的信號(hào)為

Strans(t)=A(t)·Ptrans(t+td)·

sin(2π(fs-fd)t)

(13)

式中：Ptrans(t+td)為本地發(fā)射擴(kuò)頻碼。

2 仿真驗(yàn)證

2.1 仿真模型

不失一般性，同時(shí)簡(jiǎn)化仿真模型，從中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室測(cè)試評(píng)估研究中心下載北斗IGSO衛(wèi)星歷書數(shù)據(jù)，選取2021年8月9日的歷書參數(shù)作為輸入建立J2衛(wèi)星模型，飛行航跡從中國(guó)西昌至印度洋，建立STK軟件仿真場(chǎng)景[16]，見圖4。

圖4 仿真場(chǎng)景

2.2 驗(yàn)證結(jié)果

利用STK軟件Connect模塊進(jìn)行STK軟件與MATLAB軟件的互聯(lián)，獲取STK軟件仿真過(guò)程中的近地高速目標(biāo)位置、姿態(tài)、發(fā)射點(diǎn)位置、大地方位角等數(shù)據(jù)，結(jié)合歷書外推衛(wèi)星位置，使用MATLAB軟件運(yùn)行第1.2節(jié)所述方法，計(jì)算波束指向方位角α和俯仰角β，與STK軟件仿真得到的天線波束指向角進(jìn)行對(duì)比；然后，分別將STK軟件仿真與MATLAB軟件計(jì)算獲得的方位角和俯仰角數(shù)據(jù)相減，得到角度偏差[17-19]。圖5為STK軟件和MATLAB軟件分別計(jì)算得到的結(jié)果，可見：在飛行全程中，STK軟件和MATLAB軟件得到的天線波束角基本一致，方位角和俯仰角偏差小于0.002°，遠(yuǎn)小于近地高速目標(biāo)相控陣天線3 dB波束寬度(13°)，方位角和俯仰角的趨勢(shì)變化是由于近地高速目標(biāo)姿態(tài)調(diào)整引起的。

圖5 方位角和俯仰角計(jì)算結(jié)果

使用MATLAB軟件根據(jù)第1.3節(jié)所述方法計(jì)算相對(duì)距離和徑向速度，與STK軟件生成的距離和速度數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，分析計(jì)算誤差。由圖6可知：分別用STK軟件和MATLAB軟件計(jì)算的3軸向距離曲線比較吻合，星地距離誤差為0.37～0.62 km，對(duì)應(yīng)最大通信時(shí)延約2 μs。由圖7可知：分別用STK軟件和利用MATLAB軟件計(jì)算的3軸向速度曲線比較吻合，速度誤差小于0.8 m/s，對(duì)應(yīng)最大多普勒頻率誤差約60 Hz。假設(shè)按10.23兆碼片/秒的偽碼速率和1 ms相干積分時(shí)間來(lái)計(jì)算，接收方只需搜索21個(gè)碼片和1個(gè)頻率間隔即可完成信號(hào)捕獲，以現(xiàn)有技術(shù)水平在幾十毫秒內(nèi)即可完成信號(hào)捕獲，可滿足工程需求。

圖6 衛(wèi)星和近地高速目標(biāo)的距離誤差

圖7 衛(wèi)星和近地高速目標(biāo)的速度誤差

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)近地高速目標(biāo)和北斗星間鏈路系統(tǒng)建立通信鏈路時(shí)需要解決近地高速目標(biāo)臨時(shí)發(fā)生姿態(tài)和航跡變化導(dǎo)致衛(wèi)星超出當(dāng)前天線掃描范圍后如何繼續(xù)保持星地鏈路問題，以及衛(wèi)星無(wú)法預(yù)知高速移動(dòng)目標(biāo)姿態(tài)變化信息時(shí)如何在極短時(shí)間內(nèi)完成星地雙向鏈路高動(dòng)態(tài)信號(hào)的快速捕獲問題，本文提出先根據(jù)高速近地目標(biāo)天線掃描范圍劃分空域再進(jìn)行雙向輔助捕獲的解決方法，介紹了切換天線波束的方法，可在近地高速目標(biāo)姿態(tài)調(diào)整情況下保障星地鏈路的通暢。在星地時(shí)間同步的基礎(chǔ)上，提出先波束對(duì)準(zhǔn)再頻率對(duì)準(zhǔn)的方法進(jìn)行雙向輔助捕獲，以快速建立星地鏈路。最后，開展聯(lián)合仿真進(jìn)行方法驗(yàn)證，結(jié)果表明：波束指向方位角和俯仰角最大誤差均小于0.002°，通信時(shí)延誤差小于2 μs，多普勒頻率誤差小于60 Hz，從而驗(yàn)證了近地高速目標(biāo)接入北斗星間鏈路系統(tǒng)的技術(shù)可行性，可以滿足工程需求。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)提供全天候、全天時(shí)的測(cè)控?cái)?shù)傳服務(wù)，未來(lái)基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的天基測(cè)控應(yīng)用需求會(huì)越來(lái)越多，本文針對(duì)具有靈活機(jī)動(dòng)航跡不定特點(diǎn)的近地高速目標(biāo)接入北斗星間鏈路系統(tǒng)的方法進(jìn)行探討，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。