諸如為了定位地球上的干擾源等的用于獲得與從地球發(fā)射的電磁能量有關(guān)的信息的設(shè)備 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及電信以及獲得與從地球上一個(gè)或多個(gè)源發(fā)射的電磁能量有關(guān)的信息。本發(fā)明例如可以用于定位地球上的干擾源，但本發(fā)明并不限于此特定應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星通信尤其涉及從地球上的站向衛(wèi)星的信號(hào)的傳輸，反之亦然。衛(wèi)星通信可用于為地球上兩點(diǎn)之間提供通信服務(wù)，包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)服務(wù)(例如互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星電話)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(廣播)服務(wù)(如電視)。執(zhí)行衛(wèi)星通信的站可以是固定的(如屋頂盤)或移動(dòng)的(如車輛、船舶、飛行器、手持裝置)。隨著衛(wèi)星和地面通信使用的增加，不同通信之間的干擾風(fēng)險(xiǎn)也增加。
[0003]過(guò)去，為定位干擾發(fā)射站已經(jīng)做出了許多努力，并且更一般地，為解決干擾問(wèn)題已經(jīng)做出了許多努力，并減輕了由此產(chǎn)生的中斷(包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)的可用容量的減少)。
[0004]在地球上定位干擾傳輸站的一種已知方法是使用地面站。例如，US5008679涉及一種利用不同衛(wèi)星的接收信號(hào)之間的相關(guān)，定位未知的射頻傳送器的方法。然而，因?yàn)閳?zhí)行基于地面的地理定位取決于多個(gè)衛(wèi)星和多個(gè)地面站之間的信號(hào)相關(guān)、即在計(jì)算中有許多誤差傳播的機(jī)會(huì)的時(shí)間密集處理，所以執(zhí)行基于地面的地理定位是困難的。此外，執(zhí)行基于地面的地理定位的能力取決于包括相鄰衛(wèi)星的存在和大量知識(shí)、已知的參考信號(hào)的存在和大量知識(shí)以及必要地面硬件的存在的許多因素，因此，基于地面的地理定位在很多情況下是無(wú)效的。
[0005]其它已知方法使用直升機(jī)或無(wú)人駕駛飛行器(UAV)來(lái)執(zhí)行地理定位。然而，這種方法的資源效率低，并且只能提供一次性分析。
[0006]考慮到以上，存在減少在衛(wèi)星通信的背景下的干擾量、或者在這不可能時(shí)采用用以應(yīng)對(duì)這些干擾的技術(shù)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為滿足或至少一部分滿足上述需求，在獨(dú)立權(quán)利要求中定義根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。特定的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中定義，并在本說(shuō)明書中解釋。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，衛(wèi)星以下稱為“觀察衛(wèi)星”，用于獲得與從地球上的一個(gè)或多個(gè)源發(fā)射的電磁能量有關(guān)的信息，所述衛(wèi)星在傾角大于90° (即90度)且小于270° (即270度)的軌道繞地球運(yùn)行，該軌道被定義為相對(duì)于地球的自轉(zhuǎn)方向逆行。并且，觀察衛(wèi)星包括:至少一個(gè)接收天線，所述至少一個(gè)接收天線具有指向地球的接收模式，并且在所述衛(wèi)星相對(duì)于地球表面沿軌道運(yùn)行時(shí)，所述至少一個(gè)接收天線適于在射頻范圍內(nèi)接收電磁能量，以及傳送器，被配置為用于以下中的至少一者:(i)重新傳送所接收到的電磁能量的至少一部分，(ii)傳送表示所接收到的電磁能量的至少一部分的信息，以及(iii)傳送從所接收到的電磁能量的至少一部分推導(dǎo)出的信息。
[0009]因此，觀察衛(wèi)星能夠收集數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)顯著提高了理解為了衛(wèi)星通信目的向空間發(fā)射的能量的組成和起源的能力。鑒于大多數(shù)通信衛(wèi)星是為通信而不是為了數(shù)據(jù)收集或分析功能而設(shè)計(jì)的，觀察衛(wèi)星能從根本上提供更多的關(guān)于上行鏈路傳輸?shù)男再|(zhì)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)無(wú)法通過(guò)如目前存在那樣的通信衛(wèi)星來(lái)收集。干擾檢測(cè)、系統(tǒng)優(yōu)化、頻譜規(guī)劃和許多其它應(yīng)用從觀察衛(wèi)星產(chǎn)生的這些數(shù)據(jù)和理解獲益許多。尤其是，通過(guò)將觀察衛(wèi)星布置于高傾斜(逆行)的軌道，觀察衛(wèi)星相對(duì)于地球表面的速度高于在順行軌道的同一高度運(yùn)行的衛(wèi)星的速度，并且觀察衛(wèi)星能夠經(jīng)常重訪相對(duì)于地球表面的給定位置并接收來(lái)自地球上的特定區(qū)域的傳輸。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，在與感興趣傳輸通常意圖針對(duì)的衛(wèi)星(以下稱為“目標(biāo)衛(wèi)星”)類似的高度布置觀察衛(wèi)星的優(yōu)點(diǎn)是，觀察衛(wèi)星然后能夠觀察到地球上的較大面積，并觀察到意圖針對(duì)特定目標(biāo)衛(wèi)星的大部分信號(hào)。
[0010]使用上述觀察衛(wèi)星來(lái)理解并處理衛(wèi)星通信的背景下的干擾問(wèn)題源自于關(guān)注點(diǎn)的改變。其目的是試圖確定哪些信號(hào)是從地球上的源向空間發(fā)射的。然而，觀察衛(wèi)星不是試圖從地球表面附近的點(diǎn)、而是允許從空間中的點(diǎn)且特別是從感興趣軌道附近的點(diǎn)來(lái)進(jìn)行上述確定。因而，這使得能夠更有效地收集關(guān)于到達(dá)感興趣軌道的信號(hào)的信息。
[0011]赤道平面和衛(wèi)星繞地球運(yùn)行軌道的平面之間的角度為傾角。衛(wèi)星的傾角為0° (即O度)的定義是以地球轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方向在赤道平面沿軌道運(yùn)行。
[0012]如上所述，觀察衛(wèi)星的傳送器被配置為執(zhí)行三個(gè)操作中的一個(gè)(分別用符號(hào)(i)、
表示)、這三個(gè)操作中兩者的組合(即，(i)+(ii)、(i)+(iii)、或(ii)+(iii))、或者所有這三個(gè)操作(即，(i)+(ii)+(iii))。
[0013]也就是，在子實(shí)施例中，傳送器被配置為(例如向地球上的地面站或其它衛(wèi)星)重新傳送所接收到的電磁能量的至少一部分。因此，所接收到的電磁能量或其一部分可能在沒有通過(guò)觀察衛(wèi)星自身的任何處理的情況下被傳送。在這種情況下，對(duì)所接收到的電磁能量或其一部分的任何處理(用于分析、地理定位等)可以隨后在觀察衛(wèi)星之外、例如在地球上由處理站執(zhí)行。
[0014]可替換地或另外地，在另一子實(shí)施例中，傳送器可以被配置為(例如向地球上的地面站或其它衛(wèi)星)發(fā)射表示所接收到的電磁能量的至少一部分的信息。這例如可以表示將所接收到的電磁能量或其一部分進(jìn)行數(shù)字化和/或壓縮。
[0015]可替換地或另外地，在又一子實(shí)施例中，傳送器可以被配置為(例如向地球上的地面站或其它衛(wèi)星)發(fā)射根據(jù)所接收到的電磁能量的至少一部分(尤其是代替所接收到的電磁能量自身)所推導(dǎo)出的信息。例如通過(guò)使用衛(wèi)星自身的一些裝置(也被稱為“負(fù)載”)確定或估計(jì)所接收到的電磁能量的源在地球上的位置(諸如干擾源的來(lái)源等)，可以從所接收到的電磁能量或其一部分推導(dǎo)出該信息。從所接收到的電磁能量或其一部分推導(dǎo)出信息，也可以包括使用衛(wèi)星自身的一些裝置生成關(guān)于所接收到的電磁能量的能量頻譜、極化、調(diào)制方案等的?目息。
[0016]換句話說(shuō)，觀察衛(wèi)星用于在以下情況下獲得從地球上一個(gè)或多個(gè)源發(fā)射的電磁能量的信息，其中，所接收到的電磁能量的信息的實(shí)際獲得過(guò)程可以在觀察衛(wèi)星的內(nèi)部或外部進(jìn)行。也就是說(shuō)，觀察衛(wèi)星可以作為有助于獲得與從地球上一個(gè)或多個(gè)源發(fā)射的電磁能量有關(guān)的信息的工具。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，觀察衛(wèi)星適于獲得與從地球上的一個(gè)或多個(gè)源發(fā)射并到達(dá)對(duì)地靜止軌道的電磁能量有關(guān)的信息。因?yàn)閷?duì)地靜止軌道對(duì)于眾多衛(wèi)星通信是至關(guān)重要的，所以監(jiān)視朝向約35800公里高度處的對(duì)地靜止軌道弧中的衛(wèi)星所發(fā)射的信號(hào)尤其重要。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，觀察衛(wèi)星的傳送器被配置為朝向地球傳送所接收到的電磁能量的至少一部分、或者表示所接收到的電磁能量的至少一部分的信息、或者從所接收到的電磁能量的至少一部分推導(dǎo)出的信息。這樣可以使地球上的接收站或與該接收站通信的處理站根據(jù)衛(wèi)星所接收到的電磁能量推導(dǎo)出進(jìn)一步的信息。例如，可以確定某些所接收到的電磁能量的源的位置。
[0019]然而，可能不將傳送器配置為向地球直接發(fā)射所接收到的電磁能量(或其一部分)、表示所接收到的電磁能量的信息或從所接收到的電磁能量推導(dǎo)出的信息。代替上述，可以將另一衛(wèi)星或航天器作為將該傳輸中繼到地球的中繼站。這種中繼衛(wèi)星或航天器可以被配置為對(duì)從觀察衛(wèi)星接收到的信息進(jìn)行進(jìn)一步處理。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，從所接收到的電磁能量的至少一部分推導(dǎo)出的信息是通過(guò)在所述衛(wèi)星內(nèi)處理所接收到的電磁能量的至少一部分所獲得的。在這種情況下，處理裝置與觀察衛(wèi)星集成來(lái)進(jìn)行該處理。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，所述處理包括以下中的至少一者:(a)從模擬信號(hào)到常用中頻的能夠選擇的下變頻；(b)所接收到的電磁能量的至少一部分所提供的信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；(C)所接收到的電磁能量的至少一部分的頻譜分析；(d)所接收到的電磁能量的至少一部分的多普勒偏移分析；(e)所接收到的電磁能量的至少一部分的多普勒比率分析；(f)到達(dá)方向或到達(dá)角處理；(g)到達(dá)時(shí)間差、即TDOA處理；(h)到達(dá)頻率差、即FDOA處理；(i)兩個(gè)以上天線元件之間的參考測(cè)量；(j)數(shù)據(jù)濾波；以及(k)數(shù)據(jù)壓縮。
[0022]因此，觀察衛(wèi)星能夠?qū)λ邮盏降碾姶拍芰窟M(jìn)行不同的處理。
[0023]例如，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，所接收到的電磁能量攜帶的信號(hào)變得容易進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)字處理。
[0024]頻譜分析和到達(dá)方向處理(或定向(DF))也可能有助于識(shí)別電磁能量的組成和起源。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)知道如何進(jìn)行頻譜分析和到達(dá)方向(DOA)處理。在這方面，關(guān)于DOA 處理更多的背景，例如可以參考 Schmidt, R.0.的 “Multiple emitter locat1n andsignal parameter estimat1n，，，IEEE Transact1ns on Antennas and Propagat1n, Vol.34, N0.3, 276-280, March, 1986 ;或Lipsky, Stephen E.的“Microwave passive direct1nfinding”，SciTech Publishing，2003。在關(guān)于到達(dá)方向處理的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中存在許多其它參考資料。
[0025]數(shù)據(jù)濾波和數(shù)據(jù)壓縮可以減少由衛(wèi)星傳送的數(shù)據(jù)量。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，觀察衛(wèi)星的至少一個(gè)接收天線適于在IGHz和10GHz之間的射頻范圍內(nèi)接收電磁能量。獲得然后分析微波范圍(即，在IGHz和10GHz之間)內(nèi)的電磁能量是特別有利的，因?yàn)樾l(wèi)星通信一般都在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行、從而主要由這個(gè)頻率范圍內(nèi)的電磁能量引起衛(wèi)星通信的背景下的干擾。
[0027]在上述實(shí)施例的子實(shí)施例中觀察衛(wèi)星的至少一個(gè)接收天線，適于在以下至少一個(gè)射頻范圍內(nèi)接收電磁能量:(a)在I和2GHz之間(L帶);(b)在2和4GHz之間(S帶);(c)在4和8GHz之間(C帶)；(d)在8和12GHz之間(X帶)；(e)在12和18GHz之間(Ku帶)；以及(f)在26.5和40GHz之間(Ka帶)。這些示例性的頻帶是對(duì)于衛(wèi)星通信所特別關(guān)注的。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，觀察衛(wèi)星的至少一個(gè)接收天線適于在對(duì)地靜止衛(wèi)星從地球接收信號(hào)所使用的射頻范圍內(nèi)接收電磁能量。換句話說(shuō)，觀察衛(wèi)星可用于與無(wú)線電頻率無(wú)關(guān)地獲取與從地球發(fā)射的電磁能量有關(guān)的以衛(wèi)星通信為目的的信息。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，觀察衛(wèi)星的至少一個(gè)接收天線適于接收具有以下中的至少一者的電磁能量:線性極化；垂直極化；水平極化；橢圓極化；以及圓極化。本實(shí)施例是有利的，因?yàn)閷?duì)于獲取與接收到的電磁能量的極化有關(guān)的信息可能是有用的。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，觀察衛(wèi)星的至少一個(gè)接收天線被配置為在一個(gè)軌道周期期間，從覆蓋了大于地球表面的一半的區(qū)域接收電磁能量。
[0031 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，所接收到的電磁能量不僅包括意圖用于控制所述衛(wèi)星自身的信息。觀察衛(wèi)星的實(shí)際目的在于收集與意圖針對(duì)觀察衛(wèi)星以外的衛(wèi)星的信號(hào)有關(guān)的信息。觀察衛(wèi)星的目的是收集與上述的所謂目標(biāo)衛(wèi)星的信號(hào)有關(guān)的信息。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，所接收到的電磁能量包括意圖用于至少一個(gè)其它衛(wèi)星的能量。用于控制觀察衛(wèi)星自身的信號(hào)可以在特定的頻帶、或通過(guò)將在后說(shuō)明的其它方式來(lái)傳輸。因此，在本實(shí)施例中，通過(guò)觀察衛(wèi)星接收到的電磁能量并非針對(duì)觀察衛(wèi)星的控制信號(hào)。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，觀察衛(wèi)星在具