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一種分析各衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間相互干擾的方法與流程

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一種分析各衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間相互干擾的方法與流程

本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信領(lǐng)域,尤其涉及一種分析各衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間相互干擾的方法。



背景技術(shù):

頻譜資源是不可再生的資源,國(guó)際電信聯(lián)盟將頻譜中的若干工作頻段劃分為衛(wèi)星通信所用,但是這種靜態(tài)的頻譜資源分配方法在一定程度上會(huì)造成頻譜資源的利用效率低下。認(rèn)知無(wú)線電的方法應(yīng)運(yùn)而生,使用這種方法的前提是避免對(duì)已經(jīng)存在的衛(wèi)星系統(tǒng)造成干擾或者干擾小于相關(guān)的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。因此,干擾分析是衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中一個(gè)重要的步驟。

在干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)方面,對(duì)于共用頻率的多個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng),后建設(shè)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)要保證不干擾已存在的衛(wèi)星通信系統(tǒng),無(wú)線電規(guī)則中給出了在不同的頻段內(nèi)對(duì)于同步軌道衛(wèi)星,非同步軌道衛(wèi)星,地球站的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。具體的,隨著被保護(hù)對(duì)象和頻段不同,無(wú)線電規(guī)則有不同的規(guī)定和建議。

使用相同頻段或相近頻段的兩個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng),它們各自進(jìn)行通信時(shí),有可能會(huì)產(chǎn)生相互干擾。分析兩個(gè)不同的衛(wèi)星系統(tǒng)之間的相互干擾,主要是通過(guò)計(jì)算和仿真的方法,根據(jù)衛(wèi)星的軌道參數(shù)以及地球站點(diǎn)位置參數(shù),在一定的時(shí)間周期內(nèi),計(jì)算一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)其他衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾情況;或者在專用的仿真軟件中,建立仿真場(chǎng)景,輸入衛(wèi)星系統(tǒng)參數(shù),仿真在特定的時(shí)間周期內(nèi),衛(wèi)星系統(tǒng)通信時(shí)所產(chǎn)生的相互干擾情況。目前的干擾分析和干擾確定的手段中,主要集中在同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng),有協(xié)調(diào)弧,ΔT/T,C/I較為成熟的方法。

目前的干擾分析和確定的方法主要集中在同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng),與同步軌道衛(wèi)星相比,非同步軌道衛(wèi)星與地球之間的相對(duì)關(guān)系并不固定,軌道高度低,運(yùn)動(dòng)速率快,近些年非同步軌道衛(wèi)星的數(shù)量明顯增多,分析非同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)與同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)、非同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)與非同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)之間的干擾場(chǎng)景的需求越來(lái)越來(lái),本發(fā)明提出的方法可以有效解決這一問(wèn)題。

本發(fā)明基于以上背景,提出了分析衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間互相干擾的方法,將衛(wèi)星軌道位置變化規(guī)律反應(yīng)于相位角度變化之中,通過(guò)在相平面上繪制相軌跡和干擾保護(hù)區(qū)域的方法,分析獲得衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)另外一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)所產(chǎn)生的干擾超過(guò)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)段和相位角范圍,此種方法減少了中間變量數(shù)目,更加直觀有效。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明提出了一種分析各衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間相互干擾的方法,其特征在于,利用在相平面上繪制相軌跡線和干擾保護(hù)區(qū)域的方法來(lái)分析不同衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間的相互干擾,確定超過(guò)干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間、相位角度;

所述方法的具體步驟為

步驟1、確定所要分析的各衛(wèi)星通信系統(tǒng),包括所述的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的衛(wèi)星以及與該衛(wèi)星進(jìn)行通信的地球站;

步驟2、確定各衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信鏈路或干擾鏈路;

步驟3、獲得所要分析的各衛(wèi)星通信系統(tǒng)中衛(wèi)星的軌道根數(shù),歷元時(shí)刻,衛(wèi)星軌道高度,軌道傾角,升交點(diǎn)赤經(jīng),近地點(diǎn)幅角,真近點(diǎn)角和橢圓軌道的偏心率;計(jì)算在設(shè)定的時(shí)間周期內(nèi)衛(wèi)星的軌道位置矢量坐標(biāo);

步驟4、獲得所要分析的各衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的地球站的經(jīng)度、緯度以及海拔高度,計(jì)算在設(shè)定的時(shí)間周期內(nèi)地球站位置矢量坐標(biāo),根據(jù)計(jì)算得到的衛(wèi)星的坐標(biāo)位置和地球站位置計(jì)算該衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信鏈路矢量坐標(biāo);

步驟5、根據(jù)步驟4中的所計(jì)算得到的各衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信鏈路矢量坐標(biāo),計(jì)算各衛(wèi)星通信系統(tǒng)中通信鏈路之間的相位角度;

步驟6、確定被干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),設(shè)定軌道高度,計(jì)算達(dá)到干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的相位角范圍;

步驟7、根據(jù)步驟5所計(jì)算的相位角度,在相平面內(nèi)繪制設(shè)定時(shí)間周期內(nèi)相位角隨時(shí)間變化的曲線即衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相軌跡線;將步驟6中計(jì)算的相位角度范圍繪制于相平面內(nèi),即得到干擾保護(hù)區(qū)域;

步驟8、根據(jù)步驟7中的相平面,觀察相軌跡線穿越干擾保護(hù)區(qū)域的取值范圍,獲得一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)另外一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)所產(chǎn)生干擾超過(guò)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)段、相位角范圍和超過(guò)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)刻,根據(jù)不同的干擾避免方案,此時(shí)刻能作為衛(wèi)星切換頻率時(shí)刻或地面切換衛(wèi)星時(shí)刻。

所述干擾鏈路為分析通信系統(tǒng)甲對(duì)于通信系統(tǒng)乙的干擾時(shí),通信系統(tǒng)甲的通信鏈路被稱為干擾鏈路。

所述相位角度為分析通信系統(tǒng)甲對(duì)于通信系統(tǒng)乙的干擾時(shí),通信系統(tǒng)乙的通信鏈路與通信系統(tǒng)甲的干擾鏈路之間的夾角。

步驟5中計(jì)算相位角具體為

若分析通信鏈路“衛(wèi)星2—地球站2”對(duì)通信鏈路“衛(wèi)星1—地球站1”所產(chǎn)生的干擾情況,相位角度θ1和θ2的計(jì)算公式為

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其中,R1(t)為衛(wèi)星1在J2000坐標(biāo)系下的位置矢量;R2(t)為衛(wèi)星2在J2000坐標(biāo)系下的位置矢量;E1(t)為地球站1在J2000坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)矢量,E2(t)為地球站2在J2000坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)矢量;θ1取值范圍在區(qū)間[0,180)內(nèi),θ2取值范圍在區(qū)間(-90,90)內(nèi)。

所述干擾保護(hù)區(qū)域是指繪制在相平面上的,根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟給出的相關(guān)衛(wèi)星干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的相位角度范圍。

所述保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)是等效功率通量密度不超過(guò)某一特定閾值,衛(wèi)星對(duì)地球站產(chǎn)生的干擾信號(hào)的等效通量密度epfd計(jì)算公式為

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其中,p為衛(wèi)星所發(fā)射的功率,單位為dBW,GS1)為衛(wèi)星的發(fā)射天線在θ1角度方向上的天線增益,GE2)為地球站接收天線在θ2角度上的天線增益,d1為衛(wèi)星至被干擾地球站的距離,GE,max為地球站接收天線的最大天線增益。

所述的衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括衛(wèi)星以及與衛(wèi)星進(jìn)行通信的地球站;所述的地球站包括地面站、航空站、手持終端、車載終端以及艦載終端。

所述的各衛(wèi)星通信系統(tǒng)產(chǎn)生相互干擾的條件為各通信鏈路的中心頻率相同或者通信頻段有重合。

有益效果

本發(fā)明提出的分析方法適用于分析多個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間的相互干擾,將軌道位置變化規(guī)律反應(yīng)于相位角度變化之中,減少了中間變量數(shù)目,更加直觀有效。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明步驟流程圖;

圖2非同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)下行鏈路和同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)下行鏈路示意圖;

圖3非同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)上行鏈路和同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)上行鏈路示意圖;

圖4非同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)下行鏈路對(duì)同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)下行鏈路干擾相軌跡平面分析圖;

圖5非同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)上行鏈路對(duì)同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)上行鏈路干擾相軌跡平面分析圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出了一種分析各衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間相互干擾的方法。本實(shí)施例分析非同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信鏈路對(duì)同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信鏈路產(chǎn)生的干擾。圖1本發(fā)明方法的流程圖。

步驟一、確定所要分析的不同衛(wèi)星通信系統(tǒng),包括所述的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的衛(wèi)星以及與衛(wèi)星進(jìn)行通信的地球站。

如圖2及圖3所示為同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)和非同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的示意圖。圖2為下行鏈路示意圖,圖3為上行鏈路示意圖。所述的同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)和非同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星與地球站通信時(shí)使用相同的頻率,可能產(chǎn)生相互干擾,其中同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng),包括:位于同步軌道的同步衛(wèi)星1,與同步衛(wèi)星通信的地球站1,所述的地球站1位于地球表面。

非同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng),包括:非軌道衛(wèi)星2,與同步衛(wèi)星通信的地球站2,所述的地球站2位于地球表面上。

步驟二、確定不同衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信鏈路和干擾鏈路。

同步軌道衛(wèi)星1與地球站1通信時(shí),下行通信鏈路為“衛(wèi)星1—地球站1”,上行通信鏈路為“地球站1—衛(wèi)星1”;非同步軌道衛(wèi)星2與地球站2通信時(shí),下行通信鏈路為“衛(wèi)星2—地球站2”,上行通信鏈路為“地球站2—衛(wèi)星2”。

如圖2中所示的下行鏈路示意圖,所述的通信鏈路“衛(wèi)星1—地球站1”和通信鏈路“衛(wèi)星2—地球站2”使用相同的頻率,可能產(chǎn)生相互干擾,干擾鏈路為“衛(wèi)星2—地球站2”“衛(wèi)星2—地球站1”;如圖3中所示的上行鏈路示意圖,所述的通信鏈路“地球站1—衛(wèi)星1”和通信鏈路“地球站2—衛(wèi)星2”使用相同的通信頻率,可能產(chǎn)生相互干擾,干擾鏈路為“地球站2—衛(wèi)星2”“地球站2—衛(wèi)星1”。

步驟三、獲得所要分析的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中衛(wèi)星的軌道根數(shù),包括歷元時(shí)刻,衛(wèi)星軌道高度,軌道傾角,升交點(diǎn)赤經(jīng),近地點(diǎn)幅角,真近點(diǎn)角和橢圓軌道的偏心率;計(jì)算在限定的時(shí)間周期內(nèi)衛(wèi)星的軌道位置矢量。

獲得同步軌道衛(wèi)星1的軌道根數(shù),統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為J2000坐標(biāo)系下表示,在限定的時(shí)間周期內(nèi),衛(wèi)星1在J2000坐標(biāo)系下的位置矢量R1(t)=(x1(t),y1(t),z1(t));獲得非同步軌道衛(wèi)星2的軌道根數(shù),統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為J2000坐標(biāo)系下表示,在限定的時(shí)間周期內(nèi),衛(wèi)星2在J2000坐標(biāo)系下的位置矢量R2(t)=(x2(t),y2(t),z2(t))。

步驟四、獲得所要分析的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的地球站的經(jīng)度,緯度,海拔高度;并計(jì)算在限定的時(shí)間周期內(nèi)地球站位置矢量。

根據(jù)地球站的1經(jīng)緯度信息,計(jì)算在J2000坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)矢量E1(t)=(x01(t),y01(t),z01(t)),根據(jù)地球站的2經(jīng)緯度信息,計(jì)算在J2000坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)矢量E2(t)=(x02(t),y02(t),z02(t))

步驟五、根據(jù)步驟三、步驟四中的所計(jì)算得到的衛(wèi)星的軌道位置矢量和地球站位置矢量,計(jì)算相位角。

對(duì)于下行鏈路:

如附圖2所示,分析通信鏈路“衛(wèi)星2—地球站2”對(duì)通信鏈路“衛(wèi)星1—地球站1”所產(chǎn)生的干擾情況,相位角度θ1,θ2的計(jì)算公式如下

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其中θ1取值范圍在區(qū)間[0,180)內(nèi),θ2取值范圍在區(qū)間(-90,90)內(nèi)。表示矢量和的標(biāo)量積,表示矢量的模。

對(duì)于上行鏈路:

如附圖3所示,分析通信鏈路“地球站2—衛(wèi)星2”對(duì)通信鏈路“地球站1—衛(wèi)星1”所產(chǎn)生的干擾情況,相位角度θ3,θ4的計(jì)算公式如下

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其中θ3取值范圍在區(qū)間內(nèi)(-90,90),θ4取值范圍在區(qū)間[0,90)內(nèi)

步驟六、確定被干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)于特定的軌道高度,計(jì)算達(dá)到干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的相位角的取值范圍,即為干擾保護(hù)區(qū)域。

查詢國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)關(guān)于同步軌道衛(wèi)星和同步軌道衛(wèi)星地球站干擾保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算對(duì)于特定的軌道高度,達(dá)到干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的相位角的取值范圍,即為干擾保護(hù)區(qū)域

下行鏈路:如圖4中所示,虛線內(nèi)部部分為即為同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)中地球站1的干擾保護(hù)區(qū)域;國(guó)際電信聯(lián)盟采用的是等效功率通量密度不超過(guò)某一特定閾值,衛(wèi)星2對(duì)地球站1產(chǎn)生的干擾信號(hào)的等效通量密度計(jì)算公式如下

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其中,p1為衛(wèi)星2所發(fā)射的功率,單位為dBW,GS21)為衛(wèi)星2的發(fā)射天線在θ1角度方向上的天線增益,GE12)為地球站1接收天線在θ2角度上的天線增益,d1為衛(wèi)星2至地球站1的距離,GE1,max為地球站1接收天線的最大天線增益。

對(duì)于上行鏈路:如圖5中所示,虛線內(nèi)部部分為即為同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)中衛(wèi)星1的干擾保護(hù)區(qū)域;國(guó)際電信聯(lián)盟對(duì)于同步軌道衛(wèi)星的干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)隨著通信頻段不同而變化,具體應(yīng)用是應(yīng)當(dāng)根據(jù)所使用頻段查閱相關(guān)的規(guī)定和建議,地球站2對(duì)衛(wèi)星1產(chǎn)生的干擾信號(hào)的等效通量密度計(jì)算公式如下

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其中,p2為地球站2所發(fā)射的功率,單位為dBW,GE23)為地球站2的發(fā)射天線在θ3角度方向上的天線增益,GS14)為衛(wèi)星1接收天線在θ4角度上的天線增益,d2為“地球站2—衛(wèi)星1”干擾鏈路距離,GS1,max為衛(wèi)星1接收天線的最大天線增益。

步驟七、將步驟五所計(jì)算的相位角度變化繪制與相平面內(nèi),圖4和圖5中的藍(lán)色曲線,即為在特定時(shí)間周期內(nèi)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相軌跡線;將步驟六計(jì)算的相位角度范圍繪制于相平面內(nèi),如圖4和圖5所示,圖中虛線框內(nèi)部分即為干擾保護(hù)區(qū)域。

步驟八、根據(jù)步驟七所繪制的相平面圖,觀察相軌跡線穿越干擾保護(hù)區(qū)域的取值范圍,獲得一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)另外一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)所產(chǎn)生的干擾超過(guò)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)段、相位角范圍和超過(guò)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)刻,根據(jù)不同的干擾避免方案,此時(shí)刻可以作為衛(wèi)星切換頻率時(shí)刻、地面切換衛(wèi)星時(shí)刻。

對(duì)于下行鏈路:如圖4所示,觀察衛(wèi)星2運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的相軌跡線和干擾保護(hù)區(qū)域的關(guān)系,當(dāng)θ1∈[α12]且θ2∈[β12]時(shí),相軌跡進(jìn)入虛線內(nèi)部的干擾保護(hù)區(qū)域,對(duì)應(yīng)的時(shí)段為[T0,T1],此時(shí)衛(wèi)星2對(duì)地球站1所造成的干擾超過(guò)國(guó)際電信聯(lián)盟的相關(guān)干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),地球站1所受到干擾超過(guò)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)刻為T0。提出避免干擾的相關(guān)意見(jiàn)為:在衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)期,通過(guò)優(yōu)化軌道參數(shù)和地球站位置,減少或者避免相軌跡進(jìn)入干擾保護(hù)區(qū)域;在衛(wèi)星系統(tǒng)工作期間,在相軌跡進(jìn)入干擾保護(hù)區(qū)域時(shí),可以通過(guò)切星或通信設(shè)備停止服務(wù)的方法避免干擾。

對(duì)于上行鏈路:如圖5所示,觀察衛(wèi)星2運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的相軌跡線和干擾保護(hù)區(qū)域的關(guān)系,當(dāng)θ3=α3且θ4∈[β34]時(shí),相軌跡進(jìn)入虛線內(nèi)部的干擾保護(hù)區(qū)域,對(duì)應(yīng)時(shí)間段為[T2,T3],此時(shí)地球站2對(duì)衛(wèi)星1所造成的干擾超過(guò)國(guó)際電信聯(lián)盟的相關(guān)干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),衛(wèi)星1所受到的干擾超過(guò)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)刻為T2。提出避免干擾的相關(guān)意見(jiàn)為:在衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)期,通過(guò)優(yōu)化軌道參數(shù)和地球站位置,減少或者避免相軌跡進(jìn)入干擾保護(hù)區(qū)域;在衛(wèi)星系統(tǒng)工作期間,在相軌跡進(jìn)入干擾保護(hù)區(qū)域時(shí),可以通過(guò)切星或通信設(shè)備停止服務(wù)的方法避免干擾。

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