本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信，主要涉及一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法。

背景技術(shù)：

1、未來大規(guī)模低軌星座是天基信息系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，歐美等國的starlink、oneweb、kuiper、ast星座陸續(xù)開展建設(shè)，我國的低軌互聯(lián)網(wǎng)、千帆g60等星座也呈加速發(fā)展的追趕之勢(shì)，這帶來了顯著的頻軌資源緊張問題。同時(shí)，星地融合的演進(jìn)趨勢(shì)帶來了手機(jī)直連衛(wèi)星的新應(yīng)用場(chǎng)景，伴隨著新終端設(shè)備、新通信體制、新業(yè)務(wù)模式的出現(xiàn)，大規(guī)模星地連接進(jìn)一步加劇了星地、星間頻譜共享的問題。

2、傳統(tǒng)干擾規(guī)避方法大致可以分為3類：功率控制、頻譜共享和空間隔離。功率控制方法往往基于itu限定的干擾準(zhǔn)則，通過控制leo衛(wèi)星以及地面站的發(fā)射功率，根據(jù)實(shí)際的干擾情況對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而減少對(duì)其他系統(tǒng)的干擾；空間隔離是指通過調(diào)整不同系統(tǒng)地面站的對(duì)星指向，從而避免不同衛(wèi)星系統(tǒng)的接收指向共線，從而減少最惡劣的共線干擾，達(dá)到干擾緩解的目的；頻譜共享技術(shù)是目前解決衛(wèi)星系統(tǒng)間同頻干擾問題的重要手段，通過靈活配置在特定時(shí)間或位置的頻譜資源，使得共享同一頻段的不同系統(tǒng)間產(chǎn)生干擾的概率降至最低。

3、目前，已有相關(guān)學(xué)者、機(jī)構(gòu)開展了leo星座頻率干擾規(guī)避策略研究?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)leo通信星座之間的干擾問題成因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，但是仍缺乏對(duì)leo星座之間的頻率共享策略的進(jìn)一步深入研究。leo衛(wèi)星于地面的相對(duì)位置具有時(shí)變性，leo地面站的波束指向需要較高頻次的切換，因此隔離角的選取需要進(jìn)行進(jìn)一步的分析。其次，leo星座的大規(guī)模特性導(dǎo)致了即使地面站的接收信號(hào)不存在主瓣干擾信號(hào)，旁瓣泄露的集總干擾信號(hào)也有可能產(chǎn)生有害干擾。在星地手機(jī)直連場(chǎng)景中，對(duì)衛(wèi)星接收波束而言，主瓣區(qū)和副瓣區(qū)均存在大量干擾信號(hào)，直接使用傳統(tǒng)空域干擾抑制方法將導(dǎo)致主瓣波束畸變，無法正常工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效實(shí)現(xiàn)副瓣干擾抑制、提升衛(wèi)星系統(tǒng)容量的搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，包括：

3、步驟1、根據(jù)上行接收信號(hào)x(t)的頻譜感知結(jié)果及衛(wèi)星接收波束覆蓋范圍，確定所述接收信號(hào)中的主瓣信號(hào)和副瓣信號(hào)；

4、步驟2、設(shè)置阻塞矩陣b，抑制主瓣信號(hào)，得到阻塞后信號(hào)y(t)；

5、步驟3、利用所述阻塞后信號(hào)y(t)，計(jì)算協(xié)方差矩陣z并對(duì)所述協(xié)方差矩陣z進(jìn)行分解，得到特征向量[u1,u2,…,uk]；

6、步驟4、對(duì)每個(gè)所述副瓣信號(hào)獨(dú)立設(shè)置虛擬干擾矩陣v；

7、步驟5、重構(gòu)協(xié)方差矩陣并進(jìn)行天線權(quán)值計(jì)算。

8、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1中，所述頻譜感知結(jié)果為所述衛(wèi)星接收波束覆蓋范圍為[θ3db,low,θ3db,high]、其中，分別是對(duì)應(yīng)于波束中心方向的俯仰角和方位角，n為接收到的總信號(hào)個(gè)數(shù)。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2中，

10、所述阻塞矩陣b為：

11、

12、其中，表示科羅奈克積，

13、

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2中，

15、所述阻塞后信號(hào)y(t)為：

16、y(t)＝bhx(t)，

17、其中，[]h表示共軛轉(zhuǎn)置。

18、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3中，

19、所述協(xié)方差矩陣z特征分解為：

20、

21、其中λk和uk分別為第k個(gè)特征值和第k個(gè)特征向量。

22、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第k個(gè)特征向量為：

23、

24、其中，指第q個(gè)影響的引導(dǎo)向量，bqk為權(quán)值。

25、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟4中，所述虛擬干擾矩陣v：

26、[v]α,β＝sinc((mx-nx)dxwx/λ)·sinc((my-ny)dywy/λ)，

27、其中，my＝αmod?m，ny＝βmod?m，代表四舍五入到最接近的負(fù)無窮整數(shù)，mod是在除法后取模數(shù)，[v]α,β代表矩陣在第α行和第β列的元素。

28、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟5中，重構(gòu)協(xié)方差矩陣

29、理想?yún)f(xié)方差矩陣的組成為：

30、

31、增加干擾矩陣后，重構(gòu)的協(xié)方差矩陣變?yōu)椋?/p>

32、

33、其中⊙為hadamard積。

34、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟5中，根據(jù)估計(jì)的協(xié)方差矩陣和阻塞向量得到天線權(quán)值ω：

35、

36、其中，θ0和分別是對(duì)應(yīng)于波束中心方向的俯仰角和方位角。

37、有益效果：

38、本發(fā)明公開了一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法，根據(jù)頻譜感知結(jié)果及波束覆蓋范圍，確定主瓣和副瓣接收信號(hào)，設(shè)置阻塞矩陣，抑制接收信號(hào)中的主瓣接收信號(hào)，計(jì)算協(xié)方差矩陣并完成分解，同時(shí)對(duì)每個(gè)副瓣信號(hào)獨(dú)立設(shè)置虛擬干擾矩陣，然后重構(gòu)協(xié)方差矩陣，并進(jìn)行天線權(quán)值計(jì)算。本發(fā)明能為衛(wèi)星上的每個(gè)干擾源單獨(dú)產(chǎn)生任意寬度且不對(duì)稱的干擾凹口，并且不影響正常主瓣信號(hào)的接收，適合于主瓣通信用戶與副瓣頻譜共享用戶密集分布的同頻共享場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)低軌星座的頻譜共享。

技術(shù)特征：

1.一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法，其特征在于，所述步驟1中，所述頻譜感知結(jié)果為所述衛(wèi)星接收波束覆蓋范圍為[θ3db,low,θ3db,high]、其中，分別是對(duì)應(yīng)于波束中心方向的俯仰角和方位角，n為接收到的總信號(hào)個(gè)數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法，其特征在于，所述步驟2中，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法，其特征在于，所述步驟2中，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法，其特征在于，所述步驟3中，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法，其特征在于，所述第k個(gè)特征向量為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法，其特征在于，所述步驟4中，所述虛擬干擾矩陣v：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法，其特征在于，所述步驟5中，重構(gòu)協(xié)方差矩陣

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法，其特征在于，所述步驟5中，根據(jù)估計(jì)的協(xié)方差矩陣和阻塞向量得到天線權(quán)值ω：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種搭載相控陣天線的衛(wèi)星的頻譜共享方法，主要包括：根據(jù)頻譜感知結(jié)果及波束覆蓋范圍，確定接收信號(hào)中的主瓣信號(hào)和副瓣信號(hào)；設(shè)置阻塞矩陣，抑制主瓣信號(hào)；利用阻塞后的信號(hào)，計(jì)算協(xié)方差矩陣并完成分解；對(duì)每個(gè)副瓣信號(hào)獨(dú)立設(shè)置虛擬干擾矩陣；重構(gòu)協(xié)方差矩陣，并進(jìn)行天線權(quán)值計(jì)算。本方法能為衛(wèi)星上的每個(gè)干擾源單獨(dú)產(chǎn)生任意寬度且不對(duì)稱的干擾凹口，并且不影響正常主瓣信號(hào)的接收，適合于主瓣通信用戶與副瓣頻譜共享用戶密集分布的同頻共享場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)低軌星座的頻譜共享。

技術(shù)研發(fā)人員：劉睿杰,嚴(yán)宏,王妮煒,劉子威,朱進(jìn),童建飛,單超,陳希
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2