CN107294572B - 一种大规模多波束的快速布站方法 - Google Patents

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Abstract

一种大规模多波束的快速布站方法，根据移动通信卫星对多波束天线波束波束空间频率复用的要求和特点，在每个波束的服务区域内分别布置站点，然后根据频率复用关系快速得到目标波束的需要提高增益服务区站点以及需要抑制增益的同频波束区域站点的方法。本发明主要针对使用大规模多波束天线的移动通信卫星载荷，通过本发明提供的方法，可以实现大规模多波束天线的快速布站，保证波束设计结果的服务区和副瓣增益满足要求，同时实现快速优化设计，保证设计效率。

Description

一种大规模多波束的快速布站方法
技术领域
本发明涉及一种大规模多波束的快速布站方法，属于卫星有效载荷技术领域。
背景技术
多波束天线是静止轨道移动通信卫星的核心技术。为了提高频谱利用效率，采用了频率复用技术，100多个波束共使用7个频段，每个波束使用其中一段频率(譬如4MHz)。
考核多波束天线的主要性能包括服务区边缘增益G、满足增益要求的服务区覆盖率、同频波束的载干比C/I，其中C/I由同频波束之间的位置关系和同频波束的副瓣决定，因此波束的副瓣电平滚降值是反映C/I的关键指标，一般要求C/I大于15dB则副瓣相对服务区边缘增益G滚降不小于23dB[Sudhakar
K.Rao,Desibn and Analysis of Multiple Beam Reflector Antennas,IEEEAntennas and Propagation Magazine,Vpl.41,No.4,August 1999]
目前，多波束天线波束设计多采用商业软件POS，而POS优化所需的站值通过与之配套的软件cobra生成。Cobra在生成站值时，通过鼠标在地图上选择服务区和抑制区，适合波束数量较少的波束形状赋形时应用，当波束数量达到几十甚至几百个时，通过这种方式生成各个波束的服务区和抑制区将是非常大的工作量，而且生成的站值没有规律，不论是用POS优化还是编程实现都非常耗时。
发明内容
本发明的技术解决的问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大规模多波束的快速布站方法，以保证波束设计结果的服务区和副瓣增益满足要求，同时实现快速优化设计，保证设计效率。
本发明的技术解决方案是：
一种大规模多波束的快速布站方法，步骤如下：
(1)将移动通信卫星服务区域范围内的所有波束进行编号，依次为1、2…n…N；n、N为正整数；
(2)根据预定的频率规划，对可用的频率进行编号，依次为1、2…L；L为正整数且L不大于N；
(3)根据预定的频率规划，生成规定波束与步骤(2)中可用频率之间的对应关系表freq_f，freq_f包含N个自然数，N个自然数的取值范围为[1,L]，其中第n个数表示第n个波束的频率编号；
(4)根据已知的第n个波束的中心点坐标
Figure BDA0001348690170000021
和第n个波束的服务区半径rn，布第n个波束服务区的站值，形成站值数据向量pn：
Figure BDA0001348690170000022
其中θn,i,
Figure BDA0001348690170000023
表示第n个波束的服务区中的第i个站点的坐标，该波束服务区内一共布置Mn个站值；
(5)依次逐个完成N个波束服务区内的布站；
N个波束的站点总数为：
Figure BDA0001348690170000024
(6)将N个波束的站值数据合并为一个总体站值数据p：
p＝[p1 p2 … pn … pN]；
(7)确定每个波束的服务区站值和抑制区站值，从而完成布站：
根据波束编号n、每个波束的站点数量Mn，在p中索引出该波束服务区的站值，然后通过波束频率的对应关系表freq_f查找出该波束的同频波束编号，根据波束编号和每个波束的站点数量Mn查找出同频波束的服务区的站值，即抑制区站值。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)克服现有技术的不足，不再需要对每一个波束的抑制区进行布站，而是通过波束的频率复用关系直接将同频波束的服务区作为抑制区，布站时间缩短为原方法的1％；
(2)基于本发明的一种大规模多波束的快速布站方法，可以实现对波束服务区、抑制区增益的精确控制，从而保证应用于移动通信卫星的多波束天线波束增益、同频区副瓣指标满足要求。
附图说明
图1为本发明的波束覆盖图。
图2为本发明某一频率的波束覆盖图。
图3为使用本发明的布站方法优化出的典型波束。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
本发明提出了一种大规模多波束的快速布站方法，步骤如下：
(1)将移动通信卫星服务区域范围内的所有波束进行编号，依次为1、2…n…N；n、N为正整数，如图1所示为一种102个波束的覆盖，N＝102；
(2)根据预定的频率规划，对可用的频率进行编号，依次为1、2…L；L为正整数，且L不大于N；
(3)根据预定的频率规划，生成规定波束与步骤(2)中可用频率之间的对应关系表freq_f，freq_f包含N个自然数，N个自然数的取值范围为[1,L]，其中第n个数表示第n个波束的频率编号；
(4)根据已知的第n个波束的中心点坐标
Figure BDA0001348690170000031
和第n个波束的服务区半径rn(这里不局限于由第n个波束的中心点坐标
Figure BDA0001348690170000032
和第n个波束的服务区半径rn确定的波束服务区，譬如由一串坐标连线给出边界的服务区)，布第n个波束服务区的站值，即在上述已知边界的服务区内布置站点，形成站值数据向量pn：
Figure BDA0001348690170000041
其中θn,i,
Figure BDA0001348690170000042
表示第n个波束的服务区中的第i个站点的坐标，该波束服务区内一共布置Mn个站值；
(5)依次逐个完成N个波束服务区内的布站；
N个波束的站点总数为：
Figure BDA0001348690170000043
(6)将N个波束的站值数据合并为一个总体站值数据p：
p＝[p1 p2 … pn … pN]；
(7)确定每个波束的服务区站值和抑制区站值，从而完成布站：
根据波束编号n、每个波束的站点数量Mn，在p中索引出该波束服务区的站值，然后通过波束频率的对应关系表freq_f查找出该波束的同频波束编号，根据波束编号和每个波束的站点数量Mn查找出同频波束的服务区的站值，即抑制区站值。
波束服务区的站值是在步骤(4)(5)直接生成的而抑制区的站值由波束的同频复用关系从步骤(6)生成的总体站值数据p中索引而来，简化了副瓣区域的布站过程，提高了布站效率；同时由于生成的抑制区正好是多波束系统中需要抑制的同频波束区域，所以可以精准控制同频区域的副瓣。
实施例：
如图1所示，某多波束天线系统包含102个波束，图2是频率1的波束，包括波束1、10、19、26、34、41、51、61、67、70、75、78、81、85、88、96。
布站时，每个波束服务区的小圈内布置200个站点。
以34号波束的站值生成过程为例，其主服务区的站值就是34号波束自己的小圈内的站点，其抑制区的站点由波束1、10、19、26、41、51、61、67、70、75、78、81、85、88、96服务区小圈内的站点组成。
依此布站方法布站，优化的波束如图3所示，34号波束的少量副瓣只在同频区域之间出现，副瓣在同频的服务区内低于25dB。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种大规模多波束的快速布站方法，其特征在于步骤如下：
(1)将移动通信卫星服务区域范围内的所有波束进行编号，依次为1、2…n…N；n、N为正整数；
(2)根据预定的频率规划，对可用的频率进行编号，依次为1、2…L；L为正整数且L不大于N；
(3)根据预定的频率规划，生成规定波束与步骤(2)中可用频率之间的对应关系表freq_f；
(4)根据已知的第n个波束的中心点坐标
Figure FDA0002355310710000012
和第n个波束的服务区半径rn，布第n个波束服务区的站值，形成站值数据向量pn；
(5)依次逐个完成N个波束服务区内的布站；
(6)将N个波束的站值数据合并为一个总体站值数据p；
(7)确定每个波束的服务区站值和抑制区站值，从而完成布站；
具体为：
根据波束编号n、每个波束的站点数量Mn，在p中索引出该波束服务区的站值，然后通过波束频率的对应关系表freq_f查找出该波束的同频波束编号，根据波束编号和每个波束的站点数量Mn查找出同频波束的服务区的站值，即抑制区站值。
2.根据权利要求1所述的一种大规模多波束的快速布站方法，其特征在于：所述站值数据向量pn为：
Figure FDA0002355310710000011
其中θn,i,
Figure FDA0002355310710000021
表示第n个波束的服务区中的第i个站点的坐标，该波束服务区内一共布置Mn个站值。
3.根据权利要求1所述的一种大规模多波束的快速布站方法，其特征在于：所述步骤(6)总体站值数据p具体为：p＝[p1 p2 … pn… pN]。
4.根据权利要求1所述的一种大规模多波束的快速布站方法，其特征在于：所述步骤(3)可用频率之间的对应关系表freq_f包含N个自然数，N个自然数的取值范围为[1,L]，其中第n个数表示第n个波束的频率编号。
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