CN110034791B - 一种多波束卫星通信中载干比确定方法和装置 - Google Patents

一种多波束卫星通信中载干比确定方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多波束卫星通信中载干比确定方法，包括：根据单波束辐射特性和卫星的位置信息确定各个单波束天线中心轴线的指向位置；根据各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离所在波束天线中心轴线的角度，确定观测器接收的有用功率；根据各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离同频干扰波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的同频干扰功率；根据所述有用功率和所述同频干扰功率确定载干比。本申请得到的载干比精度高，为卫星通信系统的频谱规划提供了准确的依据。

Description

一种多波束卫星通信中载干比确定方法和装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种多波束卫星通信中载干比确定方法和装置。
背景技术
卫星通信系统以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信，其通信容量大、通信频带宽，而且覆盖范围广、通信距离远，能够实现全球无缝覆盖，在海洋、山区、极地、荒漠、飞机等通信环境具有独特的优势，因此目前卫星通信成为通信领域的热门研究技术之一。
天线技术是卫星通信的关键技术之一，由于卫星通信链路传输距离很远，造成的信号衰减很大，因此为了保证稳定可靠的通信，目前采用多波束天线。多波束天线技术能够同时产生多个子波束，从而覆盖地面上所关心的区域，而且目前多波束天线技术在相隔一定距离以外，再次使用相同的频率，即频率复用，频率复用提高了频谱利用率，从而也增加卫星的通信容量。
多波束天线技术中，使用同一频率的小区称为同频小区。由于波束存在旁瓣，导致同频小区的波束之间存在互相干扰，称为同频干扰，即，当相同频率的多个小区中的用户同时通信时，会对其他小区产生较大的同频干扰。为了减小同频干扰的影响和保证接收信号的质量，必须使接收机接收的有用信功率与同频干扰功率之比大于预设数值，有用信号功率与同频干扰功率之比称为载干比，载干比是反映信号在空间传播的过程中，接收端接收信号优劣的比值。
由于卫星的波束不是完全垂直辐射到地面，大部分波束都是斜向投影到地球表面，会造成圆形波束的椭变性；而且由于地球为球体，会造成离卫星星下点更远的波束具有更大程度的变形。而目前的多波束天线技术中没有考虑到波束的变形，因此得到的有用信号功率与同频干扰功率有误差，从而导致载干比精度不高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种多波束卫星通信中载干比确定方法和装置。
根据本发明的第一方面，提供了一种多波束卫星通信中载干比确定方法，包括：
根据单波束辐射特性和卫星的位置信息确定各个单波束天线中心轴线的指向位置；
根据各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离所在波束天线中心轴线的角度，确定观测器接收的有用功率；
根据各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离同频干扰波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的同频干扰功率；
根据所述有用功率和所述同频干扰功率确定载干比。
在本发明的一个实施例中，根据单波束辐射特性和卫星的位置信息确定各个单波束天线中心轴线的指向位置，包括：
确定与星下点纬度相差为预设阈值的区域对应的第一波束，将第一波束的中心坐标作为待覆盖区域的第一波束的指向坐标；
以第一波束的指向坐标为基准，沿着纬度增大的方向依次纵向确定待覆盖区域内每行波束中心的纬度，直到待覆盖区域的指定纬度位置；
以第一波束向纬度增加的方向开始，沿着每行波束中心两侧的纬线方向，确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度，直到待覆盖区域两侧的指定经度位置。
在本发明的一个实施例中，确定与星下点纬度范围相差为预设阈值的区域对应的第一波束，包括：
根据星下点坐标确定第1行波束的纬度和经度；所述第1行波束的纬度大于星下点纬度，且第1行波束的覆盖区域与星下点对应波束的覆盖区域相邻；
基于纬度递推关系依次获得纬度增大方向上待覆盖区域内其它行波束的中心纬度，将待覆盖区域内与星下点纬度相差为预设阈值的波束确定为第一波束。
在本发明的一个实施例中，设onlong为第1行各波束中心点的经度，onlati为第1行各波束中心点的纬度，则
Figure BDA0002006601960000031
Figure BDA0002006601960000032
其中，α0为沿着纬线方向，每隔一经度相差的弧长，β0为沿着经线方向，每隔一纬度相差的弧长，bs、ls分别为卫星的经度和纬度，onx为各波束中心点投影到纬线的距离，ony为各波束中心点投影到经线的距离。
在本发明的一个实施例中，所述纬度递推关系为：l(m)＝l(m-1)+Δl(m)，其中，l(m)为第m行波束中心的纬度，l(m-1)为第m-1行波束中心的纬度，Δl(m)＝Δl+▽l(m)为第m行波束中心与第m-1行波束中心的纬度之差，
Figure BDA0002006601960000033
为相邻两行波束的中心坐标的纬度之差的基准值，▽l(m)为第m 行波束和第m-1行波束中心纬度之差相对于基准值的增长值。
在本发明的一个实施例中，确定相同纬度上每个波束的经度，包括：
根据确定上述第1行波束的经度，基于经度递推关系确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度。
所述经度递推关系包括第一经度递推关系和第二经度递推关系；
第m行波束中相邻两个波束之间的第一经度递推关系为：
Figure BDA0002006601960000034
m为奇数；
第m行波束中相邻两个波束之间的第二经度递推关系为： b(n)＝b(n-1)+Δb(n)，m为偶数；
其中，b(n)为第n个波束中心的经度，b(n-1)为第n-1个波束中心的经度，Δb(n)＝Δb+▽b(n)为第n个波束中心与第n-1个波束中心坐标的经度之差，
Figure BDA0002006601960000035
为每个小区的中心波束的经度之差的基准值，▽b(n)为第n个和第 n-1个波束中心经度之差相对于基准值的增长值。
根据本发明的第二方面，提供了一种载干比强度图谱的仿真方法，包括：
将M个移动数据观测器从指定位置开始沿着预设方向移动，间隔预设时间测量当前位置的载干比；所述载干比通过所述的多波束卫星通信中载干比确定方法得到；
输出移动数据观测器的当前位置坐标及测量到的载干比，得到多波束覆盖区域内的载干比图谱。
根据本发明的第三方面，提供了一种多波束卫星通信中载干比确定装置，包括：
位置确定模块，用于根据单波束辐射特性和卫星的位置信息确定各个单波束天线中心轴线的指向位置；
有用功率确定模块，用于根据所述各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离所在波束天线中心轴线的角度，确定观测器接收的有用功率；
干扰功率确定模块，用于根据所述各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离同频干扰波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的同频干扰功率；
载干比确定模块，用于根据所述有用功率和所述同频干扰功率确定载干比。
根据本发明的第四方面，提供了一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述可执行指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行上述的多波束卫星通信中载干比确定方法或者所述的载干比强度图谱的仿真方法。
根据本发明的第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行所述的多波束卫星通信中载干比确定方法或者所述的载干比强度图谱的仿真方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明实施例中根据单波束辐射特性和卫星的位置信息确定各个单波束天线中心轴线的指向位置，根据确定各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离所在波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的有用功率，然后根据各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离同频干扰波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的同频干扰功率，最后根据观测器接收的有用功率和同频干扰功率确定载干比，得到的载干比精度高，为卫星通信系统的频谱规划提供了准确的依据；
2)确定与星下点经度相同且纬度范围相差为预设阈值的区域对应的第一波束，将第一波束的中心坐标作为待覆盖区域的第一波束的指向坐标，以第一波束的指向坐标为基准，沿着纬度增大的方向依次根据纬度递推关系确定待覆盖区域内每行波束中心的纬度，直到达到待覆盖区域的指定纬度位置，由于地球形状和波束倾斜指向特性，使得波束沿着纬度逐渐会发生形变，因此本申请基于前一行波束的纬度求得下一行波束的纬度，使得最后待覆盖区域的纬度范围更加精确；然后以第一波束向纬度增加的方向开始，沿着每行波束中心两侧的纬线方向，根据经度递推关系确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度，直到达到待覆盖区域两侧的指定经度位置，本申请基于波束的经度求得相邻波束的经度，使得最后待覆盖区域的经度范围更加精确，实现了多波束天线的无缝覆盖，保障了卫星通信质量，而且最大限度地利用每个波束的资源，避免波束间的主瓣相交叠，进一步提高了卫星通信质量。
附图说明
以下附图仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的多波束卫星通信中载干比确定方法流程示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的确定第1行波束的纬度和经度示示意图；
图3示出了根据本发明一个实施例中多波束天线覆盖示意图；
图4示出了根据本发明一个实施例的同频干扰示意图；
图5示出了根据本发明一个实施例的载干比强度图谱的仿真方法流程示意图；
图6示出了根据本发明一个实施例的多波束卫星通信中载干比确定装置结构示意图；
图7示出了根据本发明一个实施例的载干比强度图谱的仿真装置结构示意图；
图8示出了根据本发明一个实施例的电子设备结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
参见图1，本发明实施例提供了一种多波束卫星通信中载干比确定方法，包括下面步骤：
11、根据单波束辐射特性和卫星的位置信息确定各个单波束天线中心轴线的指向位置；
设G(θ)为单波束的辐射特性，
Figure BDA0002006601960000061
其中，Gm为单波束的最大增益，本发明实施例中单波束为圆形波束， Gm＝20.4+20lg(D·f)+10lgη(dBi)，D为天线口径，f为电磁波频率，η为天线效率，一般55％≤η≤75％。θβ为Gm+LN+20+25log(θ/θα)等于0dBi时的θ值， LN为峰值增益的近轴旁瓣电平，a、c根据LN即可确定，θα为单波束天线的3dB波束宽度。
波束宽度为波束两个半功率点之间的夹角，3dB波束宽度是指在天线最大辐射方向的两侧，辐射功率下降3dB时两个半功率点之间的夹角。
各个单波束天线中心轴线的指向位置可以由每个单波束天线中心轴线的经纬度表示。具体地，根据卫星的位置信息和单波束辐射特性确定各个单波束天线中心轴线的指向位置，即称为多波束天线的覆盖。
下面具体介绍多波束天线的覆盖方法：
111、确定与星下点纬度相差为预设阈值的区域对应的第一波束，将第一波束的中心坐标作为待覆盖区域的第一波束的指向坐标；
进一步地，可以将与星下点经度和纬度相差最小的区域对应的波束作为第一波束。为了使多波束天线的覆盖方法达到最优，本发明实施例中将与星下点经度相同且纬度相差最小的区域对应的波束作为第一波束。
具体的，确定与星下点纬度范围相差为预设阈值的区域对应的第一波束，包括:
根据星下点坐标确定第1行波束的纬度和经度；所述第1行波束的纬度大于星下点纬度，且第1行波束的覆盖区域与星下点对应波束的覆盖区域相邻；
设第1行波束中各波束的中心坐标由经纬度表示，设onlong为第1行各波束中心点的经度，onlati为第1行各波束中心点的纬度，则
Figure BDA0002006601960000071
Figure BDA0002006601960000072
其中，α0为沿着纬线方向，每隔一经度相差的弧长，α0≈111.32km。β0为沿着经线方向，每隔一纬度相差的弧长，β0＝111.32km，bs、ls分别为卫星的经度和纬度，onx为各波束中心点投影到x轴(纬线)距离，ony为各波束中心点投影到y轴(经线)的距离。
其中，
Figure BDA0002006601960000073
Figure BDA0002006601960000074
ψ为各波束中心点on与x轴的夹角。
图2为确定第1行波束的纬度和经度示意图，如图2(a)所示，在大地坐标系中，设卫星的位置信息为s(bs,ls,hs)，bs、ls、hs分别为卫星的经度、纬度和高度，o(bs,ls,0)为星下点坐标，以星下点为中心的波束覆盖区域称为中心小区。如图2所示，均匀围绕在中心小区圆周的周围有6个波束覆盖区域，这6个波束覆盖区域称为周边小区，设中心小区与该6个周边小区的大小相同。这6个周边小区依次部分重叠，其全部与中心小区部分重叠。由几何原理可知，每个周边小区与中心小区的两个交点A、B间的圆弧占中心小区周长的1/6，如图2(b)所示，
Figure BDA0002006601960000075
因此
Figure BDA0002006601960000076
ΔAOB为等边三角形，
Figure BDA0002006601960000077
因此，这6个周边小区视为分别位于以星下点o为原点，
Figure BDA0002006601960000078
为半径的圆周上，其中，以o1、o2、o3、o4、 o5、o6为中心的周边小区分别与x轴夹角为0°、60°、120°、180°、240°、300°。
将6个周边小区的圆心分别沿着x，y轴做垂线，得到每个周边小区的圆心投影到x轴和y轴方向的距离，x轴对应纬线，y轴对应经线，从而得到第1行波束中各波束的经度和纬度。
然后基于纬度递推关系依次获得纬度增大方向上待覆盖区域内其它行波束的中心纬度，将待覆盖区域内与星下点纬度相差为预设阈值的波束确定为第一波束。
图3为多波束天线覆盖示意图，如图3所示，待覆盖区域内波束S0 与星下点的经度相同，纬度相差最小，因此将波束S0作为第一波束。
此处的纬度递推关系和下面提到的递推关系相同，由于图3中的递推关系以下面技术内容为例进行示意说明，因此纬度递推关系随后进行详细描述。
112、以第一波束的指向坐标为基准，沿着纬度增大的方向依次纵向确定待覆盖区域内每行波束中心的纬度，直到待覆盖区域的指定纬度位置；
继续以图3为例进行说明，以波束S0为基础，继续沿着纬度增大的方向根据纬度递推关系确定每行波束中心的纬度，直到覆盖区域的指定纬度位置。
纬度递推关系为：l(m)＝l(m-1)+Δl(m)，其中，l(m)为第m行波束中心的纬度，l(m-1)为第m-1行波束中心的纬度，Δl(m)＝Δl+▽l(m)为第m行波束中心与第m-1行波束中心的纬度之差，
Figure BDA0002006601960000081
为相邻两行波束的中心坐标的纬度之差的基准值，▽l(m)为第m行波束和第m-1行波束中心纬度之差相对于基准值的增长值，该值随着纬度的增加基本呈正切函数的形式增加。
沿着纬度增大的方向依次纵向确定的每行波束的数量为1或2，也可以表示为奇数或者偶数，波束S0所在行的波束数量为1，即波束S0位于奇数行，波束S0的上一行的波束数量为2，即波束S0+1行的波束位于偶数行。
113、以第一波束向纬度增加的方向开始，沿着每行波束中心两侧的纬线方向，确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度，直到待覆盖区域两侧的指定经度位置。
继续以图3为例进行说明，根据确定上述第1行波束的经度，基于经度递推关系确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度。
具体的，经度递推关系包括第一经度递推关系和第二经度递推关系，第m行波束中相邻两个波束之间的第一经度递推关系为：
Figure BDA0002006601960000091
m为奇数；
第m行波束中相邻两个波束之间的第二经度递推关系为： b(n)＝b(n-1)+Δb(n)，m为偶数；
b(n)为第n个波束中心的经度，b(n-1)为第n-1个波束中心的经度，Δb(n)＝Δb+▽b(n)为第n个波束中心与第n-1个波束中心坐标的经度之差，
Figure BDA0002006601960000092
为每个小区的中心波束的经度之差的基准值，▽b(n)为第n个和第 n-1个波束中心经度之差相对于基准值的增长值，该值随着经度的增加基本呈正切函数的形式增加。
由于卫星的波束不可能完全垂直辐射到地面，大部分波束都是斜向投影到地球表面，因此会造成圆形波束的椭变性；另一方面，由于地球为球体，会造成距离星下点更远的波束具有更大程度的变形。因此，上述方法中根据卫星的位置信息，即卫星所在的经度、纬度和高度，以及服务区范围、单波束的辐射特性确定了各个单波束天线中心轴线的指向位置，实现了多波束天线的无缝覆盖，保障了卫星通信质量。
12、根据各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离所在波束天线中心轴线的角度，确定观测器接收的有用功率；
设
Figure BDA0002006601960000093
为观测器接收的有用功率，
Figure BDA0002006601960000094
其中，pt为观测器所在波束的发送信号功率，Gt(θ0)为观测器所在波束的发送天线增益，θ0为观测器与所在波束天线中心轴线的角度，
Figure BDA0002006601960000095
为观测信号的接收天线增益，
Figure BDA0002006601960000096
为观测信号方向偏离接收天线中心轴线的角度；α为自由空间损耗，k为阴影效应、多径衰落和大气条件对信号的归一化信道随机数。
13、根据各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离同频干扰波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的同频干扰功率；
设观测器接收的同频干扰功率为
Figure BDA0002006601960000097
Figure BDA0002006601960000098
其中，N为同时通信的同频干扰的波束覆盖小区的数量，
Figure BDA0002006601960000099
为波束覆盖小区i的发送功率，图4为同频干扰示意图，如图4所示，θi为观测器与同频干扰的波束i天线中心轴线的夹角，Gt(θi)为观测器与同频干扰波束i 天线中心轴线的夹角为θi的发送天线增益，
Figure BDA0002006601960000101
为观测信号与期望用户的天线中心轴线的角度为
Figure BDA0002006601960000102
的接收天线增益，设观测器采用全向天线，因此接收天线增益通常为常数，与夹角
Figure BDA0002006601960000103
无关。αi为波束覆盖小区i发送的同频干扰信号的自由空间损耗，ki为由阴影效应、多径衰落和大气条件对波束覆盖小区i发送的同频干扰信号的归一化信道随机数，且α＝αi，k＝ki。
上述观测器接收的同频干扰功率
Figure BDA0002006601960000104
中，
Figure BDA0002006601960000105
其中，
Figure BDA0002006601960000106
其中，xs,ys,zs为地心直角坐标系中的卫星坐标，
Figure BDA0002006601960000107
为波束i中心点坐标，xu,yu,zu为期望用户坐标。
实际应用中，一般得到的是地面上的大地坐标，因此需要将大地坐标转换为上述的地心直角坐标。
设地球为偏心率为0的正球形，则：
x＝(h+R)cos(b)cos(l)
y＝(h+R)sin(b)cos(l)
z＝(h+R)sin(l)
其中R为地球半径，b为卫星的经度，l为卫星的纬度，h为卫星的高度，西经度和南纬度用负值表示，东经度和北纬度用正值表示，均为国际单位。
14、根据所述观测器接收的有用功率和观测器接收的同频干扰功率确定载干比。
设载干比为w，则
Figure BDA0002006601960000108
本发明实施例中根据单波束辐射特性和卫星的位置信息确定各个单波束天线中心轴线的指向位置，根据确定各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离所在波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的有用功率，然后根据各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离同频干扰波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的同频干扰功率，最后根据观测器接收的有用功率和同频干扰功率确定载干比，得到的载干比精度高，为卫星通信系统的频谱规划提供了准确的依据；进一步地，确定与星下点经度相同且纬度范围相差为预设阈值的区域对应的第一波束，将第一波束的中心坐标作为待覆盖区域的第一波束的指向坐标，以第一波束的指向坐标为基准，沿着纬度增大的方向依次根据纬度递推关系确定待覆盖区域内每行波束中心的纬度，直到达到待覆盖区域的指定纬度位置，由于地球形状和波束倾斜指向特性，使得波束沿着纬度逐渐会发生形变，因此本申请基于前一行波束的纬度求得下一行波束的纬度，使得最后待覆盖区域的纬度范围更加精确；然后以第一波束向纬度增加的方向开始，沿着每行波束中心两侧的纬线方向，根据经度递推关系确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度，直到达到待覆盖区域两侧的指定经度位置，本申请基于波束的经度求得相邻波束的经度，使得最后待覆盖区域的经度范围更加精确，实现了多波束天线的无缝覆盖，保障了卫星通信质量，而且最大限度地利用每个波束的资源，避免波束间的主瓣相交叠，进一步提高了卫星通信质量。
参见图5，本发明实施例提供了一种载干比强度图谱的仿真方法，包括：
21、将M个移动数据观测器从指定位置开始沿着预设方向移动，间隔预设时间测量当前位置的载干比；所述载干比通过上述载干比强度确定方法得到；
具体地，M个移动数据观测器等纬度间距Δl配置在观测区域中指定经度的经线上。
为了得到更好的观测结果，可以将M个移动数据观测器等纬度间距Δl 配置在观测区域中经度最小的经线上，实际应用中，设西经和南纬用负值表示，东经和北纬为正值，观测区域可以设置为较大的矩形区域。但本发明实施例对观测区域的具体表现形式不作限定。
22、输出移动数据观测器的当前位置坐标及测量到的载干比，得到多波束覆盖区域内的载干比图谱。
进一步地，还包括：在信号传播过程中，加载预设的信道模型和参数，得到相应的信道衰落随机数k和自由空间损耗α。
本发明实施例在开始仿真时，将配置的M个移动数据观测器从指定位置开始沿着预设方向移动，间隔预设时间测量当前位置的载干比，然后输出移动数据观测器的当前位置坐标及测量到的载干比，得到多波束覆盖区域内的载干比图谱，由于移动数据观测器可以通过实际需求进行配置，从而可以获得不同精度的载干比图谱；进一步地，将M个移动数据观测器等纬度间距Δl配置在观测区域中指定经度的经线上，离散粒度可以灵活配置，从而获取不同精度的载干比图谱。
图6是本发明实施例提供的一种多波束卫星通信中载干比确定装置示意图，如图6所示，该装置包括：位置确定模块31，有用功率确定模块 32，干扰功率确定模块33和载干比确定模块34；
其中，位置确定模块31，用于根据单波束辐射特性和卫星的位置信息确定各个单波束天线中心轴线的指向位置；
有用功率确定模块32，用于根据位置确定模块31确定的各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离所在波束天线中心轴线的角度，确定观测器接收的有用功率；
干扰功率确定模块33，用于根据位置确定模块31确定的各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离同频干扰波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的同频干扰功率；
载干比确定模块34，用于根据上述有用功率和所述同频干扰功率确定载干比。
具体地，位置确定模块31包括：第一波束确定单元，纬度确定单元和经度确定单元；
其中，第一波束确定单元，用于将与星下点纬度相差为预设阈值的区域对应的波束确定为第一波束；
纬度确定单元，用于以上述第一波束的指向坐标为基准，沿着纬度增大的方向依次纵向确定待覆盖区域内每行波束中心的纬度，直到待覆盖区域的指定纬度位置；
经度确定单元，用于以第一波束向纬度增加的方向开始，沿着每行波束中心两侧的纬线方向，确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度，直到待覆盖区域两侧的指定经度位置。
进一步地，第一波束确定单元包括：第一确定子单元和第二确定子单元；
第一确定子单元，用于根据星下点坐标确定第1行波束的纬度和经度；所述第1行波束的纬度大于星下点纬度，且第1行波束的覆盖区域与星下点对应波束的覆盖区域相邻；
第二确定子单元，用于基于纬度递推关系依次获得纬度增大方向上待覆盖区域内其它行波束的中心纬度，将待覆盖区域内与星下点纬度相差为预设阈值的波束确定为第一波束。
本发明实施例中根据单波束辐射特性和卫星的位置信息确定各个单波束天线中心轴线的指向位置，根据确定各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离所在波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的有用功率，然后根据各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离同频干扰波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的同频干扰功率，最后根据观测器接收的有用功率和同频干扰功率确定载干比，得到的载干比精度高，为卫星通信系统的频谱规划提供了准确的依据；进一步地，确定与星下点经度相同且纬度范围相差为预设阈值的区域对应的第一波束，将第一波束的中心坐标作为待覆盖区域的第一波束的指向坐标，以第一波束的指向坐标为基准，沿着纬度增大的方向依次根据纬度递推关系确定待覆盖区域内每行波束中心的纬度，直到达到待覆盖区域的指定纬度位置，由于地球形状和波束倾斜指向特性，使得波束沿着纬度逐渐会发生形变，因此本申请基于前一行波束的纬度求得下一行波束的纬度，使得最后待覆盖区域的纬度范围更加精确；然后以第一波束向纬度增加的方向开始，沿着每行波束中心两侧的纬线方向，根据经度递推关系确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度，直到达到待覆盖区域两侧的指定经度位置，本申请基于波束的经度求得相邻波束的经度，使得最后待覆盖区域的经度范围更加精确，实现了多波束天线的无缝覆盖，保障了卫星通信质量，而且最大限度地利用每个波束的资源，避免波束间的主瓣相交叠，进一步提高了卫星通信质量。
参见图7，本发明实施例提供了一种载干比强度图谱的仿真装置，包括：测量模块41和输出模块42；
其中测量模块41，用于将M个移动数据观测器从指定位置开始沿着预设方向移动，间隔预设时间测量当前位置的载干比；所述载干比通过上述载干比强度确定方法得到；
具体地，M个移动数据观测器等纬度间距Δl配置在观测区域中指定经度的经线上。
为了得到更好的观测结果，可以将M个移动数据观测器等纬度间距Δl 配置在观测区域中经度最小的经线上，实际应用中，设西经和南纬用负值表示，东经和北纬为正值，观测区域可以设置为较大的矩形区域。但本发明实施例对观测区域的具体表现形式不作限定。
输出模块42，用于输出移动数据观测器的当前位置坐标及测量到的载干比，得到多波束覆盖区域内的载干比图谱。
本发明实施例中仿真装置将配置的M个移动数据观测器从指定位置开始沿着预设方向移动，间隔预设时间测量当前位置的载干比，然后输出移动数据观测器的当前位置坐标及测量到的载干比，得到多波束覆盖区域内的载干比图谱，由于移动数据观测器可以通过实际需求进行配置，从而可以获得不同精度的载干比图谱；进一步地，由于M个移动数据观测器等纬度间距Δl配置在观测区域中指定经度的经线上，离散粒度可以灵活配置，因此通过仿真可以得到不同精度的载干比图谱。
图8是本发明实施例提供的一种电子设备结构示意图，下面，参考图 8来描述根据本申请实施例的电子设备。
如图8所示，电子设备100包括一个或多个处理器101和存储器102。
处理器101可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/ 或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备100中的其他组件以执行期望的功能。
存储器102可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和 /或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器101可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本申请的各个实施例的多波束卫星通信中载干比确定方法以及/或者其他期望的功能。
在一个示例中，电子设备100还可以包括：输入装置103和输出装置 104，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。
例如，该输入装置103可以包括摄像装置，用于采集输入图像。此外，该输入设备103还可以包括例如键盘、鼠标等等。
该输出装置104可以向外部输出各种信息，包括确定出的前景掩模特征图。该输出设备104可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
当然，为了简化，图示 100中仅示出了该电子设备100中与本申请有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备100还可以包括任何其他适当的组件。
除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请的多波束卫星通信中载干比确定方法中的步骤。
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
此外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请的多波束卫星通信中载干比确定方法中的步骤。
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器 (RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。例如，查找表存储单元也可以设置在译码装置中，只要能实现其对应的功能即可。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种多波束卫星通信中载干比确定方法，包括：
根据单波束辐射特性和卫星的位置信息确定各个单波束天线中心轴线的指向位置，包括：
确定与星下点纬度相差为预设阈值的区域对应的第一波束，将第一波束的中心坐标作为待覆盖区域的第一波束的指向坐标；
以第一波束的指向坐标为基准，沿着纬度增大的方向依次纵向确定待覆盖区域内每行波束中心的纬度，直到待覆盖区域的指定纬度位置；
以第一波束向纬度增加的方向开始，沿着每行波束中心两侧的纬线方向，确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度，直到待覆盖区域两侧的指定经度位置；
根据各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离所在波束天线中心轴线的角度，确定观测器接收的有用功率；
根据各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离同频干扰波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的同频干扰功率；
根据所述有用功率和所述同频干扰功率确定载干比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定与星下点纬度范围相差为预设阈值的区域对应的第一波束，包括：
根据星下点坐标确定第1行波束的纬度和经度；所述第1行波束的纬度大于星下点纬度，且第1行波束的覆盖区域与星下点对应波束的覆盖区域相邻；
基于纬度递推关系依次获得纬度增大方向上待覆盖区域内其它行波束的中心纬度，将待覆盖区域内与星下点纬度相差为预设阈值的波束确定为第一波束。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，设onlong为第1行各波束中心点的经度，onlati为第1行各波束中心点的纬度，则
Figure FDA0002626482470000011
Figure FDA0002626482470000012
其中，α0为沿着纬线方向，每隔一经度相差的弧长，β0为沿着经线方向，每隔一纬度相差的弧长，bs、ls分别为卫星的经度和纬度，onx为各波束中心点投影到纬线的距离，ony为各波束中心点投影到经线的距离。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述纬度递推关系为：l(m)＝l(m-1)+Δl(m)，其中，l(m)为第m行波束中心的纬度，l(m-1)为第m-1行波束中心的纬度，
Figure FDA0002626482470000021
为第m行波束中心与第m-1行波束中心的纬度之差，
Figure FDA0002626482470000022
为相邻两行波束的中心坐标的纬度之差的基准值，
Figure FDA0002626482470000023
为第m行波束和第m-1行波束中心纬度之差相对于基准值的增长值。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度，包括：
根据确定所述第1行波束的经度，基于经度递推关系确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述经度递推关系包括第一经度递推关系和第二经度递推关系；
第m行波束中相邻两个波束之间的第一经度递推关系为：
Figure FDA0002626482470000024
m为奇数；
第m行波束中相邻两个波束之间的第二经度递推关系为：b(n)＝b(n-1)+Δb(n)，m为偶数；
其中，b(n)为第n个波束中心的经度，b(n-1)为第n-1个波束中心的经度，
Figure FDA0002626482470000025
为第n个波束中心与第n-1个波束中心坐标的经度之差，
Figure FDA0002626482470000026
为每个小区的中心波束的经度之差的基准值，
Figure FDA0002626482470000027
为第n个和第n-1个波束中心经度之差相对于基准值的增长值。
7.一种载干比强度图谱的仿真方法，包括：
将M个移动数据观测器从指定位置开始沿着预设方向移动，间隔预设时间测量当前位置的载干比；所述载干比通过权利要求1～6中任一项所述的多波束卫星通信中载干比确定方法得到；
输出移动数据观测器的当前位置坐标及测量到的载干比，得到多波束覆盖区域内的载干比图谱。
8.一种多波束卫星通信中载干比确定装置，包括：
位置确定模块，用于根据单波束辐射特性和卫星的位置信息确定各个单波束天线中心轴线的指向位置，其被配置用于：
确定与星下点纬度相差为预设阈值的区域对应的第一波束，将第一波束的中心坐标作为待覆盖区域的第一波束的指向坐标；
以第一波束的指向坐标为基准，沿着纬度增大的方向依次纵向确定待覆盖区域内每行波束中心的纬度，直到待覆盖区域的指定纬度位置；
以第一波束向纬度增加的方向开始，沿着每行波束中心两侧的纬线方向，确定待覆盖区域内相同纬度上每个波束的经度，直到待覆盖区域两侧的指定经度位置；
有用功率确定模块，用于根据所述各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离所在波束天线中心轴线的角度，确定观测器接收的有用功率；
干扰功率确定模块，用于根据所述各个单波束天线中心轴线的指向位置和观测器偏离同频干扰波束天线中心轴线的角度确定观测器接收的同频干扰功率；
载干比确定模块，用于根据所述有用功率和所述同频干扰功率确定载干比。
9.一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述可执行指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行上述权利要求1～6中任一项所述的多波束卫星通信中载干比确定方法或者权利要求7所述的载干比强度图谱的仿真方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行如权利要求1～6中任一项所述的多波束卫星通信中载干比确定方法或者权利要求7所述的载干比强度图谱的仿真方法。
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