CN110838866B - 一种ngso卫星系统与gso卫星系统同频共用的方法 - Google Patents

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Abstract

一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，属于频谱资源管理技术领域，包括如下步骤：S1、当某一NGSO卫星M接收到业务发起指令时，所述NGSO卫星M计算非安全工作区下边沿纬度；S2、所述NGSO卫星M选择纬度大于非安全工作区下边沿纬度的NGSO卫星系统的地球站N进行业务连接；S3、在所述NGSO卫星系统的地球站N与所述NGSO卫星M的通信仰角小于仰角门限值之前，所述NGSO卫星系统的地球站N或所述NGSO卫星M将业务切换请求发给NGSO卫星系统的其他NGSO卫星，然后转入S1。本发明方法有效提高了不同卫星系统间的频率共用效率，提高了不同卫星系统间频率共用的管理能力。

Description

一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法
技术领域
本发明涉及一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，适用于NGSO卫星系统与GSO卫星系统使用相同频率在相同覆盖区开展业务的系统共用方法,属于频谱资源管理技术领域。
背景技术
目前国际上申报Ka频段的NGSO星座系统卫星网络已经有很多，其中申报了协调资料的就有十几份，在19.7GHz最拥挤的频段甚至已有二十多个，从频率协调的角度看，各国都普遍面临频率资源问题，既有与GSO卫星同频共用的风险，也有NGSO系统之间的频率冲突，更有商业利益的竞争，使得系统间的频率协调态势尤为复杂，需要在低轨通信卫星星座方案设计初期就予以充分考虑，从根本上避免NGSO星座系统对GSO系统的干扰，这样才能在极度困难的协调环境下争取到NGSO星座的生存空间。
对于NGSO星座与GSO同频共用的使用场景，任何一个NGSO卫星在任一时刻，都存在这一几何位置关系：某纬度上的GSO地球站、NGSO卫星、与GSO地球站通信的GSO卫星，三者可连成一条直线。在该位置关系下，如果NGSO地球站与GSO地球站同址设置，则NGSO系统将对GSO系统产生最严重的同频干扰，即“最坏干扰情况”。根据几何分析，可以知道，任何一个NGSO卫星在任一时刻，都存在一个“最坏干扰情况纬度圈”，该纬度圈上，如果NGSO地球站与GSO地球站同址，将产生“最坏干扰情况”，如图1所示。对于一个NGSO星座中的任意卫星，“最坏干扰情况纬度圈”上的所有地球站都存在与该卫星产生“最坏干扰”的潜在可能。因此，为使得NGSO卫星与GSO卫星系统同频共用，首先需要避免该纬度圈上任何GSO地球站被NGSO卫星干扰的潜在可能。
对于任一时刻的某颗具体NGSO卫星，为避免对GSO卫星通信的同频干扰，还需为其界定NGSO卫星的“非安全工作区域”，如图2所示。考虑到在Ka频段，大量使用的小口径GSO地球站的旁瓣性能不一定理想，为确保对GSO卫星的同频干扰规避，不仅需要避免GSO地球站主瓣受到干扰，还应考虑第一旁瓣也不被NGSO的主瓣干扰。因此，需要以GSO地球站的第一旁瓣不受NGSO同频干扰影响为条件来设定NGSO卫星的“非安全工作区”。图2给出了对于一颗位于北半球区域，正向北极方向飞行的卫星，在某时刻的“非安全工作区”，即如果与该NGSO卫星通信的地球站设定在该区域内，都将存在对GSO产生同频干扰的风险，即当NGSO卫星选择进行连接的地球站的纬度，低于非安全工作区下边沿点的纬度时，可满足NGSO对GSO的保护要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，包括如下步骤：S1、当某一NGSO卫星M接收到业务发起指令时，所述NGSO卫星M计算非安全工作区下边沿纬度；S2、所述NGSO卫星M选择纬度大于非安全工作区下边沿纬度的NGSO卫星系统的地球站N进行业务连接；S3、在所述NGSO卫星系统的地球站N与所述NGSO卫星M的通信仰角小于仰角门限值之前，所述NGSO卫星系统的地球站N或所述NGSO卫星M将业务切换请求发给NGSO卫星系统的其他NGSO卫星，然后转入S1。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，NGSO卫星系统和GSO卫星系统至少有一个同址地球站，包括如下步骤：
S1、当某一NGSO卫星M接收到业务发起指令时，所述NGSO卫星M计算非安全工作区下边沿纬度；
S2、所述NGSO卫星M选择纬度大于非安全工作区下边沿纬度的NGSO卫星系统的地球站N进行业务连接；
S3、在所述NGSO卫星系统的地球站N与所述NGSO卫星M的通信仰角小于仰角门限值之前，所述NGSO卫星系统的地球站N或所述NGSO卫星M将业务切换请求发给NGSO卫星系统的其他NGSO卫星，然后转入S1。
优选的，所述NGSO卫星M的非安全工作区下边沿纬度θ满足如下条件：
Figure BDA0002227124120000031
式中，re为地球半径；hN为NGSO卫星M的轨道高度；hG为GSO卫星的轨道高度与地球半径之和；β为NGSO卫星M的星下点纬度；α为GSO卫星系统的地球站的天线主瓣与第n旁瓣之间的夹角。
优选的，所述地球站的天线主瓣的最大增益与第n旁瓣的最大增益的差值大于等于12dB。
优选的，当所述NGSO卫星M处于北半球且向北飞行，或当所述NGSO卫星M处于南半球且向南飞行时；
S2中所述NGSO卫星M选择纬度大于非安全工作区下边沿纬度的NGSO卫星系统的地球站N进行业务连接；所述地球站N为NGSO卫星系统中度大于非安全工作区下边沿纬度的地球站中纬度最高的地球站。
优选的，S2中所述的仰角门限值为所述地球站N的天线仰角下限或所述NGSO卫星M的星下点纬度的临界值。
优选的，NGSO卫星系统的卫星、GSO卫星系统的卫星均选用Ka频段与地球站通信。
优选的，所述NGSO卫星系统的地球站N通过NGSO卫星系统的地球站将业务切换请求发给NGSO卫星系统的其他NGSO卫星。
优选的，S3中所述的其他NGSO卫星为当前无业务连接且NGSO卫星系统的地球站可见的NGSO卫星。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现上述方法的步骤。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明方法有效提高了不同卫星系统间的频率共用效率，提高了不同卫星系统间频率共用的管理能力；
(2)本发明方法可以避免任何GSO地球站被NGSO卫星干扰的潜在可能，具有自动化管理和自动化应用能力，方法可靠；
(3)本发明方法设定NGSO卫星的“非安全工作区”，该“非安全工作区”通过预设判据确定，能够有效保证GSO地球站不被NGSO卫星干扰。
附图说明
图1为某一NGSO卫星对同址的NGSO地球站与GSO地球站的最坏干扰情况示意图；
图2为某一NGSO卫星的“非安全工作区域”示意图；
图3为本发明实施例1的步骤流程图；
图4为本发明实施例3某一NGSO卫星计算非安全工作区下边沿纬度的几何示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
实施例1：
一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，NGSO卫星系统和GSO卫星系统至少有一个同址地球站，如图3所示，包括如下步骤：
S1、当某一NGSO卫星M接收到业务发起指令时，所述NGSO卫星M计算非安全工作区下边沿纬度；
所述NGSO卫星M的非安全工作区下边沿纬度θ满足如下条件：
Figure BDA0002227124120000041
式中，re为地球半径；hN为NGSO卫星M的轨道高度；hG为GSO卫星的轨道高度与地球半径之和；β为NGSO卫星M的星下点纬度；α为GSO卫星系统的地球站的天线主瓣与第n旁瓣之间的夹角。所述地球站的天线主瓣的最大增益与第n旁瓣的最大增益的差值大于等于12dB。
S2、所述NGSO卫星M选择纬度大于非安全工作区下边沿纬度的NGSO卫星系统的地球站N进行业务连接。所述仰角门限值为所述地球站N的天线仰角下限或所述NGSO卫星M的星下点纬度的临界值。
当所述NGSO卫星M处于北半球且向北飞行，或当所述NGSO卫星M处于南半球且向南飞行时；
所述NGSO卫星M选择纬度大于非安全工作区下边沿纬度的NGSO卫星系统的地球站N进行业务连接；所述地球站N为NGSO卫星系统中度大于非安全工作区下边沿纬度的地球站中纬度最高的地球站。
S3、在所述NGSO卫星系统的地球站N与所述NGSO卫星M的通信仰角小于仰角门限值之前，所述NGSO卫星系统的地球站N或所述NGSO卫星M将业务切换请求发给NGSO卫星系统的其他NGSO卫星，然后转入S1。
实施例2：
一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，包括以下几个步骤：
步骤一：当NGSO卫星接收到业务发起指令时，计算该卫星非安全工作区下边沿纬度；
步骤二：NGSO选择纬度大于非安全工作区下边沿纬度的地球站进行业务连接；
步骤三：当与NGSO进行连接的地球站通信仰角小于门限值时，发起切换请求；
步骤四：地面控制单元根据NGSO星座的轨道星历数据，通过地球站及星间链路，将切换请求发给相应的NGSO卫星，收到切换请求的NGSO卫星开展步骤一及其后续的工作。
以下将对每个步骤进行详细说明。
步骤一
图4给出了计算非安全工作区下边沿纬度的几何示意图。其中：
O点为地心，B点为NGSO卫星，A点为GSO卫星，C点为当前NGSO卫星的星下点，D点为非安全工作区下边沿点，α角是位于D点的GSO地球站天线主瓣与旁瓣之间的夹角，β角是NGSO卫星星下点纬度，θ角为非安全工作区下边沿点纬度。
从图中可直观看出，OC、OD为地球半径re，BC为NGSO卫星的轨道高度hN，OA为GSO卫星的轨道高度与地球半径之和hG。
通过三角函数关系，可得如下等式：
Figure BDA0002227124120000061
由于在任一时刻，其他参数量均已知，可直接计算得出θ角，以此作为NGSO卫星选择与之连接的地球站的依据。
步骤二
当单颗卫星处于北半球区域且向北飞行，或处于南半球区域且向南飞行时(处于远离赤道区域的运动状态)，当需要发起业务连接时，首先卫星根据当前星下点的纬度，计算非安全工作区，并根据选站原则，判断可连接地球站集合，优先选择非安全工作区边缘处最低纬度的地球站(即离赤道最近)进行连接，以确保在与GSO形成角度隔离的同时，能够为NGSO地球站提供尽可能长时间的连接服务。
当单颗卫星处于北半球区域且向南飞行，或处于南半球区域且向北飞行时(处于靠近赤道区域的运动状态)，当需要发起业务连接时，首先卫星根据当前星下点的纬度，计算非安全工作区，并根据选站原则，判断可连接地球站集合，优先选择非安全工作区边缘处最高纬度的地球站(即离赤道最远)进行连接，以确保在与GSO形成角度隔离的同时，能够为NGSO地球站提供尽可能长时间的连接服务。
步骤三
当正在提供业务连接的卫星移动到更高纬度，由于地球站仰角太低，卫星即将无法与地球站继续保持通信时，需要对该过程提前预判，并启动业务切换流程。
业务切换可由卫星根据星下点纬度所处的临界值范围发起，也可由相应地球站根据其工作仰角的具体情况发起，业务切换的决策和判决均由地面控制单元(可选择位于核心侧的移动性管理单元)执行。
步骤四
当业务切换请求发送至地面控制单元后，地面控制单元根据卫星轨道的星历数据，计算星座中能够符合切换对象条件的卫星(所需符合的条件包括地球站可见，且当前无业务连接)，并通过地球站和星间链路上传至若干相关卫星，相关卫星接收到指令后，与新业务发起类似，由各卫星自行判断是否属于可连接地球站，如果是，则发起连接。
实施例3：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现实施例1或2所述方法的步骤。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，NGSO卫星系统和GSO卫星系统至少有一个同址地球站，其特征在于，包括如下步骤：
S1、当某一NGSO卫星M接收到业务发起指令时，所述NGSO卫星M计算非安全工作区下边沿纬度；
S2、所述NGSO卫星M选择纬度大于非安全工作区下边沿纬度的NGSO卫星系统的地球站N进行业务连接；
S3、在所述NGSO卫星系统的地球站N与所述NGSO卫星M的通信仰角小于仰角门限值之前，所述NGSO卫星系统的地球站N或所述NGSO卫星M将业务切换请求发给NGSO卫星系统的其他NGSO卫星，然后转入S1；
所述NGSO卫星M的非安全工作区下边沿纬度θ满足如下条件：
Figure FDA0003251080130000011
式中，re为地球半径；hN为NGSO卫星M的轨道高度；hG为GSO卫星的轨道高度与地球半径之和；β为NGSO卫星M的星下点纬度；α为GSO卫星系统的地球站的天线主瓣与第n旁瓣之间的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，其特征在于，所述地球站的天线主瓣的最大增益与第n旁瓣的最大增益的差值大于等于12dB。
3.根据权利要求1所述的一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，其特征在于，当所述NGSO卫星M处于北半球且向北飞行，或当所述NGSO卫星M处于南半球且向南飞行时；
S2中所述NGSO卫星M选择纬度大于非安全工作区下边沿纬度的NGSO卫星系统的地球站N进行业务连接；所述地球站N为NGSO卫星系统中纬 度大于非安全工作区下边沿纬度的地球站中纬度最高的地球站。
4.根据权利要求1所述的一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，其特征在于，S2中所述的仰角门限值为所述地球站N的天线仰角下限或所述NGSO卫星M的星下点纬度的临界值。
5.根据权利要求1所述的一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，其特征在于，NGSO卫星系统的卫星、GSO卫星系统的卫星均选用Ka频段与地球站通信。
6.根据权利要求1所述的一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，其特征在于，所述NGSO卫星系统的地球站N通过NGSO卫星系统的地球站将业务切换请求发给NGSO卫星系统的其他NGSO卫星。
7.根据权利要求1所述的一种NGSO卫星系统与GSO卫星系统同频共用的方法，其特征在于，S3中所述的其他NGSO卫星为当前无业务连接且NGSO卫星系统的地球站可见的NGSO卫星。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时，实现权利要求1～7之一所述方法的步骤。
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