CN112152739B - 卫星星座的干扰概率分布计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卫星星座的干扰概率分布计算方法及装置，应用于卫星星座；包括：分别对被干扰卫星星座和干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第一子区域和多个第二子区域；基于每个基准卫星在每个第一子区域和第二子区域出现时的轨道参数和卫星星座的星座构型参数，生成多个第一星座快照和多个第二星座快照；基于基准卫星在每个第一子区域中和第二子区域中的出现概率，分别计算每个第二星座快照下的可视卫星对每个第一星座快照下的接入卫星的集总干扰和产生集总干扰的概率；计算干扰卫星星座对被干扰卫星星座的干扰概率分布。本发明缓解了现有技术中存在的利用外推方法仿真巨型星座的干扰概率分布计算量大的技术问题。

Description

卫星星座的干扰概率分布计算方法及装置

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是涉及一种卫星星座的干扰概率分布计算方法及装置。

背景技术

干扰概率分布是描述星座卫星间干扰的常见评价手段，通过计算星座卫星间的干扰概率分布，可评估某一方星座对另一方星座的干扰情况，进而判断需采取怎样的干扰规避策略以及干扰规避的效果如何等问题。因此，干扰概率分布是干扰分析的前提。

目前干扰概率分布的计算方法可分为外推法和数值法。外推法通常采用外推卫星轨道位置、统计不同干扰值出现时间占比的方法获得。为了得到较为准确的干扰概率分布，外推法需仿真足够长的时间以保证覆盖到所有可能出现卫星的位置，一般仿真时长为数月。数值法目前研究较少，一般通过推导卫星概率密度函数，在全球范围内积分计算干扰概率分布，并通过相应算法降低计算复杂度，但此方法在实施细节上尚未给出具体分析。

针对星座卫星数量较少的传统星座，一般情况下普通PC机通过外推法即可完成仿真，因此，目前大部分干扰概率分布研究侧重于在不同频段、不同干扰环境下求得更加准确的干扰分析模型，而简化干扰概率分布计算的研究较少。在巨型星座场景下，卫星数量庞大，沿用外推方法将导致计算量大幅上升，甚至出现普通PC机无法完成仿真。此外，外推方法需要通过长仿真周期才有可能得到最大干扰的出现概率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种卫星星座的干扰概率分布计算方法及装置，以缓解现有技术中存在的利用外推方法仿真巨型星座的干扰概率分布计算量大的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种卫星星座的干扰概率分布计算方法，应用于卫星星座；包括：对被干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第一子区域；对干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第二子区域；所述设置区域为卫星星座设置基准卫星的区域；基于第一基准卫星在每个所述第一子区域出现时的轨道参数和所述被干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第一星座快照；所述星座快照为卫星星座在目标时刻的星座分布，所述第一基准卫星为所述被干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第一子区域对应生成一个第一星座快照；基于第二基准卫星在每个所述第二子区域出现时的轨道参数和所述干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第二星座快照；所述第二基准卫星为所述干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第二子区域对应生成一个第二星座快照；基于所述第一基准卫星在每个所述第一子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在每个所述第二子区域中的出现概率，分别计算每个第二星座快照下的可视卫星对每个第一星座快照下的接入卫星的集总干扰和产生所述集总干扰的概率；基于所述集总干扰和产生所述集总干扰的概率，计算所述干扰卫星星座对所述被干扰卫星星座的干扰概率分布。

进一步地，基于所述第一基准卫星在每个所述第一子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在每个所述第二子区域中的出现概率，分别计算每个第二星座快照下的可视卫星对每个第一星座快照下的接入卫星的集总干扰和产生所述集总干扰的概率，包括：确定第一目标星座快照中与目标地球站建立通信链路的接入卫星；所述第一目标星座快照为所述多个第一星座快照中的一个星座快照；确定第二目标星座快照中在所述目标地球站可视空域内的多个可视卫星；所述第二目标星座快照为所述多个第二星座快照中的一个星座快照；计算所述多个可视卫星对所述目标地球站与所述接入卫星之间的通信链路所造成的集总干扰，并将所述集总干扰作为所述第二目标星座快照下的卫星对所述第一目标星座快照下的卫星的集总干扰；基于所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，计算产生所述集总干扰的概率；所述第一目标子区域为与所述第一目标星座快照相对应的第一子区域；所述第二目标子区域为与所述第二星座快照相对应的第二子区域。

进一步地，计算所述多个可视卫星对所述目标地球站与所述接入卫星之间的通信链路所造成的集总干扰，包括：通过如下算式计算每个可视卫星对所述目标地球站与所述接入卫星之间的通信链路所造成的干扰：

将每个可视卫星对所述目标地球站与所述接入卫星之间的通信链路所造成的干扰进行求和，得到所述集总干扰；其中，i表示第i个可视卫星，I_i表示所述接入卫星受到第i个可视卫星的干扰，p_i′表示第i个可视卫星的发射功率p_i折算到重叠频段的等效发射功率，G_t(θ₁)表示第i个可视卫星在所述目标地球站方向上的发射增益，θ₁为波束中心方向与所述目标地球站方向的夹角，G_r(θ₂)表示所述目标地球站在第i个可视卫星方向上的接收增益，θ₂为所述接入卫星、所述目标地球站与第i个可视卫星的夹角，λ表示通信波长，d_i表示第i个可视卫星与所述目标地球站之间的距离。

进一步地，基于所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，计算产生所述集总干扰的概率，包括：计算所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率，得到第一概率值，并将所述第一概率值作为第一目标星座快照的出现概率；计算所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，得到第二概率值，并将所述第二概率值作为第二目标星座快照的出现概率；将所述第一概率值与所述第二概率值的联合概率作为产生所述集总干扰的概率。

进一步地，计算所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率，计算所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，包括：通过如下算式计算所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率，和计算所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率：

其中，p表示所述出现概率，N表示卫星星座的卫星总数，A_c表示子区域的面积，α表示基准卫星的卫星轨迹与所述子区域中纬度线的夹角，L表示所述子区域中心的纬度；所述子区域包括以下任一项：第一目标子区域，第二目标子区域。

第二方面，本发明实施例还提供了一种卫星星座的干扰概率分布计算装置，应用于卫星星座；包括：区域划分模块，第一生成模块，第二生成模块，第一计算模块和第二计算模块，其中，所述区域划分模块，用于对被干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第一子区域；对干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第二子区域；所述设置区域为卫星星座设置基准卫星的区域；所述第一生成模块，用于基于第一基准卫星在每个所述第一子区域出现时的轨道参数和所述被干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第一星座快照；所述星座快照为卫星星座在目标时刻的星座分布，所述第一基准卫星为所述被干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第一子区域对应生成一个第一星座快照；所述第二生成模块，用于基于第二基准卫星在每个所述第二子区域出现时的轨道参数和所述干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第二星座快照；所述第二基准卫星为所述干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第二子区域对应生成一个第二星座快照；所述第一计算模块，用于基于所述第一基准卫星在每个所述第一子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在每个所述第二子区域中的出现概率，分别计算每个第二星座快照下的可视卫星对每个第一星座快照下的接入卫星的集总干扰和产生所述集总干扰的概率；所述第二计算模块，用于基于所述集总干扰和产生所述集总干扰的概率，计算所述干扰卫星星座对所述被干扰卫星星座的干扰概率分布。

进一步地，所述第一计算模块还包括：第一确定单元，第二确定单元，第一计算单元和第二计算单元，其中，所述第一确定单元，用于确定第一目标星座快照中与目标地球站建立通信链路的接入卫星；所述第一目标星座快照为所述多个第一星座快照中的一个星座快照；所述第二确定单元，用于确定第二目标星座快照中在所述目标地球站可视空域内的多个可视卫星；所述第二目标星座快照为所述多个第二星座快照中的一个星座快照；所述第一计算单元，用于计算所述多个可视卫星对所述目标地球站与所述接入卫星之间的通信链路所造成的集总干扰，并将所述集总干扰作为所述第二目标星座快照下的卫星对所述第一目标星座快照下的卫星的集总干扰；所述第二计算单元，用于基于所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，计算产生所述集总干扰的概率；所述第一目标子区域为与所述第一目标星座快照相对应的第一子区域；所述第二目标子区域为与所述第二星座快照相对应的第二子区域。

进一步地，所述第一计算单元，还用于：计算所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率，得到第一概率值，并将所述第一概率值作为第一目标星座快照的出现概率；计算所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，得到第二概率值，并将所述第二概率值作为第二目标星座快照的出现概率；将所述第一概率值与所述第二概率值的联合概率作为产生所述集总干扰的概率。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述第一方面所述方法。

本发明提供了一种卫星星座的干扰概率分布计算方法及装置，通过计算不同卫星星座的基准卫星在设置区域的子区域的出现概率和不同星座快照间的集总干扰，利用星座间卫星分布的联合概率评估卫星星座间干扰概率分布，提高了卫星星座尤其是巨型星座的干扰概率分布的计算效率，缓解了现有技术中存在的利用外推方法仿真巨型星座的干扰概率分布计算量大的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种卫星星座的干扰概率分布计算方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种设置区域划分示意图；

图3为本发明实施例提供的一种A、B星座的干扰概率分布和累计概率分布的仿真结果对比示意图；

图4为本发明实施例提供的一种A、B星座在干扰值大于-5dB时的干扰概率分布的仿真结果对比示意图；

图5为本发明实施例提供的一种A星座与多个NGSO星座的干扰概率分布和累计概率分布仿真结果对比示意图；

图6为本发明实施例提供的一种卫星星座的干扰概率分布计算装置的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种第一计算模块的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

图1是根据本发明实施例提供的一种卫星星座的干扰概率分布计算方法的流程图，该方法应用于卫星星座。可选地，本发明实施例体感的方法可以应用于GSO(Geostationary-Satellite Orbit，对地静止卫星轨道)星座、普通NGSO(Non-Geostationary Satellite Orbit，非对地静止卫星轨道)星座和巨型NGSO星座。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤S102，对被干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第一子区域；对干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第二子区域；设置区域为卫星星座设置基准卫星的区域。其中，被干扰卫星星座和干扰卫星星座为同频共存的两个星座，每个划分出的子区域的面积满足仿真精度(例如仿真步长精度)需求。

具体地，设置区域为星座所在空域的一个区域，在概率上，设置区域内有且仅有一颗星座卫星出现，同时，通过遍历设置区域内所有可能出现基准卫星的位置，结合星座卫星参数与轨道参数扩展为卫星星座，扩展后可以得到的所有星座快照包含任意时刻可能出现的星座快照。

步骤S104，基于第一基准卫星在每个第一子区域出现时的轨道参数和被干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第一星座快照；星座快照为卫星星座在目标时刻的星座分布，第一基准卫星为被干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第一子区域对应生成一个第一星座快照。

本发明实施例提供的方法所应用的卫星星座在某一时刻的星座分布(即星座快照)，可以通过该时刻中的任意一颗卫星(即基准卫星)的轨道参数与星座构型参数推导得到，即可以通过基准卫星推导得到星座快照内其余卫星的位置。

步骤S106，基于第二基准卫星在每个第二子区域出现时的轨道参数和干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第二星座快照；第二基准卫星为干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第二子区域对应生成一个第二星座快照。

步骤S108，基于第一基准卫星在每个第一子区域中的出现概率、第二基准卫星在每个第二子区域中的出现概率，分别计算每个第二星座快照下的可视卫星对每个第一星座快照下的接入卫星的集总干扰和产生集总干扰的概率。

其中，接入卫星为第一星座快照中与目标地球站建立了通信链路的卫星，目标地球站为被干扰卫星星座的地球站；可视卫星为第二星座快照中处于目标地球站的可视空域内的卫星。

步骤S110，基于集总干扰和产生集总干扰的概率，计算干扰卫星星座对被干扰卫星星座的干扰概率分布。

本发明实施例提供了一种卫星星座的干扰概率分布计算方法，通过计算不同卫星星座的基准卫星在设置区域的子区域的出现概率和不同星座快照间的集总干扰，利用星座间卫星分布的联合概率评估卫星星座间干扰概率分布，提高了卫星星座尤其是巨型星座的干扰概率分布的计算效率，缓解了现有技术中存在的利用外推方法仿真巨型星座的干扰概率分布计算量大的技术问题。

例如，本发明实施例中的设置区域为

对设置区域

进行区域划分，得到子区域

(i＝1,…,S₁,j＝1,…,S₂)。其中，S₁为设置区域

平近点角维度上划分区域数，S₂为设置区域

升交点角赤经维度上划分区域数，划分得到的子区域总数为S₁×S₂。如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种设置区域划分示意图。

分别选取被干扰卫星星座A的设置区域为

干扰卫星星座B的设置区域为

分别对

和

进行区域划分，得到多个第一子区域：

(i＝1,…,S₁,j＝1,…,S₂)，和多个第二子区域：

(l＝1,…,S₃,k＝1,…,S₄)。

可选地，步骤S108还包括如下步骤：

步骤S1081，确定第一目标星座快照中与目标地球站建立通信链路的接入卫星；第一目标星座快照为多个第一星座快照中的一个星座快照。其中，目标地球站为被干扰卫星星座A的地球站。

步骤S1082，确定第二目标星座快照中在目标地球站可视空域内的多个可视卫星；第二目标星座快照为多个第二星座快照中的一个星座快照。

步骤S1083，计算多个可视卫星对目标地球站与接入卫星之间的通信链路所造成的集总干扰，并将集总干扰作为第二目标星座快照下的卫星对第一目标星座快照下的卫星的集总干扰。

步骤S1084，基于第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率、第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，计算产生集总干扰的概率；第一目标子区域为与第一目标星座快照相对应的第一子区域；第二目标子区域为与第二星座快照相对应的第二子区域。

具体地，计算第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率，得到第一概率值，并将第一概率值作为第一目标星座快照的出现概率；计算第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，得到第二概率值，并将第二概率值作为第二目标星座快照的出现概率；将第一概率值与第二概率值的联合概率作为产生集总干扰的概率。

例如，选取第一基准卫星为sat_A,i,j，和第二基准卫星为sat_B,l,k，计算第一基准卫星在第一目标子区域r_A,i,j中的出现概率为p_A,i,j，计算第二基准卫星在第二目标子区域r_B,l,k中的出现概率为p_B,l,k。对于r_A,i,j、r_B,l,k内的基准卫星sat_A,i,j、sat_B,l,k，结合轨道参数与星座构型参数，生成对应的星座快照(即第一目标星座快照和第二目标星座快照)，分别将出现概率p_A,i,j和p_B,l,k作为第一目标星座快照和第二目标星座快照的出现概率。

具体地，通过如下算式计算第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率，和计算第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率：

其中，p表示出现概率，N表示卫星星座的卫星总数(例如可以是被干扰卫星星座A或者干扰卫星星座B)，A_c表示子区域的面积，α表示基准卫星(例如可以是第一基准卫星或者第二基准卫星)的卫星轨迹与子区域中纬度线的夹角，L表示子区域中心的纬度；子区域包括以下任一项：第一目标子区域，第二目标子区域。

对于被干扰卫星星座A的第一目标星座快照，在某一接入准则下，目标地球站u接入接入卫星sat_A,i,j,1；其中，目标地球站u为属于被干扰卫星星座A的地球站；此时接入卫星与目标地球站之间建立了通信链路。对于干扰卫星星座B的第二目标星座快照，计算目标地球站u可视空域内可见卫星为多个可视卫星：sat_B,l,k,1，...，sat_B,l,k,M。

然后计算多个可视卫星sat_B,l,k,1，...，sat_B,l,k,M对目标地球站u与接入卫星sat_A,i,j,1之间的通信链路造成的集总干扰I_i,j,l,k。

具体地，通过如下算式计算每个可视卫星对目标地球站与接入卫星之间的通信链路所造成的干扰：

将每个可视卫星对目标地球站与接入卫星之间的通信链路所造成的干扰进行求和，得到集总干扰。

其中，i表示第i个可视卫星，I_i表示接入卫星受到第i个可视卫星的干扰，p_i′表示第i个可视卫星的发射功率p_i折算到重叠频段的等效发射功率，G_t(θ₁)表示第i个可视卫星在目标地球站方向上的发射增益，θ₁为波束中心方向与目标地球站方向的夹角，G_r(θ₂)表示目标地球站在第i个可视卫星方向上的接收增益，θ₂为接入卫星、目标地球站与第i个可视卫星的夹角，λ表示通信波长，d_i表示第i个可视卫星与目标地球站之间的距离。

最后计算产生集总干扰的概率：p_AB(I_i,j,l,k)＝p_A,i,j·p_B,l,k，其中，I_i,j,l,k＝I_l,k,1+…+I_l,k,M，i＝1,…,S₁,j＝1,…,S₂，l＝1,…,S₃,k＝1,…,S₄；I_l,k,1,…,I_l,k,M分别表示可视干扰卫星(即多个可视卫星)sat_B,l,k,1，...，sat_B,l,k,M对链路造成的干扰。

若干扰卫星星座B内有N中不同的星座构型B₁，...，B_N，每种星座构型所对应的基准卫星出现概率分布为

假设不同星座构型对应的集总干扰为I′_nl,nk，(n＝1，...，N)，则所有干扰星座对通信链路的集总干扰I′_{i,j,l,k,…,Nl,Nk}为：

产生集总干扰I′_{i,j,l,k,…,Nl,Nk}的概率为：

(n＝1,...,N)。

具体地，步骤S110还包括：循环计算被干扰卫星星座A的不同星座快照下接入目标地球站的卫星与干扰卫星星座B的不同星座快照下对于目标地球站的可视卫星之间产生的干扰值与概率值,得到多个干扰值

和每个干扰值对应的概率

将不同干扰值归并至相应的干扰区间，不同干扰值所对应的概率累加为当前干扰区间的概率值：

其中，P(I)表示干扰值在区间[I-1,I]的概率。对所有干扰值与概率重复此过程，得到干扰概率分布。

本发明实施例提供了一种卫星星座的干扰概率分布计算方法，通过利用卫星出现概率表征星座快照概率，以星座快照的联合概率表征干扰值概率，最终通过概率方式计算干扰概率分布，计算结果与现有技术中的外推方法计算结果具有相同的准确度，但是计算效率更高，且能够确定性得获得最大干扰出现概率，适用于评估巨型星座的干扰。本发明缓解了现有技术中存在的利用外推方法仿真巨型星座的干扰概率分布计算量大、需要过长的仿真周期的技术问题。

实施例二：

本实施例以具体的星座为例对上述实施例一中的方法进行仿真模拟，选取星座均为Walker星座，Walker星座具体又可细分为星形星座、δ星座等。选用如表1和表2的参数完成相应的仿真，计算NGSO星座与巨型星座间下行干扰的概率分布。其中，表1为NGSO星座系统仿真参数，表2为通信仿真参数，A星座是被干扰星座，为普通NGSO星座；B星座是干扰星座，为巨型星座。A星座采用最短距离接入策略，其卫星均使用动态点波束，采用凝视服务方式，B星座为使用固定波束，采用对地定向方式。

表1 NGSO星座系统仿真参数

表2通信仿真参数

当A星座接入卫星j，卫星i为B星座可视卫星之一，则卫星j受到卫星i的干扰为：

其中，G_t(θ₁)为卫星i星上波束在A星座地球站方向上的发射增益，θ₁为波束中心方向与A星座地面站方向的夹角，G_r(θ₂)为A星座地球站在卫星i方向上的接收增益，θ₂为卫星j、地面站与卫星i的夹角，λ为通信波长，d_i为卫星i到地球站的距离，p_i′为卫星i发射功率p_i折算到重叠频段的等效发射功率。设A星座系统与B星座系统的通信频点相同，则p_i′与p_i呈线性关系：

其中，W_conA、W_conB分别为星座A、B的通信带宽。地球站可视范围内的所有B星座卫星都会对卫星j与地面站间的链路造成干扰，设B星座可视卫星总数为M，则地球站接收到来自B星座的集总干扰I与集总干扰噪声比为：

其中，T_A为被干扰星座A地球站接收端的等效噪声温度。

本实例干扰概率分布计算方法具体包括如下步骤：

分别选取A星座的设置区域

和B星座的设置区域

在

内划分不同区域，每个划分区域的面积需满足仿真精度需求：

由于Walker星座具有规律性，符合条件的设置区域范围由同轨道相邻卫星、相邻轨道相邻卫星组成。设同轨道相邻卫星相位差为F_d，相邻轨道相邻卫星的升交点赤经差为Ω_d，其表示为：

F_d＝2π/(N/P)

Ω_d＝π/P(星形星座)

其中，N代表星座卫星总数，P代表星座的轨道面数量。在设置区域内划分区域，其面积为s₁×s₂，s₁(rad)为划分区域的平近点差，s₂(rad)为划分区域的升交点赤经差。为了使s₁、s₂的划分与需要的仿真步长5sec(t)精度相同，需满足：

其中，T为卫星的轨道周期。因此A星座设置区域

中S₁、S₂为：

S₁＝F_d/s₁

S₂＝Ω_d/s₂

计算得到S₁＝S₂＝63，同理，S₃＝S₄＝9。

设不同划分区域内存在一颗基准卫星，选取划分区域r_A,i,j∈R_A,63×63，(i＝j＝1,…,63)、r_B,l,k∈R_B,9×9，(l＝k＝1,…,9)，其基准星分别为sat_A,i,j/sat_B,l,k，计算区域r_A,i,j/r_B,l,k的卫星出现概率p_A,i,j/p_B,l,k，卫星出现概率计算公式为：

其中，A_c分别为区域r_A,i,j/r_B,l,k的面积，α为卫星轨迹与区域中纬度线的夹角，L为计算区域中心的纬度，N为星座卫星总数。此概率分别为r_A,i,j/r_B,l,k内出现基准卫星sat_A,i,j/sat_B,l,k的概率。对每一个区域r_A,i,j/r_B,l,k，由于其满足仿真的精度要求，则不论将卫星放置在r_A,i,j/r_B,l,k的任何位置均可认为是相同的。为了方便计算，本实例中统一将基准卫星放置在r_A,i,j/r_B,l,k中心。

对于r_A,i,j/r_B,l,k内的基准卫星sat_A,i,j/sat_B,l,k，结合其轨道参数与星座构型参数，生成星座快照。星形星座中卫星状态推算公式如下：

其中，F为相位因子，Ω₀代表基准星的升交点赤经，M₀代表基准星的平近点角。此快照概率为基准卫星sat_A,i,j/sat_B,l,k的出现概率p_A,i,j/p_B,l,k。

对A星座，在某一接入准则下，地球站u将接入此星座快照中的卫星sat_A,i,j,1；对B星座，计算此快照下地球站u可视空域内可见卫星sat_B,l,k,1，...，sat_B,l,k,M；计算卫星sat_B,l,k,1，...，sat_B,l,k,M对地球站u与卫星sat_A,i,j,1之间的通信链路造成的集总干扰I_i,j,l,k，则产生此干扰的概率可用星座快照间的联合概率表示：

I_i,j,l,k＝I_l,k,1+…+I_l,k,M,i＝j＝1,…,63，l＝k＝1,…,9

p_AB(I_i,j,l,k)＝p_A,i,j·p_B,l,k

循环计算A星座不同星座快照下接入卫星与B星座不同星座下可视卫星之间产生的干扰值与概率值,得到干扰值I_63·9×63·9和概率值P_{AB,63·9×63·9}，将不同干扰值归并至相应的干扰区间，不同干扰值所对应的概率累加为当前干扰区间的概率值：

其中，P(I)为干扰值在区间[I-1,I]的概率。对所有干扰值与概率值重复此过程，得到干扰概率分布。

图3是根据本发明实施例提供的一种A、B星座的干扰概率分布和累计概率分布的仿真结果对比示意图，图4是根据本发明实施例提供的一种A、B星座在干扰值大于-5dB时的干扰概率分布的仿真结果对比示意图。如图3和图4所示，图中的虚线为利用本发明实施例提供的一种卫星星座的干扰概率分布计算方法进行仿真的结果曲线，图中的实线为现有技术中的星座轨道外推方法仿真的结果曲线，仿真结果采用干噪比I/N作为衡量指标。由图3和图4可以看出，本发明实施例提供的方法与外推方法具有相同的准确度。需要说明的是，由于内存限制，图3和图4中关于利用外推法的仿真过程使用的PC机仅可仿真1天的外推情况，最终60天外推仿真结果为多次仿真的合并处理得到；而本发明实施例提供的方法对应的为无数天数的情况，更接近真实干扰概率分布。表3为两种方法仿真所用时长，相比与外推方法，本发明实施例提供的方法计算效率更高。

表3

当巨型星座涉及多个NGSO星座，本发明实施例提供的方法具有相同准确性。可选地，本发明实施例选取3种干扰星座构型B₁、B₂、B₃展开计算，其中干扰星座包括两个δ星座，具体参数如表4所示，由于计算方法与上述类似，下面仅针对步骤中不同内容展开阐述。

表4多个NGSO干扰星座的仿真参数

选取A星座和3个干扰星座的设置区域，分别在其设置区域内划分不同区域，每个划分区域的面积需满足仿真精度需求：

当星座为δ星座时，相邻轨道相邻卫星的升交点赤经差为Ω_d：

Ω_d＝2π/P(δ星座)

计算得到不同星座的平近点角间隔数S₁和升交点赤经间隔数S₂如表4所示。

对于不同划分区域内的基准卫星，需结合其轨道参数与星座构型参数，生成星座快照。其中δ星座中卫星状态推算公式如下：

设不同星座构型对应的集总干扰值为I′_nl,nk，(n＝1，2，3),则所有干扰星座对通信链路产生的集总干扰I′_{i,j,l,k,…,3l,3k}为：

干扰I′_{i,j,l,k,…,3l,3k}的概率为：

(n＝1,2,3)。

图5是根据本发明实施例提供的一种A星座与多个NGSO星座的干扰概率分布和累计概率分布仿真结果对比示意图。如图5所示，在多层轨道场景下，本本发明实施例提供的方法的仿真结果与现有技术中的轨道外推方法的仿真结果具有相同准确度，且同样适用于δ星座。在较大干扰区间(图中放大区域)，本发明实施例提供的方法与外推结果趋近一致(误差小于10^-4)。

实施例三：

图6是根据本发明实施例提供的一种卫星星座的干扰概率分布计算装置的示意图，该装置应用于卫星星座；可选地，本发明实施例体感的装置可以应用于GSO(Geostationary-Satellite Orbit，对地静止卫星轨道)星座、普通NGSO(Non-Geostationary Satellite Orbit，非对地静止卫星轨道)星座和巨型NGSO星座。如图6所示，该装置包括：区域划分模块10，第一生成模块20，第二生成模块30，第一计算模块40和第二计算模块50。

具体地，区域划分模块10，用于对被干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第一子区域；对干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第二子区域；设置区域为卫星星座设置基准卫星的区域。

第一生成模块20，用于基于第一基准卫星在每个第一子区域出现时的轨道参数和被干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第一星座快照；星座快照为卫星星座在目标时刻的星座分布，第一基准卫星为被干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第一子区域对应生成一个第一星座快照。

第二生成模块30，用于基于第二基准卫星在每个第二子区域出现时的轨道参数和干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第二星座快照；第二基准卫星为干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第二子区域对应生成一个第二星座快照。

第一计算模块40，用于基于第一基准卫星在每个第一子区域中的出现概率、第二基准卫星在每个第二子区域中的出现概率，分别计算每个第二星座快照下的可视卫星对每个第一星座快照下的接入卫星的集总干扰和产生集总干扰的概率。

其中，接入卫星为第一星座快照中与目标地球站建立了通信链路的卫星，目标地球站为被干扰卫星星座的地球站；可视卫星为第二星座快照中处于目标地球站的可视空域内的卫星。

第二计算模块50，用于基于集总干扰和产生集总干扰的概率，计算干扰卫星星座对被干扰卫星星座的干扰概率分布。

本发明实施例提供了一种卫星星座的干扰概率分布计算装置，通过计算不同卫星星座的基准卫星在设置区域的子区域的出现概率和不同星座快照间的集总干扰，利用星座间卫星分布的联合概率评估卫星星座间干扰概率分布，提高了卫星星座尤其是巨型星座的干扰概率分布的计算效率，缓解了现有技术中存在的利用外推方法仿真巨型星座的干扰概率分布计算量大的技术问题。

可选地，图7是根据本发明实施例提供的一种第一计算模块的示意图。如图7所示，第一计算模块40还包括：第一确定单元41，第二确定单元42，第一计算单元43和第二计算单元44。

具体地，第一确定单元41，用于确定第一目标星座快照中与目标地球站建立通信链路的接入卫星；第一目标星座快照为多个第一星座快照中的一个星座快照。其中，目标地球站为被干扰卫星星座的地球站。

第二确定单元42，用于确定第二目标星座快照中在目标地球站可视空域内的多个可视卫星；第二目标星座快照为多个第二星座快照中的一个星座快照。

第一计算单元43，用于计算多个可视卫星对目标地球站与接入卫星之间的通信链路所造成的集总干扰，并将集总干扰作为第二目标星座快照下的卫星对第一目标星座快照下的卫星的集总干扰。

第二计算单元44，用于基于第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率、第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，计算产生集总干扰的概率；第一目标子区域为与第一目标星座快照相对应的第一子区域；第二目标子区域为与第二星座快照相对应的第二子区域。

可选地，第一计算单元43，还用于：计算第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率，得到第一概率值，并将第一概率值作为第一目标星座快照的出现概率；计算第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，得到第二概率值，并将第二概率值作为第二目标星座快照的出现概率；将第一概率值与第二概率值的联合概率作为产生集总干扰的概率。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例一中的方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行上述实施例一中的方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种卫星星座的干扰概率分布计算方法，应用于卫星星座；其特征在于，包括：

对被干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第一子区域；对干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第二子区域；所述设置区域为卫星星座设置基准卫星的区域；

基于第一基准卫星在每个所述第一子区域出现时的轨道参数和所述被干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第一星座快照；所述星座快照为卫星星座在目标时刻的星座分布，所述第一基准卫星为所述被干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第一子区域对应生成一个第一星座快照；

基于第二基准卫星在每个所述第二子区域出现时的轨道参数和所述干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第二星座快照；所述第二基准卫星为所述干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第二子区域对应生成一个第二星座快照；

基于所述第一基准卫星在每个所述第一子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在每个所述第二子区域中的出现概率，分别计算每个第二星座快照下的可视卫星对每个第一星座快照下的接入卫星的集总干扰和产生所述集总干扰的概率；

基于所述集总干扰和产生所述集总干扰的概率，计算所述干扰卫星星座对所述被干扰卫星星座的干扰概率分布；

基于所述第一基准卫星在每个所述第一子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在每个所述第二子区域中的出现概率，分别计算每个第二星座快照下的可视卫星对每个第一星座快照下的接入卫星的集总干扰和产生所述集总干扰的概率，包括：

确定第一目标星座快照中与目标地球站建立通信链路的接入卫星；所述第一目标星座快照为所述多个第一星座快照中的一个星座快照；

确定第二目标星座快照中在所述目标地球站可视空域内的多个可视卫星；所述第二目标星座快照为所述多个第二星座快照中的一个星座快照；

计算所述多个可视卫星对所述目标地球站与所述接入卫星之间的通信链路所造成的集总干扰，并将所述集总干扰作为所述第二目标星座快照下的卫星对所述第一目标星座快照下的卫星的集总干扰；

基于所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，计算产生所述集总干扰的概率；所述第一目标子区域为与所述第一目标星座快照相对应的第一子区域；所述第二目标子区域为与所述第二星座快照相对应的第二子区域；

基于所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，计算产生所述集总干扰的概率，包括：

计算所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率，得到第一概率值，并将所述第一概率值作为第一目标星座快照的出现概率；

计算所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，得到第二概率值，并将所述第二概率值作为第二目标星座快照的出现概率；

将所述第一概率值与所述第二概率值的联合概率作为产生所述集总干扰的概率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述多个可视卫星对所述目标地球站与所述接入卫星之间的通信链路所造成的集总干扰，包括：

通过如下算式计算每个可视卫星对所述目标地球站与所述接入卫星之间的通信链路所造成的干扰：

将每个可视卫星对所述目标地球站与所述接入卫星之间的通信链路所造成的干扰进行求和，得到所述集总干扰；

其中，i表示第i个可视卫星，I_i表示所述接入卫星受到第i个可视卫星的干扰，p_i′表示第i个可视卫星的发射功率p_i折算到重叠频段的等效发射功率，G_t(θ₁)表示第i个可视卫星在所述目标地球站方向上的发射增益，θ₁为波束中心方向与所述目标地球站方向的夹角，G_r(θ₂)表示所述目标地球站在第i个可视卫星方向上的接收增益，θ₂为所述接入卫星、所述目标地球站与第i个可视卫星的夹角，λ表示通信波长，d_i表示第i个可视卫星与所述目标地球站之间的距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率，计算所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，包括：

通过如下算式计算所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率，和计算所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率：

其中，p表示所述出现概率，N表示卫星星座的卫星总数，A_c表示子区域的面积，α表示基准卫星的卫星轨迹与所述子区域中纬度线的夹角，L表示所述子区域中心的纬度；所述子区域包括以下任一项：第一目标子区域，第二目标子区域。

4.一种卫星星座的干扰概率分布计算装置，应用于卫星星座；其特征在于，包括：区域划分模块，第一生成模块，第二生成模块，第一计算模块和第二计算模块，其中，

所述区域划分模块，用于对被干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第一子区域；对干扰卫星星座的设置区域进行区域划分，得到多个第二子区域；所述设置区域为卫星星座设置基准卫星的区域；

所述第一生成模块，用于基于第一基准卫星在每个所述第一子区域出现时的轨道参数和所述被干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第一星座快照；所述星座快照为卫星星座在目标时刻的星座分布，所述第一基准卫星为所述被干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第一子区域对应生成一个第一星座快照；

所述第二生成模块，用于基于第二基准卫星在每个所述第二子区域出现时的轨道参数和所述干扰卫星星座的星座构型参数，生成多个第二星座快照；所述第二基准卫星为所述干扰卫星星座设置的基准卫星；一个第二子区域对应生成一个第二星座快照；

所述第一计算模块，用于基于所述第一基准卫星在每个所述第一子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在每个所述第二子区域中的出现概率，分别计算每个第二星座快照下的可视卫星对每个第一星座快照下的接入卫星的集总干扰和产生所述集总干扰的概率；

所述第二计算模块，用于基于所述集总干扰和产生所述集总干扰的概率，计算所述干扰卫星星座对所述被干扰卫星星座的干扰概率分布；

所述第一计算模块还包括：第一确定单元，第二确定单元，第一计算单元和第二计算单元，其中，

所述第一确定单元，用于确定第一目标星座快照中与目标地球站建立通信链路的接入卫星；所述第一目标星座快照为所述多个第一星座快照中的一个星座快照；

所述第二确定单元，用于确定第二目标星座快照中在所述目标地球站可视空域内的多个可视卫星；所述第二目标星座快照为所述多个第二星座快照中的一个星座快照；

所述第一计算单元，用于计算所述多个可视卫星对所述目标地球站与所述接入卫星之间的通信链路所造成的集总干扰，并将所述集总干扰作为所述第二目标星座快照下的卫星对所述第一目标星座快照下的卫星的集总干扰；

所述第二计算单元，用于基于所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率、所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，计算产生所述集总干扰的概率；所述第一目标子区域为与所述第一目标星座快照相对应的第一子区域；所述第二目标子区域为与所述第二星座快照相对应的第二子区域；

所述第一计算单元，还用于：

计算所述第一基准卫星在第一目标子区域中的出现概率，得到第一概率值，并将所述第一概率值作为第一目标星座快照的出现概率；

计算所述第二基准卫星在第二目标子区域中的出现概率，得到第二概率值，并将所述第二概率值作为第二目标星座快照的出现概率；

将所述第一概率值与所述第二概率值的联合概率作为产生所述集总干扰的概率。

5.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至3任一项所述的方法的步骤。

6.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1-3任一项所述方法。

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