CN112398529A - 一种面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法 - Google Patents

一种面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，包括干扰发现、时能调整策略和干扰避免三部分。干扰发现基于LEO感知辅助的高低轨卫星频谱动态共享架构，通过SLEO卫星进行辅助感知，扩大认知卫星的应用范围；时能调整策略将GEO卫星活动状态建模为隐马尔可夫模型，通过分析不同GEO初始状态下的平均忙\闲时间，避免每个时隙均进行感知，提升了LEO卫星的数据发送时间；干扰避免基于LEO卫星传输效率最大化模型，并在约束条件中严格限制了对GEO卫星的保护，获取DLEO的发射功率、SLEO卫星的感知时隙和感知时隙间隔，解决两个卫星间的共视干扰问题，提升卫星吞吐量和频谱资源利用率。

Description

一种面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰 避免方法
技术领域
本发明涉及一种面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，属于卫星通信技术。
背景技术
随着空间信息网络的迅速发展和人类空间探索范围的大幅提升，空间信息基础设施建设不断完善，越来越多的人造卫星和航空器被布置到太空，由此带来的频率资源紧缺的问题日益突出。传统的、静态的、单一的频率分配方式难以满足日益增长的服务需求。动态的频谱共享技术为空间信息网络寻找可用的频谱资源提供了思路，也是维持其高效、可靠、稳定运行的保障。因此认知无线电为缓解空间信息网络中日益增长的服务需求与紧张的频谱资源之间的矛盾提供有效的解决途径。
低轨道(Low Earth Orbit，简称LEO)卫星作为一种典型的非静止轨道(Non-GeoStationary Orbit，简称NGSO)卫星，在空间信息网络中发挥着重要的作用，尤其近年来由数百乃至上千颗LEO卫星组成的大规模星座系统，如SpaceX和OneWeb，引领着未来卫星发展的趋势。但是由于其相对地面高速移动，使得卫星系统间的干扰随着节点的空时行为而变化，尤其当GEO卫星、LEO卫星和地面站三者共线，会产生严重的共视干扰(In-lineinterference)，使得系统的传输性能急剧下降甚至瘫痪。因而开展GEO和LEO卫星系统之间的频谱共享研究、应对GEO和LEO卫星系统之间存在的共视干扰显得愈发重要。
为应对GEO和LEO卫星系统之间存在的共视干扰问题，研究界也给出了相应的办法，One Web系统引入了一种新型的“渐进倾斜”技术，在卫星接近赤道时通过逐渐地倾斜卫星来避免与GEO系统之间的干扰。然而，调整卫星姿态需要消耗燃料，会引起卫星在轨寿命的缩短。而自适应功率控制技术，能够通过对次用户发射功率的自适应控制来保证主用户的正常工作，从而实现高低轨卫星之间的频谱共享。但是，在采用自适应功率控制技术时，为确保主用户的正常工作，需要牺牲次用户的性能，不可避免地造成SU频谱效率的下降。此外传统给频谱感知技术均是基于每一个时隙都进行感知，这不可避免的造成次用户传输时间的降低，进而影响次用户的频谱效率。
基于以上观点，这里研究基于干扰避免的高低轨卫星共存场景中提升频谱资源利用率方法，将GEO系统的活动状态建模为隐马尔可夫过程，通过分析在不同GEO初始状态下的平均忙闲时间，实现了不需要每个时隙均进行感知，进而提升了LEO系统的数据发送时间.同时在约束条件中严格限制了对GEO系统的保护约束，进而实现衬底式频谱共享模式，有效提升了LEO系统吞吐量和频谱资源利用率。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，通过建立一个SLEO感知辅助的高低轨卫星频谱动态共享架构，其中一颗具有感知载荷的低轨卫星(SLEO)用来感知地球静止轨道(GEO)的频谱占用情况，另外一颗数据传输卫星(DLEO)卫星在SLEO的帮助下，共享GEO卫星频谱资源。建立DLEO系统数据吞吐量最大化模型，获取DLEO卫星地面站的在underlay和overlay两种模式下的发射功率结果、感知时隙间隔结果和感知时隙结果。该方法通过优化感知时隙间隔，能够增大DLEO系统数据传输时间，在保护GEO系统正常工作的前提下，能够提升LEO在与GEO共存场景中的系统吞吐率和频谱资源利用率。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，包括干扰发现、时&能调整策略、干扰避免三个部分，具体步骤如下：
(1)干扰发现：当DLEO卫星运动到GEO卫星保护区域时，DLEO卫星停止发送信息并将协助感知指令发送给装有感知载荷的SLEO卫星；SLEO卫星收到协助感知指令后对GEO卫星进行频谱感知，并将感知结果发送给DLEO卫星；在SLEO卫星对GEO卫星进行频谱感知期间，DLEO卫星保持静默状态；
(2)时&能调整策略：基于DLEO卫星传输效率最大化模型，获取DLEO卫星的发射功率PE3、SLEO卫星的感知时隙τ和SLEO卫星的感知时隙间隔Θ的最优值；所述DLEO卫星传输效率最大化模型，包括数据吞吐量最大化函数和约束条件，所述数据吞吐量最大化函数的自变量包括PE3、τ和Θ，所述约束条件包括DLEO卫星对GEO卫星的干扰量约束条件、DLEO卫星的信道容量约束条件、DLEO卫星的发射功率约束条件、SLEO卫星的感知时隙约束条件和SLEO卫星的感知时隙间隔约束条件；
(3)干扰避免：SLEO卫星根据感知时隙τ对GEO卫星进行频谱感知，并将感知结果发送给DLEO卫星；若SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure BDA0002762753930000031
若SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure BDA0002762753930000032
DLEO卫星持续工作Θ时长后停止，返回步骤(1)，重复该过程直至DLEO卫星离开GEO卫星保护区域。
具体的，DLEO卫星对GEO卫星的干扰量为：
Figure BDA0002762753930000033
Figure BDA0002762753930000034
其中：IS2表示DLEO卫星对GEO卫星的干扰量，
Figure BDA0002762753930000035
表示DLEO卫星的发射天线增益，θ4为DLEO卫星的发射天线与GEO卫星的离轴角，
Figure BDA0002762753930000036
表示GEO卫星的接收天线增益，θ5为GEO卫星的接收天线与DLEO卫星的离轴角，c表示光速，f为DLEO卫星的中心频率，R为地球半径，dS2为GEO卫星到地心的距离，γE2→E3表示GEO卫星对应地面站和DLEO卫星对应地面站之间的地心角。
具体的，所述时&能调整策略中：
数据吞吐量最大化函数为：
Figure BDA0002762753930000037
约束条件为：
C1:
Figure BDA0002762753930000038
C2:
Figure BDA0002762753930000039
C3:
Figure BDA00027627539300000310
C4:
Figure BDA00027627539300000311
C5:
Figure BDA00027627539300000312
C6:1≤Θ≤Θmax
其中：
Figure BDA00027627539300000313
表示使目标函数最大化时
Figure BDA00027627539300000314
τ和Θ的取值，也即
Figure BDA00027627539300000315
τ和Θ的最优值；C00表示GEO卫星的真实状态为空闲状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量；C01表示GEO卫星的真实状态为空闲状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量；C10表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量；C11表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量；
Figure BDA0002762753930000041
表示DLEO卫星的平均吞吐量，
Figure BDA0002762753930000042
表示DLEO卫星的最低吞吐量要求；
Figure BDA0002762753930000043
表示DLEO卫星的最大发射功率；
Figure BDA0002762753930000044
表示DLEO卫星对GEO卫星的干扰量均值，
Figure BDA0002762753930000045
表示GEO卫星所能容忍的最大干扰量；
ρS1表示SLEO卫星的信噪比，fs表示SLEO卫星的采样频率，
Figure BDA0002762753930000046
表示SLEO卫星感知的虚警概率均值，
Figure BDA0002762753930000047
表示SLEO卫星感知的检测概率均值，函数Q-1(·)为函数Q(·)的反函；
Θmax表示SLEO卫星的最大感知时隙间隔。
具体的，DLEO卫星的发射功率PE3为：
Figure BDA0002762753930000048
Figure BDA0002762753930000049
Figure BDA00027627539300000410
Figure BDA0002762753930000051
Figure BDA0002762753930000052
Figure BDA0002762753930000053
其中：函数[x]+表示在0和x之间取最大值，μ0、μ1、κ和η均为拉格朗日乘子，N0为卫星接收机的高斯白噪声功率，IS3表示为GEO卫星对DLEO卫星的干扰量，δ为最小时隙单位，TLEO表示DLEO卫星用于发送数据的时间，Tt表示DLEO卫星到SLEO卫星的传输时延；
Figure BDA0002762753930000054
表示当GEO卫星开始时的真实状态为空闲状态，在Θ时隙内GEO卫星的真实状态为繁忙的平均时间；
Figure BDA0002762753930000055
表示当GEO卫星开始时的真实状态为繁忙状态，在Θ时隙内GEO卫星的真实状态为繁忙的平均时间；
U00表示GEO卫星的真实状态为空闲状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态的概率；U01表示GEO卫星的真实状态为空闲状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态的概率；U10表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态的概率；U11表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态的概率。
具体的，所述步骤(3)，包括如下步骤：
(3.1)根据时&能调整策略，依据GEO卫星、DLEO卫星和SLEO卫星的位置和信噪比，计算DLEO卫星的发射功率、SLEO卫星的感知时隙和SLEO卫星的感知时隙间隔的最优值，进入步骤(3.2)；
(3.2)SLEO卫星根据感知时隙对GEO卫星进行感知，并将感知结果发送给DLEO卫星，在SLEO卫星对GEO卫星进行频谱感知期间，DLEO卫星保持静默状态；进入步骤(3.3)；
(3.3)当DLEO卫星收到感知信息：若SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure BDA0002762753930000061
若SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure BDA0002762753930000062
DLEO卫星一直工作到当前感知时隙间隔结束，进入步骤(3.4)；
(3.4)判断DLEO卫星是否离开GEO卫星保护区域：若离开，则DLEO卫星以任意功率进行工作；否则，返回(3.1)。
有益效果：本发明提供的面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，通过装有感知载荷的LEO卫星进行辅助感知，扩大了认知卫星的应用范围；将GEO卫星活动性建模为隐马尔可夫模型，通过分析在不同GEO初始状态下的平均忙&闲时间，实现了不需要每个时隙均进行感知，进而提升了LEO卫星的数据发送时间；同时基于LEO卫星系统传输效率最大化模型，并在约束条件中严格限制了对GEO卫星的保护约束，令LEO与GEO卫星进行衬底式频谱共享模式，有效解决了两个卫星间的共视干扰问题，并大幅提升了LEO卫星吞吐量和频谱资源利用率。
附图说明
图1为本发明的实施流程图；
图2为不同方法中，DLEO卫星的平均吞吐量与
Figure BDA0002762753930000063
之间的关系曲线；
图3为不同方法中，DLEO卫星的平均吞吐量与
Figure BDA0002762753930000064
之间的关系曲线；
图4为不同方法中，γE2→E3与DLEO卫星的频谱资源利用率之间的关系曲线；
图中：β表示GEO卫星与DLEO卫星之间的地心角，SIOAPC表示本发明提供的频谱感知和干扰控制辅助的自动功率控制方法，APC表示传统的自动功率控制方法，AngleIsolation表示传统的角度域隔离功率控制方法。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，包括干扰发现、时&能调整策略、干扰避免三个部分。
第一部分：干扰发现
当DLEO卫星运动到GEO卫星保护区域时，DLEO卫星停止发送信息并将协助感知指令发送给SLEO卫星；SLEO卫星收到协助感知指令后对GEO卫星进行频谱感知，并将感知结果发送给DLEO卫星；在SLEO卫星对GEO卫星进行频谱感知期间，DLEO卫星保持静默状态。
第二部分：时&能调整策略
基于DLEO卫星传输效率最大化模型，获取DLEO卫星的发射功率PE3、SLEO卫星的感知时隙τ和SLEO卫星的感知时隙间隔Θ的最优值；所述DLEO卫星传输效率最大化模型，包括数据吞吐量最大化函数和约束条件，所述数据吞吐量最大化函数的自变量包括PE3、τ和Θ，所述约束条件包括DLEO卫星对GEO卫星的干扰量约束条件、DLEO卫星的信道容量约束条件、DLEO卫星的发射功率约束条件、SLEO卫星的感知时隙约束条件和SLEO卫星的感知时隙间隔约束条件。
①DLEO卫星对GEO卫星的干扰量为：
Figure BDA0002762753930000071
Figure BDA0002762753930000072
其中：IS2表示DLEO卫星对GEO卫星的干扰量，
Figure BDA0002762753930000073
表示DLEO卫星的发射天线增益，θ4为DLEO卫星的发射天线与GEO卫星的离轴角，
Figure BDA0002762753930000074
表示GEO卫星的接收天线增益，θ5为GEO卫星的接收天线与DLEO卫星的离轴角，c表示光速，f为DLEO卫星的中心频率，R为地球半径，dS2为GEO卫星到地心的距离，γE2→E3表示GEO卫星对应地面站和DLEO卫星对应地面站之间的地心角。
②数据吞吐量最大化函数为：
Figure BDA0002762753930000075
其中：
Figure BDA0002762753930000076
表示使目标函数最大化时
Figure BDA0002762753930000077
τ和Θ的取值，也即
Figure BDA0002762753930000078
τ和Θ的最优值；C00表示GEO卫星的真实状态为空闲状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量；C01表示GEO卫星的真实状态为空闲状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量；C10表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量；C11表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量。
③约束条件为：
C1:
Figure BDA0002762753930000081
C2:
Figure BDA0002762753930000082
C3:
Figure BDA0002762753930000083
C4:
Figure BDA0002762753930000084
C5:
Figure BDA0002762753930000085
C6:1≤Θ≤Θmax
其中：
Figure BDA0002762753930000086
表示DLEO卫星的平均吞吐量，
Figure BDA0002762753930000087
表示DLEO卫星的最低吞吐量要求；
Figure BDA0002762753930000088
表示DLEO卫星的最大发射功率；
Figure BDA0002762753930000089
表示DLEO卫星对GEO卫星的干扰量均值，
Figure BDA00027627539300000810
表示GEO卫星所能容忍的最大干扰量；ρS1表示SLEO卫星的信噪比，fs表示SLEO卫星的采样频率，
Figure BDA00027627539300000811
表示SLEO卫星感知的虚警概率均值，
Figure BDA00027627539300000812
表示SLEO卫星感知的检测概率均值，函数Q-1(·)为函数Q(·)的反函；Θmax表示SLEO卫星的最大感知时隙间隔。
④DLEO卫星的发射功率PE3为：
Figure BDA00027627539300000813
Figure BDA00027627539300000814
Figure BDA00027627539300000815
Figure BDA0002762753930000091
Figure BDA0002762753930000092
Figure BDA0002762753930000093
其中：函数[x]+表示在0和x之间取最大值，μ0、μ1、κ和η均为拉格朗日乘子，N0为卫星接收机的高斯白噪声功率，IS3表示为GEO卫星对DLEO卫星的干扰量，δ为最小时隙单位，TLEO表示DLEO卫星用于发送数据的时间，Tt表示DLEO卫星到SLEO卫星的传输时延；
Figure BDA0002762753930000094
表示当GEO卫星开始时的真实状态为空闲状态，在Θ时隙内GEO卫星的真实状态为繁忙的平均时间；
Figure BDA0002762753930000095
表示当GEO卫星开始时的真实状态为繁忙状态，在Θ时隙内GEO卫星的真实状态为繁忙的平均时间；U00表示GEO卫星的真实状态为空闲状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态的概率；U01表示GEO卫星的真实状态为空闲状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态的概率；U10表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态的概率；U11表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态的概率。
如表1所示，为根据上述方式计算得到的GEO卫星的真实状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星状态及相关信息的对照表。
表1对应LEO卫星真实状态的相关信息对照表
Figure BDA0002762753930000096
Figure BDA0002762753930000101
第三部分：干扰避免
SLEO卫星根据感知时隙τ对GEO卫星进行频谱感知，并将感知结果发送给DLEO卫星；若SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure BDA0002762753930000102
若SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure BDA0002762753930000103
DLEO卫星持续工作Θ时长后停止，返回步骤(1)，重复该过程直至DLEO卫星离开GEO卫星保护区域；包括如下步骤：
(3.1)根据时&能调整策略，依据GEO卫星、DLEO卫星和SLEO卫星的位置和信噪比，计算DLEO卫星的发射功率、SLEO卫星的感知时隙和SLEO卫星的感知时隙间隔的最优值，进入步骤(3.2)；
(3.2)SLEO卫星根据感知时隙对GEO卫星进行感知，并将感知结果发送给DLEO卫星，在SLEO卫星对GEO卫星进行频谱感知期间，DLEO卫星保持静默状态；进入步骤(3.3)；
(3.3)当DLEO卫星收到感知信息：若SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure BDA0002762753930000104
若SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure BDA0002762753930000105
DLEO卫星一直工作到当前感知时隙间隔结束，进入步骤(3.4)；
(3.4)判断DLEO卫星是否离开GEO卫星保护区域：若离开，则DLEO卫星以任意功率进行工作；否则，返回(3.1)。
如图2～4为基于本发明方法进行的一组实例检测，图2和图3分别检测了在不同干扰量约束
Figure BDA0002762753930000106
在不同发射功率
Figure BDA0002762753930000107
时所取得的平均吞吐量，显然本发明的SIOAPC方法相比传统的APC方法能够取得更高的平均吞吐量。图4检测了地心角γE2→E3变化时频谱资源利用率的变化情况，显然本发明的SIOAPC方法能够取得最高的频谱资源利用率。
综上所述，本发明提供的面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，通过装有感知载荷的SLEO卫星进行辅助感知，扩大了认知卫星的应用范围；将GEO卫星活动性建模为隐马尔可夫模型，通过分析在不同GEO卫星初始状态下的平均忙\闲时间，实现了不需要每个时隙均进行感知的目的，进而提升了LEO卫星的数据发送时间；同时基于LEO卫星系统传输效率最大化模型，并在约束条件中严格限制了对GEO卫星的保护约束，令LEO与GEO卫星进行衬底式频谱共享模式，有效解决了两种系统间的共视干扰问题，并大幅提升了LEO系统吞吐量和频谱资源利用率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，其特征在于：包括干扰发现、时&能调整策略、干扰避免三个部分，具体步骤如下：
(1)干扰发现：当DLEO卫星运动到GEO卫星保护区域时，DLEO卫星停止发送信息并将协助感知指令发送给SLEO卫星；SLEO卫星收到协助感知指令后对GEO卫星进行频谱感知，并将感知结果发送给DLEO卫星；在SLEO卫星对GEO卫星进行频谱感知期间，DLEO卫星保持静默状态；
(2)时&能调整策略：基于DLEO卫星传输效率最大化模型，获取DLEO卫星的发射功率PE3、SLEO卫星的感知时隙τ和SLEO卫星的感知时隙间隔Θ的最优值；所述DLEO卫星传输效率最大化模型，包括数据吞吐量最大化函数和约束条件，所述数据吞吐量最大化函数的自变量包括PE3、τ和Θ，所述约束条件包括DLEO卫星对GEO卫星的干扰量约束条件、DLEO卫星的信道容量约束条件、DLEO卫星的发射功率约束条件、SLEO卫星的感知时隙约束条件和SLEO卫星的感知时隙间隔约束条件；
(3)干扰避免：SLEO卫星根据感知时隙τ对GEO卫星进行频谱感知，并将感知结果发送给DLEO卫星；若SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure FDA0002762753920000011
若SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure FDA0002762753920000012
DLEO卫星持续工作Θ时长后停止，返回步骤(1)，重复该过程直至DLEO卫星离开GEO卫星保护区域。
2.根据权利要求1所述的面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，其特征在于：DLEO卫星对GEO卫星的干扰量为：
Figure FDA0002762753920000013
Figure FDA0002762753920000014
其中：IS2表示DLEO卫星对GEO卫星的干扰量，
Figure FDA0002762753920000015
表示DLEO卫星的发射天线增益，θ4为DLEO卫星的发射天线与GEO卫星的离轴角，
Figure FDA0002762753920000016
表示GEO卫星的接收天线增益，θ5为GEO卫星的接收天线与DLEO卫星的离轴角，c表示光速，f为DLEO卫星的中心频率，R为地球半径，dS2为GEO卫星到地心的距离，γE2→E3表示GEO卫星对应地面站和DLEO卫星对应地面站之间的地心角。
3.根据权利要求1所述的面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，其特征在于：所述时&能调整策略中：
数据吞吐量最大化函数为：
Figure FDA0002762753920000021
约束条件为：
C1:
Figure FDA0002762753920000022
C2:
Figure FDA0002762753920000023
C3:
Figure FDA0002762753920000024
C4:
Figure FDA0002762753920000025
C5:
Figure FDA0002762753920000026
C6:1≤Θ≤Θmax
其中：
Figure FDA0002762753920000027
表示使目标函数最大化时
Figure FDA0002762753920000028
τ和Θ的取值，也即
Figure FDA0002762753920000029
τ和Θ的最优值；C00表示GEO卫星的真实状态为空闲状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量；C01表示GEO卫星的真实状态为空闲状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量；C10表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量；C11表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态、SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态时，DLEO卫星的平均有效吞吐量；
Figure FDA00027627539200000210
表示DLEO卫星的平均吞吐量，
Figure FDA00027627539200000211
表示DLEO卫星的最低吞吐量要求；
Figure FDA00027627539200000212
表示DLEO卫星的最大发射功率；
Figure FDA00027627539200000213
表示DLEO卫星对GEO卫星的干扰量均值，
Figure FDA00027627539200000214
表示GEO卫星所能容忍的最大干扰量；
ρS1表示SLEO卫星的信噪比，fs表示SLEO卫星的采样频率，
Figure FDA00027627539200000215
表示SLEO卫星感知的虚警概率均值，
Figure FDA00027627539200000216
表示SLEO卫星感知的检测概率均值，函数Q-1(·)为函数Q(·)的反函；
Θmax表示SLEO卫星的最大感知时隙间隔。
4.根据权利要求1所述的面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，其特征在于：DLEO卫星的发射功率PE3为：
Figure FDA0002762753920000031
Figure FDA0002762753920000032
Figure FDA0002762753920000033
Figure FDA0002762753920000034
Figure FDA0002762753920000035
Figure FDA0002762753920000036
其中：函数[x]+表示在0和x之间取最大值，μ0、μ1、κ和η均为拉格朗日乘子，N0为卫星接收机的高斯白噪声功率，IS3表示为GEO卫星对DLEO卫星的干扰量，δ为最小时隙单位，TLEO表示DLEO卫星用于发送数据的时间，Tt表示DLEO卫星到SLEO卫星的传输时延；
Figure FDA0002762753920000037
表示当GEO卫星开始时的真实状态为空闲状态，在Θ时隙内GEO卫星的真实状态为繁忙的平均时间；
Figure FDA0002762753920000038
表示当GEO卫星开始时的真实状态为繁忙状态，在Θ时隙内GEO卫星的真实状态为繁忙的平均时间；
U00表示GEO卫星的真实状态为空闲状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态的概率；U01表示GEO卫星的真实状态为空闲状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态的概率；U10表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态的概率；U11表示GEO卫星的真实状态为繁忙状态，SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态的概率。
5.根据权利要求1所述的面向高低轨卫星共存场景中频谱资源利用率提升的干扰避免方法，其特征在于：所述步骤(3)，包括如下步骤：
(3.1)根据时&能调整策略，依据GEO卫星、DLEO卫星和SLEO卫星的位置和信噪比，计算DLEO卫星的发射功率、SLEO卫星的感知时隙和SLEO卫星的感知时隙间隔的最优值，进入步骤(3.2)；
(3.2)SLEO卫星根据感知时隙对GEO卫星进行感知，并将感知结果发送给DLEO卫星，在SLEO卫星对GEO卫星进行频谱感知期间，DLEO卫星保持静默状态；进入步骤(3.3)；
(3.3)当DLEO卫星收到感知信息：若SLEO卫星感知到的GEO卫星为繁忙状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure FDA0002762753920000041
若SLEO卫星感知到的GEO卫星为空闲状态，则DLEO卫星的发射功率为
Figure FDA0002762753920000042
DLEO卫星一直工作到当前感知时隙间隔结束，进入步骤(3.4)；
(3.4)判断DLEO卫星是否离开GEO卫星保护区域：若离开，则DLEO卫星以任意功率进行工作；否则，返回(3.1)。
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