CN112399429B - 一种用于卫星通信系统的通信场景建模方法及系统 - Google Patents
一种用于卫星通信系统的通信场景建模方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于卫星通信系统的通信场景建模方法及系统，所述建模方法通过卫星星座轨道参数，设计卫星星座系统；其次，根据不同地面，添加接收机和传感器模块；在计算星载天线的对地全球覆盖情况；以及计算星地链路的可见性分析和链路预算，本发明将卫星星座分割为全球覆盖和信号增强两个部分，对不同区域的通信质量进行了叠加，并且考虑了极地地区和东西半球相交区域通信质量的连续性，添加了多种地面站，支持各种通信业务的模拟，对星地链路进行定性可见性分析和定量链路预算分析，进一步通过设定不同的数据速率，得到更加真实的通信质量分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星通讯技术，尤其是一种用于卫星通信系统的通信场景建模方法及系统。
背景技术
无线通信的终极目标是随时随地信号全覆盖，基于此，卫星通信成为解决该问题的最佳方案；为了最大化的服务用户，卫星通信存在一系列问题，包括星间链路和星地链路的切换、随机接入、卫星寻呼等，这些问题都与链路的通信质量相关。
在卫星通信领域，鲜有学者关注通信场景的建模，通常情况下，在对卫星通信典型问题进行研究时，一般采用简单的自定义场景或使用较为成熟的卫星系统，例如铱星(Iridium)和全球星(GlobalStar)系统；这样带来的问题有：老式卫星星座系统不能很好的反映当代卫星通信场景，例如一网(OneWeb)星座系统的卫星波束为矩形，并且波束不可赋型，而最新发射的星链(Starlink)卫星波束为圆形，且波束可以赋型，由于采用了不同的技术，实际通信质量也可能不同，需要使用更新的通信技术进行仿真。
除此之外，许多通信问题的评估方案大都集中在统计用户带宽占用率的效用函数，该评估方案只设定了通信质量的门限值，而忽略了时延、误码率等真实影响通信质量的因素；为了在典型问题研究中得到更加可行的解决方案，需要提供与前沿的实际通信场景更加接近的模拟场景和数据用于仿真。
发明内容
发明目的：提供一种用于卫星通信系统的通信场景建模方法，以解决上述问题。技术方案：一种用于卫星通信系统的通信场景建模方法，包括以下步骤：
步骤1、根据卫星星座轨道参数，设计卫星星座系统；
步骤2、根据不同地面，添加接收机和传感器模块；
步骤3、计算星载天线的对地全球覆盖情况；
步骤4、计算星地链路的可见性分析和链路预算。
根据本发明的一个方面，所述步骤1中所述卫星星座系统包括极地轨道和斜轨道，其中所述极地轨道卫星用于完成全球覆盖的任务，并根据极地轨道卫星的轨道参数，得到在满足全球信号覆盖的前提下单卫星覆盖范围内的3dB区间；所述斜轨道卫星用于完成人口密集地区的信号增强任务，并根据斜轨道参数模拟得到斜轨道卫星的覆盖范围内的3dB区间；进一步按照典型卫星排布方式，所述极地轨道为Star星座，所述斜轨道为Delta星座，二者叠加最终得到完整的卫星星座系统；
所述全球覆盖和轨道建模的具体步骤如下：
步骤21、建立全球覆盖模型以及信号增强轨道模型；
步骤22、将步骤21中的模型进行多模型叠加；
步骤23、设计多模型叠加的可见性性分析的通信质量定性算放，以及地面信号采集通用算法；
步骤24、模拟多模型叠加的多种通信场景；
步骤25、设计多模型叠加的链路预算分析；
步骤26、设计多种通信场景的通信质量定量算法；
步骤27、使用修正算法对地面信号的结果进行修正；
步骤28、完成数据接口的输出；
根据步骤25所述设计链路预算分析，表示步骤如下：
步骤1、设计卫星星座分布；
步骤2、绘制全球卫星信号覆盖于天线增益图；
步骤3、设置多种地面站于地面站附属部件、计算可见性分析；
步骤4、针对不同的数据速率请求合理分配调制解调方案；
步骤5、计算星地链路预算。
根据本发明的一个方面，所述步骤1中所述卫星星座系统还包括发射机；所述发射机包括卫星发射机、卫星星载传感器、附属天线，所述卫星星载传感器由若干子传感器构成，典型值为16个，仰角为90°以获得最大覆盖区域，星载传感器的工作原理为向地面发射若干圆形子波束聚合成的圆形波束，等效覆盖区域为卫星信号理论3dB的覆盖区域，所述发射机的天线为附属于传感器的天线，并且设定天线的极化方式为右旋极化；所述卫星星载传感器通过蜂窝网络通信进行覆盖区域的计算，其计算方式如下：
式中，
表示卫星仰角的互余角，R表示地球半径，h表示卫星轨道高度；θ表示球心角；
所述附属天线覆盖区域内的增益衰落公式表示如下：
式中，G表示增益衰落值；
表示传感器的半锥角及3dB覆盖区域；Gmax表示天线的最大增益，/>
表示卫星传感器星下点、卫星与地面站三点形成的夹角。
根据本发明的一个方面，所述步骤2中所述接收器包括终端接收机、终端传感器、附属天线；所述终端接收机的天线为附属于传感器的天线；所述终端传感器为追踪模式，所述追踪模式的天线的增益公式表示如下：
式中，G1表示增益值；dBi表示功率增益的单位；log表示对数；
表示终端传感器的偏移角；当地面终端指定为固定地面站时，上述天线增益公式将退化为旁瓣包络的表达式，此时需要使用更为具象的增益公式，如下：
式中，
表示增益值随卫星仰角的互余角/>
的变化情况；Gmax表示天线的最大增益；D表示地面天线直径；dBi表示功率增益的单位；λ表示波束宽度。
根据本发明的一个方面，所述步骤3中所述星载天线的全球覆盖计算步骤为：
步骤31、首先，依照国际电信联盟提供的建议书以及技术文档，选定满足条件的星载天线并设定合理的主瓣增益；
步骤32、使用与天线型号相对应的增益分布公式并设定公式参数，以满足3dB覆盖区域；
步骤33、然后，使用搭建好的天线模型，进行全球扫描，得到地面每一点星地链路的最大增益值，并形成三维增益图。
根据本发明的一个方面，所述步骤4中所述链路预算矩阵设计的具体步骤为：
步骤41、建立通信链路；
步骤42、得到通信链路的链路预算情况；
步骤43、得出链路预算矩阵；
根据所述步骤43中链路预算得出评估函数，表示方式如下：
式中，f表示各链路预算指标在可见区间内的均值函数，g表示误码率、比特信噪比和载噪比三种指标函数变化情况的线性求和；BER表示数字系统的误码率；Eb表示数据信号单个比特的能量；C表示载波的能量；N0表示每Hz的噪声功率；
表示比特信噪比。
有益效果：本发明设计一种用于卫星通信系统的通信场景建模方法及系统，本发明在考虑请求业务所占用带宽的基础上，考虑了实际通信过程中大气衰减、链路容限和因星地链路距离变化导致的信号强度变化，进而导致的误码率变化因素，能够得到更加贴近事实的星地链路业务通信模型；
在建立星地链路模型的过程中，为不同数据速率的业务请求设定了合理的调制解调方式，得到的链路预算矩阵会更加贴近现实；
再通过设计了多模型建模方案，能够在保证全球通信的基础上，模拟人口密集地区对通信业务的实际要求，能够进一步提高模型的仿真度；具备如下优点：
1.为卫星通信系统建模提供了架构设计与流程方案；
2.针对多维复杂卫星网络设计了叠加模型建模方案；
3.在信号采集模块中考虑到通信信号质量的连续性问题，设计了全球通信信号质量采集的修正算法；
4.提供不同用户请求下的通信质量的定性和定量分析，设计了用于典型卫星通信问题的数据来源与解决方案的验证的数据接口。
附图说明
图1是本发明的建模流程图。
图2是本发明的设计流程图。
图3是本发明的链路预算矩阵内部结构图。
图4是本发明的星载传感器半锥角计算示意图。
图5是本发明的蜂窝网络通信示意图。
图6是本发明的翻转轨道示意图。
图7是本发明的信号增强轨道示意图。
图8是本发明的全球卫星天线增益覆盖经度问题示意图。
图9是本发明的地球二维平面框架示意图。
图10是本发明的全球卫星天线增益覆盖纬度问题示意图。
图11是本发明的全球卫星天线增益覆盖纬度修正示意图。
具体实施方式
如图1所示，在该实施例中，一种用于卫星通信系统的通信场景建模方法，包括以下步骤：
步骤1、根据卫星星座轨道参数，设计卫星星座系统；
步骤2、根据不同地面，添加接收机和传感器模块；
步骤3、计算星载天线的对地全球覆盖情况；
步骤4、计算星地链路的可见性分析和链路预算。
在进一步的实施例中，所述步骤1中所述卫星星座系统包括极地轨道和斜轨道，其中所述极地轨道卫星用于完成全球覆盖的任务，并根据极地轨道卫星的轨道参数，得到在满足全球信号覆盖的前提下单卫星覆盖范围内的3dB区间；所述斜轨道卫星用于完成人口密集地区的信号增强任务，并根据斜轨道参数模拟得到斜轨道卫星的覆盖范围内的3dB区间；进一步按照典型卫星排布方式，所述极地轨道为Star星座，所述斜轨道为Delta星座，二者叠加最终得到完整的卫星星座系统；
所述全球覆盖和轨道建模的具体步骤如下：
步骤21、建立全球覆盖模型以及信号增强轨道模型；
步骤22、将步骤21中的模型进行多模型叠加；
步骤23、设计多模型叠加的可见性性分析的通信质量定性算放，以及地面信号采集通用算法；
步骤24、模拟多模型叠加的多种通信场景；
步骤25、设计多模型叠加的链路预算分析；
步骤26、设计多种通信场景的通信质量定量算法；
步骤27、使用修正算法对地面信号的结果进行修正；
步骤28、完成数据接口的输出；
根据步骤25所述设计链路预算分析，表示步骤如下：
步骤1、设计卫星星座分布；
步骤2、绘制全球卫星信号覆盖于天线增益图；
步骤3、设置多种地面站于地面站附属部件、计算可见性分析；
步骤4、针对不同的数据速率请求合理分配调制解调方案；
步骤5、计算星地链路预算。
在进一步的实施例中，所述步骤1中所述卫星星座系统还包括发射机；所述发射机包括卫星发射机、卫星星载传感器、附属天线，所述卫星星载传感器由若干子传感器构成，典型值为16个，仰角为90°以获得最大覆盖区域，星载传感器的工作原理为向地面发射若干圆形子波束聚合成的圆形波束，等效覆盖区域为卫星信号理论3dB的覆盖区域，所述发射机的天线为附属于传感器的天线，并且设定天线的极化方式为右旋极化；所述卫星星载传感器通过蜂窝网络通信进行覆盖区域的计算，其计算方式如下：
式中，
表示卫星仰角的互余角，R表示地球半径，h表示卫星轨道高度；θ表示球心角；
所述附属天线覆盖区域内的增益衰落公式表示如下：
式中，G表示增益衰落值；
表示传感器的半锥角及3dB覆盖区域；Gmax表示天线的最大增益，/>
表示卫星仰角的互余角。
在进一步的实施例中，所述步骤2中所述接收器包括终端接收机、终端传感器、附属天线；所述终端接收机的天线为附属于传感器的天线；所述终端传感器为追踪模式，所述追踪模式的天线的增益公式表示如下：
式中，G1表示增益值；dBi表示功率增益的单位；log表示对数；
表示终端传感器的偏移角；当地面终端指定为固定地面站时，上述天线增益公式将退化为旁瓣包络的表达式，此时需要使用更为具象的增益公式，如下：
式中，
表示增益值随卫星仰角的互余角/>
的变化情况；Gmax表示天线的最大增益；D表示地面天线直径；dBi表示功率增益的单位；λ表示波束宽度。
在进一步的实施例中，所述步骤3中所述星载天线的全球覆盖计算步骤为：
步骤31、首先，依照国际电信联盟提供的建议书以及技术文档，选定满足条件的星载天线并设定合理的主瓣增益；
步骤32、使用与天线型号相对应的增益分布公式并设定公式参数，以满足3dB覆盖区域；
步骤33、然后，使用搭建好的天线模型，进行全球扫描，得到地面每一点星地链路的最大增益值，并形成三维增益图。
在进一步的实施例中，所述步骤4中所述链路预算矩阵设计的具体步骤为：
步骤41、建立通信链路；
步骤42、得到通信链路的链路预算情况；
步骤43、得出链路预算矩阵；
根据所述步骤43中链路预算得出评估函数，表示方式如下：
式中，f表示各链路预算指标在可见区间内的均值函数，g表示误码率、比特信噪比和载噪比三种指标函数变化情况的线性求和；BER表示数字系统的误码率；Eb表示数据信号单个比特的能量；C表示载波的能量；N0表示每Hz的噪声功率；
表示比特信噪比。
在进一步的实施例中，一种用于卫星通信系统的通信场景建模方法的系统，其特征在于，包括如下模块：
用于根据卫星星座轨道参数，设计卫星星座系统的轨道参数建立模块；所述轨道参数建立模块包括极地轨道、斜轨道、发射机，其中所述极地轨道卫星用于完成全球覆盖的任务，并根据极地轨道卫星的轨道参数，得到在满足全球信号覆盖的前提下单卫星覆盖范围内的3dB区间；所述斜轨道卫星用于完成人口密集地区的信号增强任务，并根据斜轨道参数模拟得到斜轨道卫星的覆盖范围内的3dB区间；进一步按照典型卫星排布方式，所述极地轨道为Star星座，所述斜轨道为Delta星座，二者叠加最终得到完整的卫星星座系统；
所述全球覆盖和轨道建模的具体步骤如下：
步骤21、建立全球覆盖模型以及信号增强轨道模型；
步骤22、将步骤21中的模型进行多模型叠加；
步骤23、设计多模型叠加的可见性性分析的通信质量定性算放，以及地面信号采集通用算法；
步骤24、模拟多模型叠加的多种通信场景；
步骤25、设计多模型叠加的链路预算分析；
步骤26、设计多种通信场景的通信质量定量算法；
步骤27、使用修正算法对地面信号的结果进行修正；
步骤28、完成数据接口的输出；
根据步骤25所述设计链路预算分析，表示步骤如下：
步骤1、设计卫星星座分布；
步骤2、绘制全球卫星信号覆盖于天线增益图；
步骤3、设置多种地面站于地面站附属部件、计算可见性分析；
步骤4、针对不同的数据速率请求合理分配调制解调方案；
步骤5、计算星地链路预算；
所述发射机包括卫星发射机、卫星星载传感器、附属天线，所述发射机的天线为附属于传感器的天线，并且设定天线的极化方式为右旋极化；
用于根据不同地面，添加接收机和传感器模块的数据接收模块；所述数据接收模块包括终端接收机、终端传感器、附属天线；所述终端接收机的天线为附属于传感器的天线；所述终端传感器为追踪模式，在可见范围内，追踪某一颗卫星形成星地链路，与卫星传感器不同的是，终端传感器具有最小仰角，因此信号接收范围是有限的，对于通用的地面用户，选取天线型号为S.465-5；对于执行固定业务的固定地面站，S.465-5的天线模型退化成旁瓣包络，此时天线型号需要选取为S.1428，型号为S.465-5的天线在追踪模式下的增益公式表示如下：
式中，G1表示增益值；dBi表示功率增益的单位；log表示对数；
表示终端传感器的偏移角；波束宽度范围为1～48°，由于星地链路建立为地面站在满足约束条件的前提下追踪可见卫星，因此可以认为，通用地面用户天线增益为常数32dBi；当地面终端指定为固定地面站时，上述天线增益公式将退化为旁瓣包络的表达式，此时需要使用更为合适的天线S.1428，增益公式如下：
式中，
表示增益值随卫星仰角的互余角/>
的变化情况；Gmax表示天线的最大增益；D表示地面天线直径；dBi表示功率增益的单位；λ表示波束宽度；波束宽度为
取信关站天线直径为D＝3.5m，可以得到波束宽度为
其余地面天线直径D＝1m，可以得到波束宽度为
根据S.1428天线定义，波束宽度均小于/>
因此信关站的天线主瓣增益需要小于61.3023dBi，取Gmax＝50dBi；其它地面站天线主瓣增益需要小于47dBi，取Gmax＝40dBi；
所述构建覆盖模块的全球覆盖计算步骤为：
步骤31、首先，依照国际电信联盟提供的建议书以及技术文档，选定满足条件的星载天线并设定合理的主瓣增益；
步骤32、使用与天线型号相对应的增益分布公式并设定公式参数，以满足3dB覆盖区域；
步骤33、然后，使用搭建好的天线模型，进行全球扫描，得到地面每一点星地链路的最大增益值，并形成三维增益图。
所述全球覆盖计算，在地表各点选取不同天线增益值中的最大值，对于东西半球的临界区域(±180°W/E)，由于地球为封闭球体，天线增益可能会跨越东西半球，天线增益的计算思路，即对于东/西半球波束原图显示不完整的部分，在西/东半球区域显示其互补区域，绘制互补区域的方法根据已绘制波束的波束中心，设置新的虚拟波束中心，并以此绘制出有效的互补区域，东西半球交界天线增益计算伪码表示为：
if(θcenter+θoffset＞180°)
θcenter＝-180°-θoffset
elif(θcenter-θoffset＜-180°)
θcenter＝180°+θoffset
式中，θcenter表示波束中心，θoffset表示偏移角；
所述天线增益利用天线增益的中心对称性，将一部分可计算增益的区域投射到不可计算的对称区域中，得到三维天线增益图与二维等高线图，计算思路伪码表示为：
if(θcenter+θoffset＞90°)
latrange＝90°：180°-(θ+θcenter)
latrange(oppo)＝2θcenter-90°：θcenter-θ
θ[latrange，lonrange]＝θ[latrange(oppo)，reverse(lonrange)]
elif(θcenter-θoffset＜-90°)
latrange＝-90°：(θ-θcenter-180°)
latrange(oppo)＝2θcenter+90°：θcenter+θ
θ[latrange，lonrange]＝＝θ[latrange(oppo)，reverse(lonrange)]
式中，θ表示为卫星传感器在地面的覆盖半径，reverse表示序列逆序；
用于计算星地链路的可见性分析和链路预算的矩阵模块；所述矩阵模块矩阵设计的具体步骤为：
步骤41、建立通信链路；
步骤42、得到通信链路的链路预算情况；
步骤43、得出链路预算矩阵；
所述发射机和收发机采用调制解调方式选取一系列候选调制解调方式，包括各种PSK，例如QPSK，OQPSK等，各种QAM，FSK等，然后在不同调制方式下模拟链路预算；
根据所述步骤43中链路预算得出评估函数，表示方式如下：
式中，f表示各链路预算指标在可见区间内的均值函数，g表示误码率、比特信噪比和载噪比三种指标函数变化情况的线性求和；BER表示数字系统的误码率；Eb表示数据信号单个比特的能量；C表示载波的能量；N0表示每Hz的噪声功率；
表示比特信噪比；数据速率为558.7Mb/s；所述评估函数采用8PSK为调制解调。
在进一步的实施例中，所述链路预算矩阵设计，已知在某时刻，某地面站与某卫星在能够建立通信链路的前提下，可以得到通信链路的链路预算情况，在STK/Matlab仿真工具中，链路预算结果是一个内含结构体的元胞，因此，当具有m个卫星与n个用户终端时，且通信时长为t时，可以得到维度为m×n×t的链路预算矩阵，矩阵中的每个元素都为一个元胞，元胞内包含与通信质量相关的参数，在对实际问题解决方案的测试中，可以每次选取一个截面，该截面可以是对时间的映射，对卫星的映射或对地面终端的映射。
在进一步的实施例中，所述场景设置为利用加拿大低轨卫星星座Telesat LEO对地全球覆盖通信，所述Telesat LEO星座搭建主要分为覆盖部分和信号增强部分。
在进一步的实施例中，所述发射机与接收机组成通信系统，所述通信系统采用STK软件模拟的理想信道，增加-2dB的大气衰减。
在进一步的实施例中，如图4至7所示，圆圈代表波束，若干相互邻接的六边形组成了蜂窝网络，对于轨道数为6，每个轨道排布12颗卫星来说，星座完成全球覆盖的必要条件：星载传感器的半锥角为56.86°，计算过程为已知相邻轨道的RAAN差值为30°，同轨道相邻卫星之间True Anomaly差值也为30°，进而求得的圆形波束半径为18.75°，该半径值的角度对应的是地面经纬跨度，对于实际星载传感器的半锥角，所述卫星星载传感器通过蜂窝网络通信进行覆盖区域的计算，其计算方式如下：
式中，
表示卫星仰角的互余角，R表示地球半径，h表示卫星轨道高度；θ表示球心角；得到θ＝56.86°，假定波束为圆形，因此对于执行全球覆盖任务的卫星，在余量为0.5°的前提下，可取半锥角为57.36°，对于轨道6和轨道1，需要注意的是，两轨道上卫星的运动不是相对静止的，这是因为卫星轨道在东西两个半球的运动方向是正好相反的，因此轨道6和轨道1的运动实际为相向运动，取相对运动中相邻轨道卫星覆盖交叠最少的极端情况，求取圆形波束半径的策略为：取距离较远两个波束中心的连线为波束的直径，故圆形波束的半径φ＝21.32°，根据θ＝58.16°，在实际仿真过程中取58.66°为星载传感器半锥角值；
所述执行全球覆盖任务的卫星，由于Telesat LEO下行链路中单波束的覆盖区域介于960km2到24600km2，并且单个卫星至少有16个波束，并且波束的形状是可变的，因此可取半锥角的范围是灵活的，为了满足局部区域的信号增强，即纬度±60°的区域内信号全覆盖，设计卫星星座，星载传感器半锥角计算思路为：使用STK完成卫星星座仿真，获得卫星的经纬数据；根据经纬数据计算图6中六边形的对角线距离；根据对角线距离结合公式1推导得出θ≈55.0°，故取55°为星载传感器的半锥角。
在进一步的实施例中，所述星载天线的型号为S.1528，所述附属天线覆盖区域内的增益衰落公式表示如下：
式中，G表示增益衰落值；
表示传感器的半锥角及3dB覆盖区域；Gmax表示天线的最大增益，/>
表示卫星传感器星下点、卫星与地面站三点形成的夹角，也为卫星传感器的偏移角。
在进一步的实施例中，所述Telesat LEO下行链路工作频段为Ka频段低频部分，频率介于18.8GHz到19.3GHz之间，执行的是NGEO FSS业务，本发明取19GHz为下行链路工作频率。
在进一步的实施例中，所述卫星天线采用的是相控阵，假定天线的最大法向增益为40dBi，单元天线增益为4dBi，则阵因子为3981，即发射天线的阵元数为3981个，当卫星的工作频率为19GHz时，半波长为15.78m，由于卫星扫描半径为57.36°，即阵元间距小于λ/(1+sin(57.36°))＝8.566mm，故相控阵半径为D＝√3981×8.566＝540.47mm，由此可得D/λ＝34.25<35，当D/λ<35时，α＝2，反之α＝1.5，在本实施例中令α＝2。
总之，本发明具有以下优点：通过设定不同的数据速率，得到更加真实的通信质量分析，各场景下的通信质量分析最终聚合为三维矩阵，该矩阵可以用于多种通信问题的分析。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (2)
1.一种用于卫星通信系统的通信场景建模方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、根据卫星星座轨道参数，设计卫星星座系统；
步骤2、根据不同地面，添加接收机和传感器模块；
步骤3、计算星载天线的对地全球覆盖情况；
步骤4、计算星地链路的可见性分析和链路预算；
所述步骤1中所述卫星星座系统包括极地轨道和斜轨道，其中所述极地轨道卫星用于完成全球覆盖的任务，并根据极地轨道卫星的轨道参数，得到在满足全球信号覆盖的前提下单卫星覆盖范围内的3dB区间；所述斜轨道卫星用于完成人口密集地区的信号增强任务，并根据斜轨道参数模拟得到斜轨道卫星的覆盖范围内的3dB区间；进一步按照典型卫星排布方式，所述极地轨道为Star星座，所述斜轨道为Delta星座，二者叠加最终得到完整的卫星星座系统；
所述全球覆盖和轨道建模的具体步骤如下：
步骤21、建立全球覆盖模型以及信号增强轨道模型；
步骤22、将步骤21中的模型进行多模型叠加；
步骤23、设计多模型叠加的可见性分析的通信质量定性算放，以及地面信号采集通用算法；
步骤24、模拟多模型叠加的多种通信场景；
步骤25、设计多模型叠加的链路预算分析；
步骤26、设计多种通信场景的通信质量定量算法；
步骤27、使用修正算法对地面信号的结果进行修正；
步骤28、完成数据接口的输出；
根据步骤25所述设计链路预算分析，表示步骤如下：
步骤1、设计卫星星座分布；
步骤2、绘制全球卫星信号覆盖于天线增益图；
步骤3、设置多种地面站于地面站附属部件、计算可见性分析；
步骤4、针对不同的数据速率请求合理分配调制解调方案；
步骤5、计算星地链路预算；
所述步骤1中所述卫星星座系统还包括发射机；所述发射机包括卫星发射机、卫星星载传感器、附属天线，所述卫星星载传感器由若干子传感器构成，典型值为16个，仰角为90°以获得最大覆盖区域，星载传感器的工作原理为向地面发射若干圆形子波束聚合成的圆形波束，等效覆盖区域为卫星信号理论3dB的覆盖区域，所述发射机的天线为附属于传感器的天线，并且设定天线的极化方式为右旋极化；所述卫星星载传感器通过蜂窝网络通信进行覆盖区域的计算，其计算方式如下：
式中，
表示卫星仰角的互余角，R表示地球半径，h表示卫星轨道高度；θ表示球心角；
所述附属天线覆盖区域内的增益衰落公式表示如下：
式中，G表示增益衰落值；
表示传感器的半锥角及3dB覆盖区域；Gmax表示天线的最大增益，
表示卫星传感器星下点、卫星与地面站三点形成的夹角；
所述步骤2中所述接收机包括终端接收机、终端传感器、附属天线；所述终端接收机的天线为附属于传感器的天线；所述终端传感器为追踪模式，所述追踪模式的天线的增益公式表示如下：
式中，G1表示增益值；dBi表示功率增益的单位；log表示对数；
表示终端传感器的偏移角；
当地面终端指定为固定地面站时，上述天线增益公式将退化为旁瓣包络的表达式，此时需要使用更为具象的增益公式，如下：
式中，
表示增益值随卫星仰角的互余角
的变化情况，Gmax表示天线的最大增益；D表示地面天线直径；λ表示波束宽度；
所述步骤3中所述星载天线的全球覆盖计算步骤为：
步骤31、首先，依照国际电信联盟提供的建议书以及技术文档，选定满足条件的星载天线并设定合理的主瓣增益；
步骤32、使用与天线型号相对应的增益分布公式并设定公式参数，以满足3dB覆盖区域；
步骤33、然后，使用搭建好的天线模型，进行全球扫描，得到地面每一点星地链路的最大增益值，并形成三维增益图；
所述步骤4中所述链路预算通过链路预算矩阵表示链路运算情况，获取链路预算矩阵的具体步骤为：
步骤41、建立通信链路；
步骤42、得到通信链路的链路预算情况；
步骤43、得出链路预算矩阵；
根据所述步骤43中链路预算得出评估函数，表示方式如下：
式中，f表示各链路预算指标在可见区间内的均值函数，g表示误码率、比特信噪比和载噪比三种指标函数变化情况的线性求和；BER表示数字系统的误码率；Eb表示数据信号单个比特的能量；C表示载波的能量，N0表示每Hz的噪声功率；
表示比特信噪比。
2.一种用于卫星通信系统的通信场景建模系统，其特征在于，包括如下模块：
用于根据卫星星座轨道参数，设计卫星星座系统的轨道参数建立模块；
用于根据不同地面，添加接收机和传感器模块的数据接收模块；
用于计算星载天线的对地全球覆盖情况的构建覆盖模块；
用于计算星地链路的可见性分析和链路预算的矩阵模块；
所述轨道参数建立模块包括极地轨道、斜轨道、发射机，其中所述极地轨道卫星用于完成全球覆盖的任务，并根据极地轨道卫星的轨道参数，得到在满足全球信号覆盖的前提下单卫星覆盖范围内的3dB区间；所述斜轨道卫星用于完成人口密集地区的信号增强任务，并根据斜轨道参数模拟得到斜轨道卫星的覆盖范围内的3dB区间；进一步按照典型卫星排布方式，所述极地轨道为Star星座，所述斜轨道为Delta星座，二者叠加最终得到完整的卫星星座系统；
所述全球覆盖和轨道建模的具体步骤如下：
步骤21、建立全球覆盖模型以及信号增强轨道模型；
步骤22、将步骤21中的模型进行多模型叠加；
步骤23、设计多模型叠加的可见性分析的通信质量定性算放，以及地面信号采集通用算法；
步骤24、模拟多模型叠加的多种通信场景；
步骤25、设计多模型叠加的链路预算分析；
步骤26、设计多种通信场景的通信质量定量算法；
步骤27、使用修正算法对地面信号的结果进行修正；
步骤28、完成数据接口的输出；
根据步骤25所述设计链路预算分析，表示步骤如下：
步骤1、设计卫星星座分布；
步骤2、绘制全球卫星信号覆盖于天线增益图；
步骤3、设置多种地面站于地面站附属部件、计算可见性分析；
步骤4、针对不同的数据速率请求合理分配调制解调方案；
步骤5、计算星地链路预算；
所述发射机包括卫星发射机、卫星星载传感器、附属天线，所述卫星星载传感器由若干子传感器构成，典型值为16个，仰角为90°以获得最大覆盖区域，星载传感器的工作原理为向地面发射若干圆形子波束聚合成的圆形波束，等效覆盖区域为卫星信号理论3dB的覆盖区域，所述发射机的天线为附属于传感器的天线，并且设定天线的极化方式为右旋极化；所述卫星星载传感器通过蜂窝网络通信进行覆盖区域的计算，其计算方式如下：
式中，
表示卫星仰角的互余角，R表示地球半径，h表示卫星轨道高度；θ表示球心角；
所述附属天线覆盖区域内的增益衰落公式表示如下：
式中，G表示增益衰落值；
表示传感器的半锥角及3dB覆盖区域；Gmax表示天线的最大增益，
表示卫星传感器星下点、卫星与地面站三点形成的夹角；
所述数据接收模块包括终端接收机、终端传感器、附属天线；所述终端接收机的天线为附属于传感器的天线；所述终端传感器为追踪模式，所述追踪模式的天线的增益公式表示如下：
式中，G1表示增益值；dBi表示功率增益的单位；log表示对数；
表示终端传感器的偏移角；当地面终端指定为固定地面站时，上述天线增益公式将退化为旁瓣包络的表达式，此时需要使用更为具象的增益公式，如下：
式中，
表示增益值随卫星仰角的互余角
的变化情况；Gmax表示天线的最大增益；D表示地面天线直径；λ表示波束宽度；
所述构建覆盖模块的全球覆盖计算步骤为：
步骤31、首先，依照国际电信联盟提供的建议书以及技术文档，选定满足条件的星载天线并设定合理的主瓣增益；
步骤32、使用与天线型号相对应的增益分布公式并设定公式参数，以满足3dB覆盖区域；
步骤33、然后，使用搭建好的天线模型，进行全球扫描，得到地面每一点星地链路的最大增益值，并形成三维增益图；
所述矩阵模块获得链路预算矩阵的具体步骤为：
步骤41、建立通信链路；
步骤42、得到通信链路的链路预算情况；
步骤43、得出链路预算矩阵；
根据所述步骤43中链路预算得出评估函数，表示方式如下：
式中，f表示各链路预算指标在可见区间内的均值函数，g表示误码率、比特信噪比和载噪比三种指标函数变化情况的线性求和；BER表示数字系统的误码率；Eb表示数据信号单个比特的能量；C表示载波的能量；N0表示每Hz的噪声功率；
表示比特信噪比。
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