CN113630172B - 基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，计算待分析的两个卫星网络之间的干扰，即干扰网络和受扰网络；使用两种颜色区分不同卫星网络，用于在后期查看结果时区分两种卫星网络，该方法具体为：在地图上标出两个网络对应地球站，定义二维数组存储各个地球站位置信息，用于最终的干扰计算；建立目标表格，输入需要计算的干扰物理量；基于波束轮廓线的插值计算增益；计算距离标记地球站经纬度最近的网格点，记录波束发射增益值；计算上行波束的干扰。本发明结合图形学问题对GIMS轮廓线插值得到卫星波束增益，得到的波束增益准确度高，有效提高了链路干扰分析的准确性。

Description

基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法。
背景技术
当前卫星网络之间链路干扰计算方法主要使用国际电信联盟(ITU)的《程序规则》(ROP)中的B部分B3节中规定的干扰计算方法。ROP中对于同频段卫星之间的干扰计算方法是计算系统噪声温度Ntot，通过噪声温度计算载噪比C/Ntot，并根据载噪比因子确定所需的载波干扰比(C/I)m，即载波干扰比的保护标准，在小于等于保护标准时认为干扰可以接受，反之干扰有害。对于非同频的卫星间干扰，多考虑了载波间频率偏移的情况，计算出干扰调节因子(或带宽优势因子)。
现有的干扰分析方法存在以下缺点：
1)现有干扰分析方法中，没有明确卫星波束增益的算法，当地球站不处于波束轮廓等值线上时，无法准确计算得到波束增益值，使得干扰分析出现误差；
2)现有的干扰分析方法中计算的物理量过于单一，不同的物理量可以体现不同，单一物理量对于干扰的体现过于单一；
3)现有的干扰分析方法难以实现自动化计算波束增益，当计算的链路很多时，由于难以自动化运算会导致计算量过大，且结果不精确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，从而提高干扰分析的精确度和空间资源储备的实用性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，计算待分析的两个卫星网络之间的干扰，即干扰网络和受扰网络，使用两种颜色区分受扰网络和干扰网络，方法具体步骤如下：
步骤1、地球站位置标记：在地图上标出两个网络对应地球站，定义二维数组存储各个地球站位置信息，用于最终的干扰计算；
步骤2、建立目标表格：建立波束列表，输入需要计算的干扰物理量，用于存储显示最后干扰分析得到物理量的最终结果；
步骤3：基于波束轮廓线的插值计算增益：将GIMS波束轮廓图网格化，根据等值线的插值算法计算得到所有网格点的增益值；
步骤4：标记点增益值计算：遍历步骤3所有网格点，得到距离标记地球站经纬度最近的网格点，记录该网格点的波束接收增益值；
步骤5：上行波束的干扰计算：在SRS数据库中，将受扰卫星和干扰卫星的ntc_id代入grp表，查找所有上行波束，即emi_rcp＝R的beam_name；遍历查找到的每个beam_name，并查找对应的所有grp_id；遍历查找到的每个grp_id下对应的地球站；将grp_id代入emiss表，遍历所有载波；遍历所有地球站位置；根据步骤4获取对应的受扰地球站的受扰卫星波束接收增益值Gain1和干扰地球站的受扰卫星波束接收增益值Gain2。
进一步地，步骤1中，在地图上标出两个网络对应地球站，支持多个地球站标记；定义二维数组存储各个地球站位置信息Loc，格式如下：
Loc＝[[‘ID1’,longitude,latitude],[‘ID2’,longitude,latitude],……]
其中，ID1,ID2…表示地球站编号，longitude表示地球站经度，latitude表示地球站纬度。
进一步地，步骤2中，建立目标表格：建立波束列表，输入需要计算的干扰物理量，用于存储显示最后干扰分析得到物理量的最终结果，具体如下：
步骤21、用户选择需要计算的干扰物理量记为A，A包括delta T/T，C/N+I，C/I，I/N值；其中delta T/T为卫星链路等效噪声温度增量百分比，记作DTtoT；C/N+I为卫星链路载波干扰加噪声比，记作CtoN_I；C/I为载波干扰比，记作CtoI；I/N为干扰噪声比，记作ItoN；
步骤22、定义数据字典，存储步骤21中干扰物理量的保护门限，在计算得到干扰物理量结果之后与门限比较判断干扰是否有害：其中干扰物理量CtoI的保护门限为21dB；干扰物理量CtoN_I的保护门限为21dB；干扰物理量ItoN的保护门限为-12.2dB；干扰物理量DTtoT的保护门限为0.06。
进一步地，步骤3中基于波束轮廓线的插值计算增益，具体如下：
步骤31、将GIMS地图网格化；
步骤32、获取各个网格点的经纬度，记作(long，lat)，long表示网格点的经度，lat表示网格点的纬度，单位为degrees；
步骤33、随机选取GIMS最内侧轮廓线和最外侧轮廓线的样本点各3个，以及中间轮廓线的样本点各2个，将选取的各个样本点以及对应的增益值存入数组Point：
Point＝[[long_1,lat_1,gain_1],…,[long_i,lat_i,gain_i]]
其中，long_i,lat_i,gain_i分别表示第i个样本点的经度、纬度、增益值；
步骤34、通过步骤32的网格点经纬度(long，lat)和步骤33的Point数组，计算样本点和网格点之间的距离d_i；
步骤35、通过步骤33的Point数组，步骤34的距离d_i，计算网格点增益，公式如下：
Figure BDA0003200774000000031
其中，n为样本点总数。
进一步地，步骤5中上行波束的干扰计算，具体如下：
步骤51、将两卫星分别标识为受扰卫星和干扰卫星，受扰卫星的发射地球站标识为受扰地球站；干扰卫星的发射地球站标识为干扰地球站，设定受扰地球站、干扰地球站、受扰卫星、干扰卫星的参数；
步骤52、通过步骤51中区分的受扰网络和干扰网络，计算不同卫星网络间的空间几何关系；
步骤53、通过步骤52中计算的不同卫星网络空间几何关系，计算地球站最大增益、旁瓣增益及自由空间传播损耗；
步骤54、通过步骤53计算的地球站最大增益、旁瓣增益及自由空间传播损耗，计算干扰物理量，物理量包括载波干扰比CtoI、载波干扰加噪声比CtoN_I、干扰噪声比ItoN、等效噪声增量百分比DTtoT；
步骤55、确定干扰矩阵值，按波束名排列，其中横轴为受扰卫星网络，竖轴为干扰卫星网络：将通过步骤54计算的用户选择的干扰物理量存入干扰矩阵中；
步骤56、干扰显示：比较步骤55中计算得到的用户选择的物理量结果与步骤22中该干扰物理量对应的保护门限的关系，当不低于保护门限，矩阵格显示为绿色；当低于保护门限，矩阵格显示为红色，表示干扰有害。
进一步地，步骤51中设定受扰地球站、干扰地球站、受扰卫星、干扰卫星的参数，具体如下：
受扰地球站所处地理位置的经度long_es，纬度lat_es；受扰地球站天线直径D_es，天线效率eff_es，频率f1；受扰地球站馈给天线的功率P1，所处位置的受扰卫星波束增益Gain1；
干扰地球站所处地理位置的经度long_es2，纬度lat_es2；干扰地球站天线直径D_es2，天线效率eff_es2，频率f2；干扰地球站馈给天线的功率P2，天线主瓣增益Gmax，所处位置的受扰卫星波束增益Gain2；
受扰卫星所处轨位long_sat；
干扰卫星所处轨位long_sat2；
带宽为B，单位为MHz；
噪声为noise，单位为K。
进一步地，步骤52中计算不同卫星网络间的空间几何关系，具体如下：
步骤52-1、通过受扰卫星轨位long_sat，受扰地球站的经纬度(long_es，lat_es)，计算受扰卫星和受扰地球站间角度cos(ang1)，用公式(1-1)计算：
cos(ang1)＝cos(lat_es)×cos(long_sat-long_es) (1-1)
步骤52-2、通过步骤52-1的角度cos(ang1)，计算受扰地球站和受扰卫星间的距离d1，单位为km，用公式(1-2)计算：
Figure BDA0003200774000000041
步骤52-3、通过干扰卫星的经度long_sat2，干扰地球站的经纬度(long_es2，lat_es2)，计算干扰卫星和干扰地球站间角度cos(ang3)，用公式(1-3)计算：
cos(ang3)＝cos(lat_es3)×cos(long_sat2-long_es2) (1-3)
步骤52-4、通过步骤52-3的角度cos(ang3)，计算干扰地球站和干扰卫星间的距离d3，单位为km，用公式(1-4)计算：
Figure BDA0003200774000000042
步骤52-5、通过受扰卫星的经度long_sat，干扰地球站的经纬度(long_es2，lat_es2)，计算受扰卫星和干扰地球站间角度cos(ang2)，用公式(1-5)计算：
cos(ang2)＝cos(lat_es2)×cos(long_sat-long_es2) (1-5)
步骤52-6、通过步骤52-5的角度cos(ang2)，计算受扰地球站和干扰卫星间的距离d2，单位为km，用公式(1-6)计算：
Figure BDA0003200774000000043
步骤52-7、通过受扰卫星的经度为long_sat和干扰卫星的经度为long_sat2，计算两卫星的地心角theta_g，单位为degrees，使用公式(1-7)计算：
theta_g＝|long_sat-long_sat2| (1-7)
步骤52-8、通过步骤52-7的两卫星地心角theta_g，步骤52-4的距离d3和步骤52-6的距离d2，计算两卫星相对干扰地球站的顶心角theta_t，单位为degrees，用公式(1-8)计算：
Figure BDA0003200774000000051
进一步地，步骤53中计算地球站最大增益、旁瓣增益及自由空间传播损耗，具体为：
步骤53-1、通过受扰地球站频率f1和步骤52-2的距离d1，计算受扰地球站到受扰卫星的自由空间传输损耗v_loss，单位为dB，用公式(2-1)计算：
v_loss＝20(log f1+log d1)+32.45 (2-1)
步骤53-2、通过干扰地球站频率f2和步骤52-6的距离d2，计算干扰地球站到受扰卫星的自由空间传输损耗I_loss，单位为dB，用公式(2-2)计算：
I_loss＝20(log f2+log d2)+32.45 (2-2)
步骤53-3、通过受扰地球站天线直径D_es，频率f1，天线效率eff_es及光速c，计算受扰地球站轴上发射天线增益v_gain，单位为dBi，使用公式(2-3)计算：
Figure BDA0003200774000000052
步骤53-4、通过受扰地球站天线直径D_es2和地球站频率f2，地球站天线效率eff_es2，光速c以及顶心角theta_t，计算干扰地球站偏轴发射天线增益I_gain，单位为dBi。
进一步地，步骤53-4中计算干扰地球站偏轴发射天线增益I_gain，分为以下两种情况：
第一种情况：考虑指定地球站辐射方向图，基于典型化标准天线增益模式的天线偏轴增益计算如下：
步骤53-4-11、通过干扰地球站频率f2和光速c，计算波长lambda，单位为m，使用公式(2-4)计算：
lambda＝c/f2 (2-4)
步骤53-4-12、通过干扰地球站天线直径D_es2和天线效率eff_es2及波长lambda，计算天线口径增益G_peak，单位未dBi，使用公式(2-5)计算：
Figure BDA0003200774000000061
步骤53-4-13、通过干扰地球站天线直径D_es2和波长lambda，计算半功率波束宽度theta_3db，单位为m，使用公式(2-6)计算：
Figure BDA0003200774000000062
步骤53-4-14、通过干扰地球站天线直径D_es2，波长lambda，天线口径增益G_peak，半功率波束宽度theta_3db以及顶心角theta_t，计算干扰地球站天线偏轴增益I_gain，单位为dB：
当
Figure BDA0003200774000000063
时，使用公式(2-7)计算天线偏轴增益I_gain：
Figure BDA0003200774000000064
当
Figure BDA0003200774000000065
时，使用公式(2-8)计算天线偏轴增益I_gain：
I_gian＝29-25log(tehta_t) (2-8)
当theta_t＞36.4时，使用公式(2-9)计算天线偏轴增益I_gain：
I_gian＝-10 (2-9)
第二种情况：考虑未指定地球站辐射方向图，基于通用地球站天线辐射方向图时的天线偏轴增益计算如下：
步骤53-4-21、通过干扰地球站频率f2和光速c，计算波长lambda，单位为m，使用公式(2-10)计算：
lambda＝c/f2 (2-10)
步骤53-4-22、通过干扰地球站天线直径D_es2和波长lambda，计算天线辐射方向性图第一个旁瓣增益G1，单位为dBi，使用公式(2-11)计算：
Figure BDA0003200774000000066
步骤53-4-23、通过干扰地球站天线直径D_es2，天线主瓣增益Gmax，波长lambda，第一个旁瓣增益G1，计算偏轴角的边界值theta_m，单位为degrees，使用公式(2-12)计算：
Figure BDA0003200774000000067
步骤53-4-24、通过干扰地球站天线直径D_es2，计算偏轴角的边界值theta_r，单位为degrees，使用公式(2-13)计算：
Figure BDA0003200774000000071
步骤53-4-25、通过干扰地球站天线直径D_es2，步骤1的波长lanbda，偏轴角边界值theta_m，偏轴角的边界值theta_r，顶心角theta_t计算干扰地球站相对受扰卫星的偏轴增益I_gain，单位为dBi，计算如下：
当(D_es2/lambda)≥100时，
如果0＜theta_t＜theta_m，使用公式(2-14)计算：
Figure BDA0003200774000000072
如果theta_m≤theta_t＜theta_r，使用公式(2-15)计算：
I_gain＝G1 (2-15)
如果theta_r≤theta_t＜48，使用公式(2-16)计算：
I_gain＝32-25log(theta_t) (2-16)
如果48≤theta_t＜180，使用公式(2-17)计算：
I_gain＝-10 (2-17)
当(D_es2/lambda)＜100时，
如果0＜theta_t＜theta_m，使用公式(2-18)计算：
Figure BDA0003200774000000073
如果
Figure BDA0003200774000000074
使用公式(2-19)计算：
I_gain＝G1 (2-19)
如果
Figure BDA0003200774000000075
使用公式(2-20)计算：
Figure BDA0003200774000000076
如果48≤theta_t＜180，使用公式(2-21)计算：
Figure BDA0003200774000000077
进一步地，步骤54所述计算干扰物理量，具体如下：
步骤54-1、记系统等效噪声温度为noise，载波带宽为B，单位为K，计算系统噪声N，单位为dB，使用公式(3-1)计算：
N＝10log(noise)-228.6+10logB (3-1)
步骤54-2、通过受扰地球站发射功率P1，受扰卫星波束增益Gain1，发射天线增益v_gain，自由空间传输损耗v_loss，计算载波C，单位为dB，使用公式(3-2)计算：
C＝P1+Gain1+v_gain-v_loss (3-2)
步骤54-3、通过干扰地球站发射功率P2，受扰卫星的波束增益Gain2，发射天线增益I_gain，自由空间传输损耗I_loss，计算干扰I，单位为dB，使用公式(3-3)计算：
I＝P2+Gain2+I_gain-I_loss (3-3)
步骤54-4、通过N、C，计算载噪比CtoN，单位为dB，使用公式(3-4)计算：
CtoN＝C-N (3-4)
步骤54-5、通过C、I，计算载波干扰比CtoI，单位为dB，使用公式(3-5)计算：
CtoI＝C-I (3-5)
步骤54-6、通过N、C、I，计算载波干扰加噪声比CtoN_I，单位为dB，使用公式(3-6)计算：
CtoN_I＝C-10log(10N/10+10I/10) (3-6)
步骤54-7、通过N、I，计算干扰噪声比ItoN，单位为dB，使用公式(3-7)计算：
ItoN＝I-N (3-7)
步骤54-8、通过干扰噪声比ItoN，计算DTtoT，单位为dB，使用公式(3-8)计算：
Figure BDA0003200774000000081
将物理量存入干扰链路矩阵中，此矩阵为后面的干扰矩阵提供数据支持，记录beam_name、grp_id、e_as_id和seq_emiss，其中beam_name是波束名称，grp_id是SRS数据库中的相关转发器的唯一标识、e_as_id是相关地球站的唯一标识，seq_emiss是相关载波的唯一标识。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)结合图形学问题对GIMS轮廓等值线插值得到卫星密集的波束增益等值线，能够快速准确的获取地球站所处位置的波束增益，有效提高了链路干扰分析的速度及准确性；(2)提高了间资源储备的实用性，对未来自动化干扰分析提供了便利及精确的方式。
附图说明
图1是GIMS波束地图网格化示意图。
图2是计算网格点增益的随机样本点与要计算网格点之间的距离示意图。
图3是两卫星网络之间上行链路的空间几何关系示意图。
具体实施方式
本发明方法定义了一种基于空间资源数据库与GIMS轮廓线插值的上行链路干扰分析方法，该方法能够通过对GIMS轮廓线进行插值得到多条等值线并且准确获取卫星波束增益值以进行干扰分析，提高干扰分析的速度、精确度及空间资源储备的实用性。
下面将结合附图及具体实例对本发明进一步详细说明。
上行方向波束对波束的干扰分析步骤如下：
计算待分析的两个卫星网络，干扰网络和受扰网络的干扰；使用两种颜色区分不同的卫星网络，所述卫星网络包括卫星和地球站。
步骤1：地球站位置标记。地图上标出两个网络对应地球站，支持多个地球站标记；定义二维数组存储各个地球站位置信息：
Loc＝[[‘ID1’,longitude,latitude],[‘ID2’,longitude,latitude],……]
步骤2：建立目标表格，如表1所示。建立波束列表和方向(两个不同卫星网络的同向波束之间干扰)，输入计算的物理量，包括delta T/T，C/N+I，C/I，Margin，I/N，Eb/N0值等，和判决标准与对应门限；
表1目标表格
Figure BDA0003200774000000091
步骤21、用户选择计算的物理量记为A；
步骤22、定义数据字典，存储保护门限
ProtectCriteria_dic＝{//单位都为dB
“Margin”:0,
“CtoI”:21,
“CtoN_I”:21,
“ItoN”:-12.2，
“DTtoT”:0.06，
}
步骤3：基于波束轮廓线的插值。选择一般性插值方法，参考generalinterpolation进行实现；
步骤31、将GIMS地图网格化，如图1所示，其中内圈轮廓线为-2dB等值线，外圈轮廓线为-4dB等值线，中心红色十字为波束口径，B是-2dB等值线上的样本点，C是-4dB等值线上的样本点；
步骤32：获取各个网格点的经纬度，记作(long，lat)，单位为degrees；
步骤33、随机选取GIMS最内侧轮廓线和最外侧轮廓线的3个样本点，以及中间轮廓线的各取2个样本点及各个样本点的增益值存入数组：
Point＝[[long_1,lat_1,gain_1],…,[long_i,lat_i,gain_i]]
步骤34、通过步骤32的网格点经纬度(long，lat)和步骤33的Point数组，计算样本点和网格点之间的距离d_i，如图2所示，d1、d2、d3分别是点E到-4dB等值线上样本点的距离，d4、d5、d6分别是点E到-2dB等值线上样本点的距离；
步骤35、通过步骤33的Point数组，步骤34的距离d_i，计算网格点增益，使用公式(0-1)计算：
Figure BDA0003200774000000101
步骤4：标记点增益值计算。计算距离标记地球站经纬度最近的网格点，记录波束接收增益值，以二维数组存储；
Loc_gain＝[[‘ID1’,gain1],[‘ID2’,gain2],……]
步骤5：上行波束的干扰计算，计算流程如下：
首先进行SRS卫星空间资源数据库的遍历，遍历如下：
将受扰卫星和干扰卫星的ntc_id代入grp表，查找emi_rcp＝R的beam_name
遍历每个beam_name，查找对应的所有grp_id
遍历每个grp_id下对应的地球站
将grp_id代入emiss表，遍历所有载波
遍历所有地球站位置
遍历Loc_gain[]数组，获取对应的发射增益值Gain
步骤5中上行波束的干扰计算，具体如下：
步骤51、将两卫星分别标识为受扰卫星和干扰卫星，受扰卫星的发射地球站标识为受扰地球站；干扰卫星的发射地球站标识为干扰地球站，设定受扰地球站、干扰地球站、受扰卫星、干扰卫星的参数；
步骤52、通过步骤51中区分的受扰网络和干扰网络，计算不同卫星网络间的空间几何关系；
步骤53、通过步骤52中计算的不同卫星网络空间几何关系，计算地球站最大增益、旁瓣增益及自由空间传播损耗；
步骤54、通过步骤53计算的地球站最大增益、旁瓣增益及自由空间传播损耗，计算干扰物理量，物理量包括载波干扰比CtoI、载波干扰加噪声比CtoN_I、干扰噪声比ItoN、等效噪声增量百分比DTtoT；
步骤55、确定干扰矩阵值，按波束名排列，其中横轴为受扰卫星网络，竖轴为干扰卫星网络：将通过步骤54计算的用户选择的干扰物理量存入干扰矩阵中；
步骤56、干扰显示：比较步骤55中计算得到的用户选择的物理量结果与步骤22中该干扰物理量对应的保护门限的关系，当不低于保护门限，矩阵格显示为绿色；当低于保护门限，矩阵格显示为红色，表示干扰有害。
进一步地，步骤51中设定受扰地球站、干扰地球站、受扰卫星、干扰卫星的参数，具体如下：
将两卫星分别标识为受扰卫星和干扰卫星，受扰卫星的发射地球站标识为受扰地球站；干扰卫星的发射地球站标识为干扰地球站，如图3所示，图3中字符及含义如表2：
表2图3中字符及含义
Figure BDA0003200774000000111
Figure BDA0003200774000000121
输入参数如下：
受扰地球站所处地理位置的经度long_es(degrees)，纬度lat_es(degrees)；受扰地球站天线直径D_es(m)，天线效率eff_es，频率f1(MHz)；受扰地球站馈给天线的功率P1，所处位置的受扰卫星波束增益Gain1(dBi)；
干扰地球站所处地理位置的经度long_es2(degrees)，纬度lat_es2(degrees)；干扰地球站天线直径D_es2(m)，天线效率eff_es2，频率f2(MHz)；干扰地球站馈给天线的功率P2，天线主瓣增益Gmax(dBi)，所处位置的受扰卫星波束增益Gain2(dBi)；
受扰卫星所处轨位long_sat(degrees)；
干扰卫星所处轨位long_sat2(degrees)；
带宽为B，单位为MHz；
噪声为noise，单位为K；
以上参数和SRS数据库中数据的对应关系为：
表3数据映射表
输入项 SRS数据项
long_es、long_es2 e_as_stn表的long_dec
lat_es、lat_es2 e_as_stn表的lat_dec
D_es、D_es2 e_ant表的ant_diam
Gmax e_as_stn表的gain
long_sat、long_sat2 geo表的long_nom
f1、f2 carrier_fr表的freq_carr
P1、P2 e_as_stn表的pwr_max
noise e_as_stn表的noise_t
B c_pfd表的bdwdth
进一步地，步骤52中计算不同卫星网络间的空间几何关系，具体如下：
步骤52-1、通过受扰卫星轨位long_sat，受扰地球站的经纬度(long_es，lat_es)，计算受扰卫星和受扰地球站间角度cos(ang1)，用公式(1-1)计算：
cos(ang1)＝cos(lat_es)×cos(long_sat-long_es) (1-1)步骤52-2、通过步骤52-1的角度cos(ang1)，计算受扰地球站和受扰卫星间的距离d1，单位为km，用公式(1-2)计算：
Figure BDA0003200774000000131
步骤52-3、通过干扰卫星的经度long_sat2，干扰地球站的经纬度(long_es2，lat_es2)，计算干扰卫星和干扰地球站间角度cos(ang3)，用公式(1-3)计算：
cos(ang3)＝cos(lat_es2)×cos(long_sat2-long_es2) (1-3)
步骤52-4、通过步骤52-3的角度cos(ang3)，计算干扰地球站和干扰卫星间的距离d3，单位为km，用公式(1-4)计算：
Figure BDA0003200774000000132
步骤52-5、通过受扰卫星的经度long_sat，干扰地球站的经纬度(long_es2，lat_es2)，计算受扰卫星和干扰地球站间角度cos(ang2)，用公式(1-5)计算：
cos(ang2)＝cos(lat_es2)×cos(long_sat-long_es2) (1-5)
步骤52-6、通过步骤52-5的角度cos(ang2)，计算受扰地球站和干扰卫星间的距离d2，单位为km，用公式(1-6)计算：
Figure BDA0003200774000000133
步骤52-7、通过受扰卫星的经度为long_sat和干扰卫星的经度为long_sat2，计算两卫星的地心角theta_g，单位为degrees，使用公式(1-7)计算：
theta_g＝|long_sat-long_sat2| (1-7)
步骤52-8、通过步骤52-7的两卫星地心角theta_g，步骤52-4的距离d3和步骤52-6的距离d2，计算两卫星相对干扰地球站的顶心角theta_t，单位为degrees，用公式(1-8)计算：
Figure BDA0003200774000000134
进一步地，步骤53中计算地球站最大增益、旁瓣增益及自由空间传播损耗，具体为：
步骤53-1、通过受扰地球站频率f1和步骤52-2的距离d1，计算受扰地球站到受扰卫星的自由空间传输损耗v_loss，单位为dB，用公式(2-1)计算：
v_loss＝20(logf1+logd1)+32.45 (2-1)
步骤53-2、通过干扰地球站频率f2和步骤52-6的距离d2，计算干扰地球站到受扰卫星的自由空间传输损耗I_loss，单位为dB，用公式(2-2)计算：
I_loss＝20(logf2+logd2)+32.45 (2-2)
步骤53-3、通过受扰地球站天线直径D_es，频率f1，天线效率eff_es及光速c，计算受扰地球站轴上发射天线增益v_gain，单位为dBi，使用公式(2-3)计算：
Figure BDA0003200774000000141
步骤53-4、通过受扰地球站天线直径D_es2和地球站频率f2，地球站天线效率eff_es2，光速c以及顶心角theta_t，计算干扰地球站偏轴发射天线增益I_gain，单位为dBi。
进一步地，步骤53-4中计算干扰地球站偏轴发射天线增益I_gain，分为以下两种情况：
第一种情况：考虑指定地球站辐射方向图，基于典型化标准天线增益模式的天线偏轴增益计算如下：
步骤53-4-11、通过干扰地球站频率f2和光速c，计算波长lambda，单位为m，使用公式(2-4)计算：
lambda＝c/f2 (2-4)
步骤53-4-12、通过干扰地球站天线直径D_es2和天线效率eff_es2及波长lambda，计算天线口径增益G_peak，单位未dBi，使用公式(2-5)计算：
Figure BDA0003200774000000142
步骤53-4-13、通过干扰地球站天线直径D_es2和波长lambda，计算半功率波束宽度theta_3db，单位为m，使用公式(2-6)计算：
Figure BDA0003200774000000143
步骤53-4-14、通过干扰地球站天线直径D_es2，波长lambda，天线口径增益G_peak，半功率波束宽度theta_3db以及顶心角theta_t，计算干扰地球站天线偏轴增益I_gain，单位为dB：
当
Figure BDA0003200774000000144
时，使用公式(2-7)计算天线偏轴增益I_gain：
Figure BDA0003200774000000151
当
Figure BDA0003200774000000152
时，使用公式(2-8)计算天线偏轴增益I_gain：
I_gian＝29-25log(tehta_t) (2-8)
当theta_t＞36.4时，使用公式(2-9)计算天线偏轴增益I_gain：
I_gain＝-10 (2-9)
第二种情况：考虑未指定地球站辐射方向图，基于通用地球站天线辐射方向图时的天线偏轴增益计算如下：
步骤53-4-21、通过干扰地球站频率f2和光速c，计算波长lambda，单位为m，使用公式(2-10)计算：
lambda＝c/f2 (2-10)
步骤53-4-22、通过干扰地球站天线直径D_es2和波长lambda，计算天线辐射方向性图第一个旁瓣增益G1，单位为dBi，使用公式(2-11)计算：
Figure BDA0003200774000000153
步骤53-4-23、通过干扰地球站天线直径D_es2，天线主瓣增益Gmax，波长lambda，第一个旁瓣增益G1，计算偏轴角的边界值theta_m，单位为degrees，使用公式(2-12)计算：
Figure BDA0003200774000000154
步骤53-4-24、通过干扰地球站天线直径D_es2，计算偏轴角的边界值theta_r，单位为degrees，使用公式(2-13)计算：
Figure BDA0003200774000000155
步骤53-4-25、通过干扰地球站天线直径D_es2，步骤1的波长lambda，偏轴角边界值theta_m，偏轴角的边界值theta_r，顶心角theta_t计算干扰地球站相对受扰卫星的偏轴增益I_gain，单位为dBi，计算如下：
当(D_es2/lambda)≥100时，
如果0＜theta_t＜theta_m，使用公式(2-14)计算：
Figure BDA0003200774000000156
如果theta_m≤theta_t＜theta_r，使用公式(2-15)计算：
I_gain＝G1 (2-15)
如果theta_r≤theta_t＜48，使用公式(2-16)计算：
I_gain＝32-25log(theta_t) (2-16)
如果48≤theta_t＜180，使用公式(2-17)计算：
I_gian＝-10 (2-17)
当(D_es2/lambda)＜100时，
如果0≤theta_t＜theta_m，使用公式(2-18)计算：
Figure BDA0003200774000000161
如果
Figure BDA0003200774000000162
使用公式(2-19)计算：
I_gain＝G1 (2-19)
如果
Figure BDA0003200774000000163
使用公式(2-20)计算：
Figure BDA0003200774000000164
如果48≤theta_t＜180，使用公式(2-21)计算：
Figure BDA0003200774000000165
进一步地，步骤54所述计算干扰物理量，具体如下：
步骤54-1、记系统等效噪声温度为noise，载波带宽为B，单位为K，计算系统噪声N，单位为dB，使用公式(3-1)计算：
N＝10log(noise)-228.6+10logB (3-1)
步骤54-2、通过受扰地球站发射功率P1，受扰卫星波束增益Gain1，发射天线增益v_gain，自由空间传输损耗v_loss，计算载波C，单位为dB，使用公式(3-2)计算：
C＝P1+Gain1+v_gain-v_loss (3-2)
步骤54-3、通过干扰地球站发射功率P2，受扰卫星的波束增益Gain2，发射天线增益I_gain，自由空间传输损耗I_loss，计算干扰I，单位为dB，使用公式(3-3)计算：
I＝P2+Gain2+I_gainI_loss (3-3)
步骤54-4、通过N、C，计算载噪比CtoN，单位为dB，使用公式(3-4)计算：
CtoN＝C-N (3-4)
步骤54-5、通过C、I，计算载波干扰比CtoI，单位为dB，使用公式(3-5)计算：
CtoI＝C-I (3-5)
步骤54-6、通过N、C、I，计算载波干扰加噪声比CtoN_I，单位为dB，使用公式(3-6)计算：
CtoN_I＝C-10log(10N/10+10I/10) (3-6)
步骤54-7、通过N、I，计算干扰噪声比ItoN，单位为dB，使用公式(3-7)计算：
ItoN＝I-N (3-7)
步骤54-8、通过干扰噪声比ItoN，计算DTtoT，单位为dB，使用公式(3-8)计算：
Figure BDA0003200774000000171
将物理量存入干扰链路矩阵中，此矩阵为后面的干扰矩阵提供数据支持，记录beam_name、grp_id、e_as_id和seq_emiss，其中beam_name是波束名称，grp_id是SRS数据库中的相关转发器的唯一标识、e_as_id是相关地球站的唯一标识，seq_emiss是相关载波的唯一标识。
实施例
首先确定需要计算的两卫星网络，在每个卫星网络中选择一个发射地球站并记录其地理位置；根据GIMS轮廓线插值分别得到两地球站地理位置的波束增益Gain1＝38.2(dBi)，Gain2＝38.2(dBi)；并根据选择的物理量进行具体计算，如下所示；
具体输入参数如下所示：
受扰地球站经度为116(degrees)，纬度为40(degrees)；地球站天线直径为0.6(m)，天线效率为0.6，频率为12000(MHz)；受扰地球站馈给天线的功率为10(dBW)；地球站所处位置受扰卫星波束增益为38.2(dBi)；
干扰地球站经度为104(degrees)，纬度为52(degrees)；地球站天线直径为0.6(m)，天线效率为0.55，频率为12000(MHz)；受扰地球站馈给天线的功率为10(dBW)；地球站天线主瓣增益为47.7(dBi)；地球站所处位置受扰卫星波束增益为38.2(dBi)；
受扰卫星所处轨位为100.45(degrees)；
干扰卫星所处轨位为96.5(degrees)；
带宽均为30(MHz)；系统噪声温度为102(K)；
计算结果如下：
计算得到干扰地球站相对于两卫星的顶心角为theta_t＝4.32(degrees)；受扰地球站到受扰卫星的自由空间传播损耗v_loss＝206.9(dB)；干扰地球站到受扰卫星的自由空间传播损耗I_loss＝207.1(dB)；受扰地球站天线发射增益v_gain＝35.3；干扰地球站发射天线增益I_gain＝20.8(dBi)；系统噪声为N＝-133.7(dB)；
根据计算的到的参数计算物理量得到载波干扰比CtoI＝14.7(dB)；干扰噪声比为ItoN＝-4.4(dB)；DTtoT＝0.132；载波干扰加噪声比为CtoN_I＝8.9(dB)；
根据用户选择物理量的保护门限值于计算得到的物理量值进行对比，判断干扰是否有害。如果选择的物理量是载波干扰比CtoI，根据保护门限21dB可以得出干扰有害的结论。
总之，本发明可以得到上行链路干扰分析结果，有效提高干扰分析的精确度及效率；所提出的基于GIMS轮廓线插值方法对未来自动化干扰分析提供便利及精确的方式。

Claims (9)

1.一种基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，其特征在于，计算待分析的两个卫星网络之间的干扰，即干扰网络和受扰网络，使用两种颜色区分受扰网络和干扰网络，方法具体步骤如下：
步骤1、地球站位置标记：在地图上标出两个网络对应地球站，定义二维数组存储各个地球站位置信息，用于最终的干扰计算；
步骤2、建立目标表格：建立波束列表，输入需要计算的干扰物理量，用于存储显示最后干扰分析得到物理量的最终结果；
步骤3：基于波束轮廓线的插值计算增益：将GIMS波束轮廓图网格化，根据等值线的插值算法计算得到所有网格点的增益值，具体如下：
步骤31、将GIMS地图网格化；
步骤32、获取各个网格点的经纬度，记作(long，lat)，long表示网格点的经度，lat表示网格点的纬度，单位为degrees；
步骤33、随机选取GIMS最内侧轮廓线和最外侧轮廓线的样本点各3个，以及中间轮廓线的样本点各2个，将选取的各个样本点以及对应的增益值存入数组Point：
Point＝[[long_1,lat_1,gain_1],…,[long_i,lat_i,gain_i]]
其中，long_i,lat_i,gain_i分别表示第i个样本点的经度、纬度、增益值；
步骤34、通过步骤32的网格点经纬度(long，lat)和步骤33的Point数组，计算样本点和网格点之间的距离d_i；
步骤35、通过步骤33的Point数组，步骤34的距离d_i，计算网格点增益，公式如下：
Figure FDA0003670127410000011
其中，n为样本点总数；
步骤4：标记点增益值计算：遍历步骤3所有网格点，得到距离标记地球站经纬度最近的网格点，记录该网格点的波束接收增益值；
步骤5：上行波束的干扰计算：在SRS数据库中，将受扰卫星和干扰卫星的ntc_id代入grp表，查找所有上行波束，即emi_rcp＝R的beam_name；遍历查找到的每个beam_name，并查找对应的所有grp_id；遍历查找到的每个grp_id下对应的地球站；将grp_id代入emiss表，遍历所有载波；遍历所有地球站位置；根据步骤4获取对应的受扰地球站的受扰卫星波束接收增益值Gain1和干扰地球站的受扰卫星波束接收增益值Gain2；其中beam_name是波束名称，grp_id是SRS数据库中的相关转发器的唯一标识。
2.根据权利要求1所述的基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，其特征在于，步骤1中，在地图上标出两个网络对应地球站，支持多个地球站标记；定义二维数组存储各个地球站位置信息Loc，格式如下：
Loc＝[[‘ID1’,longitude,latitude],[‘ID2’,longitude,latitude],……]
其中，ID1,ID2…表示地球站编号，longitude表示地球站经度，latitude表示地球站纬度。
3.根据权利要求1所述的基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，其特征在于，步骤2中，建立目标表格：建立波束列表，输入需要计算的干扰物理量，用于存储显示最后干扰分析得到物理量的最终结果，具体如下：
步骤21、用户选择需要计算的干扰物理量记为A，A包括delta T/T，C/N+I，C/I，I/N值；其中delta T/T为卫星链路等效噪声温度增量百分比，记作DTtoT；C/N+I为卫星链路载波干扰加噪声比，记作CtoN_I；C/I为载波干扰比，记作CtoI；I/N为干扰噪声比，记作ItoN；
步骤22、定义数据字典，存储步骤21中干扰物理量的保护门限，在计算得到干扰物理量结果之后与门限比较判断干扰是否有害：其中干扰物理量CtoI的保护门限为21dB；干扰物理量CtoN_I的保护门限为21dB；干扰物理量ItoN的保护门限为-12.2dB；干扰物理量DTtoT的保护门限为0.06。
4.根据权利要求1所述的基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，其特征在于，步骤5中上行波束的干扰计算，具体如下：
步骤51、将两卫星分别标识为受扰卫星和干扰卫星，受扰卫星的发射地球站标识为受扰地球站；干扰卫星的发射地球站标识为干扰地球站，设定受扰地球站、干扰地球站、受扰卫星、干扰卫星的参数；
步骤52、通过步骤51中区分的受扰网络和干扰网络，计算不同卫星网络间的空间几何关系；
步骤53、通过步骤52中计算的不同卫星网络空间几何关系，计算地球站最大增益、旁瓣增益及自由空间传播损耗；
步骤54、通过步骤53计算的地球站最大增益、旁瓣增益及自由空间传播损耗，计算干扰物理量，物理量包括载波干扰比CtoI、载波干扰加噪声比CtoN_I、干扰噪声比ItoN、等效噪声增量百分比DTtoT；
步骤55、确定干扰矩阵值，按波束名排列，其中横轴为受扰卫星网络，竖轴为干扰卫星网络：将通过步骤54计算的用户选择的干扰物理量存入干扰矩阵中；
步骤56、干扰显示：比较步骤55中计算得到的用户选择的物理量结果与步骤22中该干扰物理量对应的保护门限的关系，当不低于保护门限，矩阵格显示为绿色；当低于保护门限，矩阵格显示为红色，表示干扰有害。
5.根据权利要求4所述的基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，其特征在于，步骤51中设定受扰地球站、干扰地球站、受扰卫星、干扰卫星的参数，具体如下：
受扰地球站所处地理位置的经度long_es，纬度lat_es；受扰地球站天线直径D_es，天线效率eff_es，频率f1；受扰地球站馈给天线的功率P1，所处位置的受扰卫星波束增益Gain1；
干扰地球站所处地理位置的经度long_es2，纬度lat_es2；干扰地球站天线直径D_es2，天线效率eff_es2，频率f2；干扰地球站馈给天线的功率P2，天线主瓣增益Gmax，所处位置的受扰卫星波束增益Gain2；
受扰卫星所处轨位long_sat；
干扰卫星所处轨位long_sat2；
带宽为B，单位为MHz；
噪声为noise，单位为K。
6.根据权利要求5所述的基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，其特征在于，步骤52中计算不同卫星网络间的空间几何关系，具体如下：
步骤52-1、通过受扰卫星轨位long_sat，受扰地球站的经纬度(long_es，lat_es)，计算受扰卫星和受扰地球站间角度cos(ang1)，用公式(1-1)计算：
cos(ang1)＝cos(lat_es)×cos(long_sat-long_es) (1-1)
步骤52-2、通过步骤52-1的角度cos(ang1)，计算受扰地球站和受扰卫星间的距离d1，单位为km，用公式(1-2)计算：
Figure FDA0003670127410000031
步骤52-3、通过干扰卫星的经度long_sat2，干扰地球站的经纬度(long_es2，lat_es2)，计算干扰卫星和干扰地球站间角度cos(ang3)，用公式(1-3)计算：
cos(ang3)＝cos(lat_es2)×cos(long_st2-log_es2) (1-3)
步骤52-4、通过步骤52-3的角度cos(ang3)，计算干扰地球站和干扰卫星间的距离d3，单位为km，用公式(1-4)计算：
Figure FDA0003670127410000041
步骤52-5、通过受扰卫星的经度long_sat，干扰地球站的经纬度(log_es2，lat_es2)，计算受扰卫星和干扰地球站间角度cos(ang2)，用公式(1-5)计算：
cos(ang2)＝cos(lat_es2)×cos(long_sat-long_es2) (1-5)
步骤52-6、通过步骤52-5的角度cos(ang2)，计算受扰地球站和干扰卫星间的距离d2，单位为km，用公式(1-6)计算：
Figure FDA0003670127410000042
步骤52-7、通过受扰卫星的经度为long_sat和干扰卫星的经度为long_sat2，计算两卫星的地心角theta_g，单位为degrees，使用公式(1-7)计算：
theta_g＝|long_sat-long_sat2| (1-7)
步骤52-8、通过步骤52-7的两卫星地心角theta_g，步骤52-4的距离d3和步骤52-6的距离d2，计算两卫星相对干扰地球站的顶心角theta_t，单位为degrees，用公式(1-8)计算：
Figure FDA0003670127410000043
7.根据权利要求6所述的基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，其特征在于，步骤53中计算地球站最大增益、旁瓣增益及自由空间传播损耗，具体为：
步骤53-1、通过受扰地球站频率f1和步骤52-2的距离d1，计算受扰地球站到受扰卫星的自由空间传输损耗v_loss，单位为dB，用公式(2-1)计算：
v_loss＝20(log f1+log d1)+32.45 (2-1)
步骤53-2、通过干扰地球站频率f2和步骤52-6的距离d2，计算干扰地球站到受扰卫星的自由空间传输损耗I_loss，单位为dB，用公式(2-2)计算：
I_loss＝20(log f2+log d2)+32.45 (2-2)
步骤53-3、通过受扰地球站天线直径D_es，频率f1，天线效率eff_es及光速c，计算受扰地球站轴上发射天线增益v_gain，单位为dBi，使用公式(2-3)计算：
Figure FDA0003670127410000051
步骤53-4、通过受扰地球站天线直径D_es2和地球站频率f2，地球站天线效率eff_es2，光速c以及顶心角theta_t，计算干扰地球站偏轴发射天线增益I_gain，单位为dBi。
8.根据权利要求7所述的基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，其特征在于，步骤53-4中计算干扰地球站偏轴发射天线增益I_gain，分为以下两种情况：
第一种情况：考虑指定地球站辐射方向图，基于典型化标准天线增益模式的天线偏轴增益计算如下：
步骤53-4-11、通过干扰地球站频率f2和光速c，计算波长lambda，单位为m，使用公式(2-4)计算：
lambda＝c/f2 (2-4)
步骤53-4-12、通过干扰地球站天线直径D_es2和天线效率eff_es2及波长lambda，计算天线口径增益G_peak，单位未dBi，使用公式(2-5)计算：
Figure FDA0003670127410000052
步骤53-4-13、通过干扰地球站天线直径D_es2和波长lambda，计算半功率波束宽度theta_3db，单位为m，使用公式(2-6)计算：
Figure FDA0003670127410000053
步骤53-4-14、通过干扰地球站天线直径D_es2，波长lambda，天线口径增益G_peak，半功率波束宽度theta_3db以及顶心角theta_t，计算干扰地球站天线偏轴增益I_gain，单位为dB：
当
Figure FDA0003670127410000054
时，使用公式(2-7)计算天线偏轴增益I_gain：
Figure FDA0003670127410000055
当
Figure FDA0003670127410000056
时，使用公式(2-8)计算天线偏轴增益I_gain：
I_gian＝29-25log(thta_t) (2-8)
当theta_t＞36.4时，使用公式(2-9)计算天线偏轴增益I_gain：
I_gian＝-10 (2-9)
第二种情况：考虑未指定地球站辐射方向图，基于通用地球站天线辐射方向图时的天线偏轴增益计算如下：
步骤53-4-21、通过干扰地球站频率f2和光速c，计算波长lambda，单位为m，使用公式(2-10)计算：
lambda＝c/f2 (2-10)
步骤53-4-22、通过干扰地球站天线直径D_es2和波长lambda，计算天线辐射方向性图第一个旁瓣增益G1，单位为dBi，使用公式(2-11)计算：
Figure FDA0003670127410000061
步骤53-4-23、通过干扰地球站天线直径D_es2，天线主瓣增益Gmax，波长lambda，第一个旁瓣增益G1，计算偏轴角的边界值theta_m，单位为degrees，使用公式(2-12)计算：
Figure FDA0003670127410000062
步骤53-4-24、通过干扰地球站天线直径D_es2，计算偏轴角的边界值theta_r，单位为degrees，使用公式(2-13)计算：
Figure FDA0003670127410000063
步骤53-4-25、通过干扰地球站天线直径D_es2，步骤1的波长lambda，偏轴角边界值theta_m，偏轴角的边界值theta_r，顶心角theta_t计算干扰地球站相对受扰卫星的偏轴增益I_gain，单位为dBi，计算如下：
当(D_es2/lambda)≥100时，
如果0＜theta_t＜theta_m，使用公式(2-14)计算：
Figure FDA0003670127410000064
如果theta_m≤theta_t＜theta_r，使用公式(2-15)计算：
I_gain＝G1 (2-15)
如果theta_r≤theta_t＜48，使用公式(2-16)计算：
I_gain＝32-25log(theta_t) (2-16)
如果48≤theta_t＜180，使用公式(2-17)计算：
I_gian＝-10 (2-17)
当(D_es2/lambda)＜100时，
如果0＜theta_t＜theta_m，使用公式(2-18)计算：
Figure FDA0003670127410000071
如果
Figure FDA0003670127410000072
使用公式(2-19)计算：
I_gain＝G1 (2-19)
如果
Figure FDA0003670127410000073
使用公式(2-20)计算：
Figure FDA0003670127410000074
如果48≤theta_t＜180，使用公式(2-21)计算：
Figure FDA0003670127410000075
9.根据权利要求8所述的基于空间资源数据库与轮廓线插值的上行干扰分析方法，其特征在于，步骤54所述计算干扰物理量，具体如下：
步骤54-1、记系统等效噪声温度为noise，载波带宽为B，单位为K，计算系统噪声N，单位为dB，使用公式(3-1)计算：
N＝10log(noise)-228.6+10logB (3-1)
步骤54-2、通过受扰地球站发射功率P1，受扰卫星波束增益Gain1，发射天线增益υ_gain，自由空间传输损耗υ_loss，计算载波C，单位为dB，使用公式(3-2)计算：
C＝P1+Gain1+υ_gain-υ_loss (3-2)
步骤54-3、通过干扰地球站发射功率P2，受扰卫星的波束增益Gain2，发射天线增益Igain，自由空间传输损耗I_loss，计算干扰I，单位为dB，使用公式(3-3)计算：
I＝P2+Gain2+I_gain-I_loss (3-3)
步骤54-4、通过N、C，计算载噪比CtoN，单位为dB，使用公式(3-4)计算：
CtoN＝C-N (3-4)
步骤54-5、通过C、I，计算载波干扰比CtoI，单位为dB，使用公式(3-5)计算：
CtoI＝C-I (3-5)
步骤54-6、通过N、C、I，计算载波干扰加噪声比CtoN_I，单位为dB，使用公式(3-6)计算：
CtoN_I＝C-10log(10N/10+10I/10) (3-6)
步骤54-7、通过N、I，计算干扰噪声比ItoN，单位为dB，使用公式(3-7)计算：
ItoN＝I-N (3-7)
步骤54-8、通过干扰噪声比ItoN，计算DTtoT，单位为dB，使用公式(3-8)计算：
Figure FDA0003670127410000081
将物理量存入干扰链路矩阵中，此矩阵为后面的干扰矩阵提供数据支持，记录beam_name、grp_id、e_as_id和seq_emiss，其中e_as_id是相关地球站的唯一标识，seq_emiss是相关载波的唯一标识。
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