CN114928397B - 一种低轨星座系统pfd计算方法及装置 - Google Patents

一种低轨星座系统pfd计算方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低轨星座系统PFD计算方法，包括以下步骤：获取非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值；遍历PFD掩码表格，确定非静止轨道卫星的星下点纬度、a和Δlong所在的初始表格区间；找出初始表格区间以及与初始表格区间相邻的所有表格区间，并确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、a以及Δlong值是否位于初始表格区间或位于与初始表格区间相邻的所有表格区间内；将非静止轨道卫星当前的星下点纬度、a以及Δlong值所在的表格区间重新确定为初始表格区间，并重复步骤S103；根据非静止轨道卫星的星下点纬度、a和Δlong值所在的PFD掩码表格的表格区间计算PFD值。本发明能够降低PFD计算量并缩短计算时间。

Description

一种低轨星座系统PFD计算方法及装置
技术领域
本发明涉及卫星通讯技术领域，特别是涉及一种低轨星座系统PFD计算方法及装置。
背景技术
随着卫星通讯技术的发展，非静止轨道卫星广泛应用于全球范围内。非静止轨道卫星的数量庞大，大多数非静止轨道卫星使用与静止轨道卫星相重叠的频段。根据无线电规则，非静止轨道卫星负责避免对静止轨道卫星的干扰。因此，需要分析非静止轨道卫星对静止轨道卫星的干扰情况，以便给出干扰规避策略。为了分析非静止轨道卫星对静止轨道卫星的干扰情况，世界无线电通信大会通过了EPFD(等效功率通量密度)的概念：即非对地静止卫星系统范围内，所有发射电台在地球表面或在对地静止轨道中的对地静止卫星系统接收电台产生的功率通量密度的总和。非静止轨道卫星对静止轨道卫星地球站的PFD可通过查找PFD(功率通量密度)掩码表格并计算得出，在现有技术中，每次计算非静止轨道卫星对静止轨道卫星地球站的PFD时，通常需要遍历整个PFD掩码表格，这极大增加了计算量以及查找PFD掩码表格所需要的时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低轨星座系统PFD计算方法及装置，以降低PFD计算量并缩短计算时间。
本发明的目的是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种低轨星座系统PFD计算方法，包括以下步骤：S101、获取非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值；S102、遍历PFD掩码表格，确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong所在PFD掩码表格的初始表格区间；S103、在下一次计算PFD时，找出所述初始表格区间以及与所述初始表格区间相邻的所有表格区间，并确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值是否位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的所有表格区间内；S104、若非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的某个表格区间内，则将非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值所在的表格区间重新确定为所述初始表格区间，并重复步骤S103；S105、根据非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值所在的PFD掩码表格的表格区间计算PFD值。
在一些实施方式中，所述在下一次计算PFD时，找出所述初始表格区间以及与所述初始表格区间相邻的所有表格区间通过记忆搜索算法实现。
在一些实施方式中，步骤S105包括：在确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值所在的PFD掩码表格的表格区间后，通过双线性插值法计算PFD值。
在一些实施方式中，步骤S104还包括：若非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值不存在于所述初始表格区间以及与所述初始表格区间相邻的所有表格区间中，则重新遍历PFD掩码表格，以确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值所在PFD掩码表格的初始表格区间。
在一些实施方式中，步骤S102包括：按照由小到大的顺序，将PFD掩码表格中的所有表格区间与非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值进行比对，若在PFD掩码表格的某个表格区间找到非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值，则停止遍历，该找到的表格区间即为所述初始表格区间。
在一些实施方式中，步骤S102包括：按照由大到小的顺序，将PFD掩码表格中的所有表格区间与非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值进行比对，若在PFD掩码表格的某个表格区间找到非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值，则停止遍历，该找到的表格区间即为所述初始表格区间。
在一些实施方式中，通过非静止轨道卫星的经度、纬度以及轨道高度获取非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值。
本发明还提供一种低轨星座系统PFD计算装置，包括：获取模块，获取非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值；遍历模块，遍历PFD掩码表格，确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong所在PFD掩码表格的初始表格区间；位置确定模块，在下一次计算PFD时，找出所述初始表格区间以及与所述初始表格区间相邻的所有表格区间，并确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值是否位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的所有表格区间内；初始表格区间重新确定模块，若非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的某个表格区间内，则将非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值所在的表格区间重新确定为所述初始表格区间，并重复步骤S103；计算模块，根据非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值所在的PFD掩码表格的表格区间计算PFD值。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其用于存储非暂时性计算机可读指令，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，使得所述计算机执行前述的方法。
本发明的有益效果至少包括：通过遍历PFD掩码表格，确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong所在PFD掩码表格的初始表格区间，并利用卫星运动轨迹变化较小的特点，在下一次计算PFD时，找出所述初始表格区间以及与所述初始表格区间相邻的所有表格区间，并确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值是否位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的所有表格区间内，将搜索范围由遍历算法的上百万数量级减少到10左右，可以极大缩减查找时间，从而加快运算速度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1-图2为对非静止轨道卫星的最小鉴别角a以及Δlong进行说明的示意图；
图3为本发明一个实施例的低轨星座系统PFD计算方法的流程图；
图4为对PFD掩码表格应用双线性插值法计算PFD的示意图；
图5为本发明一个实施例的低轨星座系统PFD计算装置的结构框图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明的技术手段，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的低轨星座系统PFD计算方法的具体实施方式详细说明。
如图1以及图2所示，最小鉴别角a是静止轨道卫星弧段上不同测试点Pi和静止轨道卫星地球站的连线与静止轨道卫星地球站和非静止轨道卫星的连线所呈夹角的最小值。Δlong是非静止轨道卫星的星下点与最小鉴别角a所对应的测试点Pi的经度差值。
当计算非静止轨道卫星对地球上某点(即静止轨道卫星地球站)的干扰值时，根据非静止轨道卫星的经度、纬度以及轨道高度，可以计算非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong。以非静止轨道卫星的星下点纬度为z轴、最小鉴别角a为横轴，Δlong为纵轴建立坐标系，非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong可以生成在一个三维的PFD掩码表格中，通过该PFD掩码表格，可以直接读出网格交点的PFD干扰值，但是除网格交点外的任意一组星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong对应的PFD干扰值无法通过PFD掩码表格直接读出。确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong所在表格区间，并利用表格区间的网格交点可以计算每组数据对应的PFD干扰值。其中，PFD为功率通量密度,EPFD为等效功率通量密度。
如图3所示，本发明所述低轨星座系统PFD计算方法，包括以下步骤：
S101、获取非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值。
具体地，根据非静止轨道卫星的经度、纬度以及轨道高度，能够计算出非静止轨道卫星当前的星下点纬度、静止轨道卫星地球站相对于非静止轨道卫星的最小鉴别角a以及Δlong值。
S102、遍历PFD掩码表格，确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong所在PFD掩码表格的初始表格区间。
具体地，按照由小到大的顺序，将PFD掩码表格中的所有表格区间与非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值进行比对，若在PFD掩码表格的某个表格区间找到非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值，则停止遍历，该表格区间即为初始表格区间。在一些其他实施例中，也可按照由大到小的顺序，将PFD掩码表格中的所有表格区间与非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值进行比对。
S103、在下一次计算PFD时，找出初始表格区间以及与该初始表格区间相邻的所有表格区间，并确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值是否位于初始表格区间或位于与该初始表格区间相邻的所有表格区间内。
具体地，由于PFD掩码的数据量极大，在整个范围的PFD掩码表格中通过遍历寻找数据相当浪费时间，并且根据卫星的运动轨迹方程，卫星每次由于位置改变所导致的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值变化很小，因此，在下一次计算PFD时，通过记忆搜索算法直接找出初始表格区间以及与该初始表格区间相邻的所有表格区间，并在该初始表格区间以及与该初始表格区间相邻的所有表格区间内确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值是否位于初始表格区间或位于与该初始表格区间相邻的所有表格区间内。可以理解的是，在步骤S103之前，本发明所述PFD计算方法还包括：根据非静止轨道卫星当前的经度、纬度以及轨道高度，计算出非静止轨道卫星当前的星下点纬度、静止轨道卫星地球站相对于非静止轨道卫星的最小鉴别角a以及Δlong值。
S104、若非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值位于初始表格区间或位于与该初始表格区间相邻的某个表格区间内，则将非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值所在的表格区间重新确定为初始表格区间，并在下一次计算PFD值时重复步骤S103。
具体地，在大多数情况下，卫星每次由于位置改变所导致的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值变化很小，非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值会位于初始表格区间或位于与该初始表格区间相邻的某个表格区间内。
若非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值依然位于通过遍历确定的初始表格区间，则在下一次计算PFD值时，直接找出通过遍历确定的初始表格区间以及与该初始表格区间相邻的所有表格区间，并确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值是否位于该初始表格区间或位于与该初始表格区间相邻的所有表格区间内。
若非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值位于与通过遍历确定的初始表格区间相邻的某个表格区间内，则将该表格区间确定为初始表格区间，并在下一次计算PFD值时，直接找出该表格区间以及与该表格区间相邻的表格区间，并确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值是否位于该表格区间或位于与该初始表格区间相邻的所有表格区间内。
在其他情况下，若非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值不存在于初始表格区间以及与初始表格区间相邻的所有表格区间中，则重新遍历PFD掩码表格，以确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值所在PFD掩码表格的初始表格区间，并在下一次计算PFD值时，直接找出该初始表格区间以及与该初始表格区间相邻的所有表格区间。
S105、根据非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值所在的PFD掩码表格的表格区间计算PFD值。
具体地，步骤S105包括：在确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值所在的表格区间后，通过双线性插值法计算PFD值。通过PFD掩码表格，可以读出网格交点的干扰值，但是任意一组星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值对应的PFD数值无法直接在PFD掩码表格中直接读出数据，因此，可使用双线性插值的方法计算具有任意一组星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值的非静止轨道卫星对静止轨道卫星地球站的干扰值。
示例地，以最小鉴别角a(设为x)和Δlong(设为y)组成二维数据为例对双线性插值法进行解释说明。可以理解的是，对星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值所组成的三维数据与最小鉴别角a和Δlong值组成的二维数据的处理原理相同。
如图4所示，通过遍历PFD掩码表格，可以得到非静止轨道卫星的最小鉴别角a和Δlong值所在的表格区间，例如，最小鉴别角a和Δlong位于P11(x1,y1)、P12(x1,y2)、P21(x2,y1)以及P22(x2,y2)四点所组成的表格区间内，通过查找PFD掩码表格可以得到P11，P12，P21，P22对应的干扰值的数值。通过双线性插值确定出点P(x,y)处的所对应的干扰值的数值：
λx＝(x-x1)/(x2-x1)
λy＝(y-y1)/(y2-y1)
P＝(1–λx)(1–λy)P11+λx(1–λy)P21+(1–λx)λyP12+λxλyP22
点P(x,y)处所对应的干扰值即为非静止轨道卫星对静止轨道卫星地球站的干扰值。
下面以具体数据为例进行说明。在第一次计算PFD时，已知非静止轨道卫星的最小鉴别角a(x＝5.8)和Δlong(y＝19.4)，采用遍历搜索算法，在整个PFD掩码表格进行表格区间比对，找到该点在(x1,y1)＝(5,19),(x1,y2)＝(5,20),(x2,y1)＝(6,19),(x2,y2)＝(6,20)组成的初始表格区间。由于卫星的运动特点，最小鉴别角a和Δlong的变化很小，在第二次计算PFD时，通过非静止轨道卫星的经度、纬度以及轨道高度计算出最小鉴别角a(x＝6.2)和Δlong(y＝19.6)，然后，采用记忆搜索算法找出由遍历所确定的初始表格区间，以及与该初始表格区间相邻的8个表格区间(在处理三维数据时，与初始表格区间相邻的表格区间为16个)并进行数值比对。如果非静止轨道卫星的最小鉴别角a(x＝6.2)和Δlong(y＝19.6)位于初始表格区间或与该初始表格区间相邻的8个表格区间，通过双线性插值法求出PFD值。如果非静止轨道卫星的最小鉴别角a(x＝6.2)和Δlong(y＝19.6)不位于初始表格区间或与该初始表格区间相邻的8个表格区间，则重新进行遍历搜索。
本发明通过遍历PFD掩码表格，确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong所在PFD掩码表格的初始表格区间，并利用卫星运动轨迹变化较小的特点，在下一次计算PFD时，找出所述初始表格区间以及与所述初始表格区间相邻的所有表格区间，并确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值是否位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的所有表格区间内，将搜索范围由遍历算法的上百万数量级减少到10左右，可以极大缩减查找时间，从而加快运算速度。
本发明还提供一种低轨星座系统PFD计算装置，包括：获取模块101，获取非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值；遍历模块102，遍历PFD掩码表格，确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong所在PFD掩码表格的初始表格区间；位置确定模块103，在下一次计算PFD时，找出所述初始表格区间以及与所述初始表格区间相邻的所有表格区间，并确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值是否位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的所有表格区间内；初始表格区间重新确定模块104，若非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的某个表格区间内，则将非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值所在的表格区间重新确定为所述初始表格区间，并重复步骤S103；以及计算模块105，根据非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值所在的PFD掩码表格的表格区间计算PFD值。
可以理解的是，本发明所述低轨星座系统PFD计算装置还包括能够实现本发明所述低轨星座系统PFD计算方法的其他任何模块。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其用于存储非暂时性计算机可读指令，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，使得所述计算机执行如前所述的低轨星座系统PFD计算方法。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够实施本发明。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明的范围。因此，本发明不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

Claims (9)

1.一种低轨星座系统PFD计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101、获取非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值；
S102、遍历PFD掩码表格，确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong所在PFD掩码表格的初始表格区间；
S103、在下一次计算PFD时，找出所述初始表格区间以及与所述初始表格区间相邻的所有表格区间，并确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值是否位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的所有表格区间内；
S104、若非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的某个表格区间内，则将非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值所在的表格区间重新确定为所述初始表格区间，并重复步骤S103；
S105、根据非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值所在的PFD掩码表格的表格区间计算PFD值；
其中，Δlong是非静止轨道卫星的星下点与最小鉴别角a所对应的测试点Pi的经度差值。
2.根据权利要求1所述的低轨星座系统PFD计算方法，其特征在于，所述在下一次计算PFD时，找出所述初始表格区间以及与所述初始表格区间相邻的所有表格区间通过记忆搜索算法实现。
3.根据权利要求1所述的低轨星座系统PFD计算方法，其特征在于，步骤S105包括：在确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值所在的PFD掩码表格的表格区间后，通过双线性插值法计算PFD值。
4.根据权利要求1所述的低轨星座系统PFD计算方法，其特征在于，步骤S104还包括：若非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值不存在于所述初始表格区间以及与所述初始表格区间相邻的所有表格区间中，则重新遍历PFD掩码表格，以确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值所在PFD掩码表格的初始表格区间。
5.根据权利要求1所述的低轨星座系统PFD计算方法，其特征在于，步骤S102包括：按照由小到大的顺序，将PFD掩码表格中的所有表格区间与非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值进行比对，若在PFD掩码表格的某个表格区间找到非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值，则停止遍历，该找到的表格区间即为所述初始表格区间。
6.根据权利要求1所述的低轨星座系统PFD计算方法，其特征在于，步骤S102包括：按照由大到小的顺序，将PFD掩码表格中的所有表格区间与非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值进行比对，若在PFD掩码表格的某个表格区间找到非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值，则停止遍历，该找到的表格区间即为所述初始表格区间。
7.根据权利要求1所述的低轨星座系统PFD计算方法，其特征在于，通过非静止轨道卫星的经度、纬度以及轨道高度获取非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值。
8.一种低轨星座系统PFD计算装置，其特征在于，包括：
获取模块，获取非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值；
遍历模块，遍历PFD掩码表格，确定非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong所在PFD掩码表格的初始表格区间；
位置确定模块，在下一次计算PFD时，找出所述初始表格区间以及与所述初始表格区间相邻的所有表格区间，并确定非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值是否位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的所有表格区间内；
初始表格区间重新确定模块，若非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值位于所述初始表格区间或位于与所述初始表格区间相邻的某个表格区间内，则将非静止轨道卫星当前的星下点纬度、最小鉴别角a以及Δlong值所在的表格区间重新确定为所述初始表格区间，并重复步骤S103；
计算模块，根据非静止轨道卫星的星下点纬度、最小鉴别角a和Δlong值所在的PFD掩码表格的表格区间计算PFD值；
其中，Δlong是非静止轨道卫星的星下点与最小鉴别角a所对应的测试点Pi的经度差值。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其用于存储非暂时性计算机可读指令，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，使得所述计算机执行如权利要求1-7中任意一项所述的方法。
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