CN115037353B - 一种计算星座系统对地球站的干扰值的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种计算星座系统对地球站的干扰值的方法及装置，该方法包括以下步骤：获取星座系统中具有对称性的卫星集合；在具有对称性的卫星集合中选定参考卫星并计算参考卫星的初始位置；计算具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置；计算参考卫星的运行位置，并根据参考卫星的运行位置以及具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置确定具有对称性的卫星集合中的其他卫星的运行位置；根据具有对称性的卫星集合中卫星的运行位置计算干扰值。本发明能够降低计算星座系统对地球站的干扰值的计算量并缩短计算时间。

Description

一种计算星座系统对地球站的干扰值的方法及装置

技术领域

本发明涉及卫星通讯技术领域，特别是涉及一种计算星座系统对地球站的干扰值的方法及装置。

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。若要计算卫星对地球站的干扰值，则需要估算卫星的运行位置，在现有技术中，通常采用概率算法获取卫星的运行位置。概率算法需要计算星座所有卫星可能运动到的位置的概率，以及在该运行位置下发射电台对地球站的干扰值。但由于卫星星座数量可能巨大，获得该星座所有卫星的位置概率的计算量十分惊人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算星座系统对地球站的干扰值的方法及装置，以降低计算星座系统对地球站的干扰值的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计算星座系统对地球站的干扰值的方法，包括以下步骤：S101、获取所述星座系统中具有对称性的卫星集合；S102、在所述具有对称性的卫星集合中选定参考卫星并计算所述参考卫星的初始位置；S103、计算所述具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置；S104、计算所述参考卫星的运行位置，并根据所述参考卫星的运行位置以及所述具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置确定所述具有对称性的卫星集合中的其他卫星的运行位置；S105、根据所述具有对称性的卫星集合中卫星的运行位置计算干扰值。

在一些实施方式中，所述具有对称性的卫星集合中的所有卫星在轨道平面内均匀分布。

在一些实施方式中，所述获取所述星座系统中具有对称性的卫星集合包括根据轨道高度、轨道平面、轨道平面的卫星数量以及轨道倾角获取所述具有对称性的卫星集合。

在一些实施方式中，当所述星座系统为Walker星座时，参考卫星可在Walker星座中任意选取。

在一些实施方式中，在所述星座中选定所述参考卫星后，可获取所述参考卫星的轨道参数六根数，然后可根据所述参考卫星的轨道参数六根数计算所述参考卫星的初始位置。

在一些实施方式中，所述参考卫星的运行位置位于所述具有对称性的卫星集合中其他卫星的运行位置中的某个位置。

在一些实施方式中，所述星座系统中的不同卫星在轨道平面的同一位置对地球站的干扰功率被配置成相同。

本发明还提供一种计算星座系统对地球站的干扰值的装置，包括：获取模块，用于获取所述星座系统中具有对称性的卫星集合；选定模块，用于在所述具有对称性的卫星集合中选定参考卫星并计算所述参考卫星的初始位置；初始位置计算模块，用于计算所述具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置；运行位置确定模块，用于计算所述参考卫星的运行位置，并根据所述参考卫星的运行位置以及所述具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置确定所述具有对称性的卫星集合中的其他卫星的运行位置；干扰值计算模块，用于根据所述具有对称性的卫星集合中卫星的运行位置计算干扰值。

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：本发明通过计算参考卫星运行之后所处的位置以及卫星集合的对称性直接确定出具有对称性的卫星集合中卫星的运行位置，从而节省计算具有对称性的卫星集合中的卫星的运行位置的计算过程，也就节省了计算量以及计算所需的资源消耗。

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为本发明一个实施例的计算星座系统对地球站的干扰值的方法的流程图；

图2为本发明一个实施例的计算星座系统对地球站的干扰值的装置的结构示意图。

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计算星座系统对地球站的干扰值的方法及装置的具体实施方式详细说明。

如图1所示，本发明所述的计算星座系统对地球站的干扰值的方法，包括以下步骤：

S101、获取所述星座系统中具有对称性的卫星集合。

具体地，以Walker星座为例进行说明，Walker星座均匀对称且属于圆形轨道星座，每个Walker星座具有相应的构型码，构型码包括卫星数量N、轨道平面数P以及相位因子F。Walker星座中的卫星的位置满足下述公式：

式中，m为轨道平面编号,j为轨道平面上的卫星编号，Ω_m为卫星所在轨道平面升交点，u_mj为相位(度)。

通过上述记载的公式可知，具有对称性的卫星集合中的所有卫星在轨道平面内均匀分布。因此，通过星座中卫星的轨道高度、轨道平面、轨道平面的卫星数量以及轨道倾角等要素可判断星座中是否具有对称的卫星集合。

可以理解的是，具有对称性的卫星集合可包括多组卫星，不同组别之间的卫星无需满足在轨道平面内均匀分布，但在每组卫星的组内的各个卫星之间需要满足在轨道平面内均匀分布。示例地，具有对称性的卫星集合可包括第一组卫星以及第二组卫星，其中，第一组卫星包括的所有卫星在轨道平面内均匀分布，第二组卫星包括的所有卫星在轨道平面内均匀分布，但第一组卫星所包括的卫星与第二组卫星所包括的卫星之间无需满足在轨道平面内均匀分布。

S102、在所述具有对称性的卫星集合中选定参考卫星并计算所述参考卫星的初始位置。

以Walker星座为例进行说明，Walker星座所具有的所有卫星均是对称的，因此，Walker星座只有一个具有对称性的卫星集合，因此，参考卫星可从Walker星座的卫星集合中任意选取一个。对于其他星座系统而言，例如某个星座所包括的对称性的卫星集合为两个，分别为第一组卫星和第二组卫星，需要从第一组卫星中任意选出一个作为第一参考卫星，从第二组卫星中选出第二参考卫星。在星座中选定参考卫星后，可获取参考卫星的轨道参数六根数，然后可根据参考卫星的轨道参数六根数计算参考卫星的初始位置。此后处理进入步骤S103。

S103、计算所述具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置。

具体地，可获取星座中除了参考卫星之外的其他卫星的轨道参数六根数，然后可根据其他卫星的轨道参数六根数分别计算其他卫星的初始位置。此后处理进入步骤S104。

S104、计算所述参考卫星的运行位置，并根据所述参考卫星的运行位置以及具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置确定所述具有对称性的卫星集合中的其他卫星的运行位置。

具体地，运行位置表征卫星运行之后所处位置，当参考卫星的运行位置位于具有对称性的卫星集合中其他卫星的运行位置中的某个位置时，利用卫星的对称性，可根据参考卫星的运行位置以及具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置确定具有对称性的卫星集合中的其他卫星的运行位置。

以星座系统包括n颗卫星的对称性集合为例，对具有对称性的卫星集合所具备的特点进行进一步说明：这n颗卫星分别编号(s1,s2,…,sn)，位置分别对应(x1,x2,…,xn)，如果卫星s1从x1运动到x2，那么卫星s2一定位于xi，其中，1＝<i<＝n，i为自然数。也就是说，具有对称性的n颗卫星(s1,s2,…,sn)的初始位置分别对应(x1,x2,…,xn)，当这n颗卫星运行至(y1,y2,…,yn)，如果存在i使得xi＝yj，那么(y1,y2,…,yn)必然是(x1,x2,…,xn)的重新排列组合，其中，1＝<j<＝n，j为自然数。

示例地，当具有对称性的n颗卫星(s1,s2,…,sn)位于初始位置(x1,x2,…,xn)时，对地球站的干扰值为(E1,E2,…,En)，假设当该n颗卫星(s1,s2,…,sn)中的某一颗卫星运行至(y1,y2,…,yn)中的某一位置时，满足xi＝yj，则(y1,y2,…,yn)必然是(x1,x2,…,xn)的重新排列组合，如果每颗卫星被配置为具有相同的PFD掩码，那么具有对称性的n颗卫星(s1,s2,…,sn)在位于初始位置(x1,x2,…,xn)时与运行至(y1,y2,…,yn)时，对地球站会产生相同的干扰值，也即为(E1,E2,…,En)。因此，只需要计算具有对称性的n颗卫星(s1,s2,…,sn)位于(x1,x2,…,xn)时对地球站的干扰值，即可知道该n颗卫星(s1,s2,…,sn)位于(y1,y2,…,yn)时对地球站的干扰值。

现有技术根据参考卫星的经度、纬度以及轨道高度确定参考卫星的运行位置，根据参考卫星的运行位置计算参考卫星的运行时间，并根据参考卫星的运行时间，计算星座中所有卫星的运行位置，这会带来巨大的计算量。本发明通过计算参考卫星运行之后所处的位置以及卫星集合的对称性直接确定出具有对称性的卫星集合中卫星的运行位置，从而节省计算具有对称性的卫星集合中的卫星的运行位置的计算过程，也就节省了计算量以及计算所需的资源消耗。此后处理进入步骤S105。

S105、根据所述具有对称性的卫星集合中卫星的运行位置计算干扰值。在一个优选实施例中，在设计星座以及卫星时，可将星座中的所有卫星配置为具有相同的PFD掩码。承接步骤S104，具有对称性的n颗卫星(s1,s2,…,sn)在位于初始位置(x1,x2,…,xn)时与运行至(y1,y2,…,yn)时，对地球站会产生相同的干扰值，从而只需要计算具有对称性的n颗卫星(s1,s2,…,sn)位于(x1,x2,…,xn)时对地球站的干扰值，即可知道该n颗卫星(s1,s2,…,sn)位于(y1,y2,…,yn)时对地球站的干扰值。

可以理解的是，对于星座系统中不具有对称性的卫星，仍需要通过遍历各个卫星的运行位置，并根据各个卫星的运行位置计算对地球站的干扰值。

本发明通过获取星座中具有对称性的卫星集合，并通过参考卫星推算出具有对称性的卫星集合中的卫星的运行位置，利用星座的对称性判断不必要的重复计算，达到减少计算量的目的。

以下通过具体示例阐述本发明的算法原理。需要说明的是，本发明在此举出具体示例仅仅为了阐明本发明的原理，这不应构成对发明的保护范围的限制。

假设有两颗卫星平均分布在一条轨道平面上，地球站在北京，A卫星运行在天津上空，B卫星运行在美国华盛顿上空，可分别计算出A卫星和B卫星在当前所处位置对地球站的干扰功率；通过星座的对称性和卫星轨道运动的计算可以确定A卫星运行至美国华盛顿上空时，B卫星一定运行至天津上空；从EPFD计算的方程可以证明，相对同一个地球站，B卫星在天津上空的干扰功率和A卫星在天津上空的干扰功率相同；A卫星在华盛顿上空和B卫星在华盛顿上空的干扰功率相同，从而无需计算B卫星在天津上空和A卫星在华盛顿上空的干扰功率。

如图2所示，根据上述计算星座系统对地球站的干扰值的方法，本发明还提供一种计算星座系统对地球站的干扰值的装置，包括获取模块101，用于获取星座系统中具有对称性的卫星集合；选定模块102，用于在具有对称性的卫星集合中选定参考卫星并计算参考卫星的初始位置；初始位置计算模块103，用于计算具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置；运行位置确定模块104，用于计算参考卫星的运行位置，并根据参考卫星的运行位置以及具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置确定具有对称性的卫星集合中的其他卫星的运行位置；干扰值计算模块105，用于根据具有对称性的卫星集合中卫星的运行位置计算干扰值。

可以理解的是，本发明所述计算星座系统对地球站的干扰值的装置还包括能够实现本发明所述计算星座系统对地球站的干扰值的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计算星座系统对地球站的干扰值的方法。

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)

1.一种计算星座系统对地球站的干扰值的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、获取所述星座系统中具有对称性的卫星集合，其中，所述星座系统中的每颗卫星被配置为具有相同的PFD掩码；

S102、在所述具有对称性的卫星集合中选定参考卫星并计算所述参考卫星的初始位置；

S103、计算所述具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置；

S104、计算所述参考卫星的运行位置，并根据所述参考卫星的运行位置以及所述具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置确定所述具有对称性的卫星集合中的其他卫星的运行位置；

S105、根据所述具有对称性的卫星集合中卫星的运行位置计算干扰值。

2.根据权利要求1所述的计算星座系统对地球站的干扰值的方法，其特征在于，所述具有对称性的卫星集合中的所有卫星在轨道平面内均匀分布。

3.根据权利要求2所述的计算星座系统对地球站的干扰值的方法，其特征在于，所述获取所述星座系统中具有对称性的卫星集合包括根据轨道高度、轨道平面、轨道平面的卫星数量以及轨道倾角获取所述具有对称性的卫星集合。

4.根据权利要求1所述的计算星座系统对地球站的干扰值的方法，其特征在于，当所述星座系统为Walker星座时，参考卫星可在Walker星座中任意选取。

5.根据权利要求1所述的计算星座系统对地球站的干扰值的方法，其特征在于，在所述星座中选定所述参考卫星后，可获取所述参考卫星的轨道参数六根数，然后可根据所述参考卫星的轨道参数六根数计算所述参考卫星的初始位置。

6.根据权利要求1所述的计算星座系统对地球站的干扰值的方法，其特征在于，所述参考卫星的运行位置位于所述具有对称性的卫星集合中其他卫星的运行位置中的某个位置。

7.根据权利要求1所述的计算星座系统对地球站的干扰值的方法，其特征在于，所述星座系统中的不同卫星在轨道平面的同一位置对地球站的干扰功率被配置成相同。

8.一种计算星座系统对地球站的干扰值的装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取所述星座系统中具有对称性的卫星集合，其中，所述星座系统中的每颗卫星被配置为具有相同的PFD掩码；选定模块，用于在所述具有对称性的卫星集合中选定参考卫星并计算所述参考卫星的初始位置；初始位置计算模块，用于计算所述具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置；运行位置确定模块，用于计算所述参考卫星的运行位置，并根据所述参考卫星的运行位置以及所述具有对称性的卫星集合中其他卫星的初始位置确定所述具有对称性的卫星集合中的其他卫星的运行位置；干扰值计算模块，用于根据所述具有对称性的卫星集合中卫星的运行位置计算干扰值。

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至7中任意一项所述的方法。

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