CN115549826A - 一种卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法 - Google Patents

一种卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法，涉及一种卫星星座的相同频率干扰判定方法，主要针对卫星通信系统间同频干扰如何量化的问题，公开了以干扰噪声比为判别标准的卫星星座对静止轨道卫星干扰判定方法流程，详细了解了三个C/N门限，基于I/N进行评估，相比于仅使用EPFD限值，卫星星座系统资源利用率更高；本发明主要针对卫星通信系统间同频干扰如何量化的问题，通过干扰噪声比、等效功率通量密度的判别，为非静止轨道卫星星座与静止轨道卫星干扰协调提供干扰判别方法。使用该干扰判别方法，更贴合静止轨道卫星实际链路情况，可有效提升协调效率，避免资源浪费，为星座系统提供更多的链路余量。

Description

一种卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法。
背景技术
对于非静止轨道卫星星座，由于轨道的特性，卫星会沿着一定角度反复穿越赤道上空，如不采取任何措施，非静止轨道卫星(Non-Geostationary Satellite Orbit，以下简称NGSO)与静止轨道卫星(Geostationary-SatelliteOrbit，以下简称GSO)共存的场景下会持续产生共线干扰。
针对NGSO与GSO系统之间可能存在的干扰问题，国际电联目前给出了以等效功率通量密度(equivalent power flux-density，以下简称EPFD)限值为干扰判别标准的方法，EPFD限值为1997年世界无线电大会提出，经过多次修订，与2000年世界无线电大会确定。根据EPFD限值的制定历史，EPFD限值满足对当时所有卫星操作者提供的GSO链路的保护标准。但现有GSO通信技术已有了长足发展，20年前的GSO链路可能不适用于目前的GSO系统，同时，目前星座操作者与GSO操作者协调时，针对的是某一个或几个GSO系统，仍然采用EPFD限值会对星座系统提出更严格的要求，造成频轨资源浪费。因此，本方法提出了以干扰噪声比为判别标准的卫星星座对GSO的干扰判别方法，更贴合GSO实际链路情况，可有效提升协调效率，为星座系统提供更多的链路余量。
发明内容
本发明的目的在于：针对卫星通信系统间同频干扰的问题，提出了以干扰噪声比为判别标准的卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法，包括以下步骤：
S1：确定静止轨道卫星系统(C/N)cs、(C/N)bitsync、(C/N)t、GSO系统不可用度P、NGSO系统数量n、长期总干扰占总噪声百分比X；
S2：计算I/Nth限值曲线，计算公式如下：
Figure BDA0003843273290000021
式中，
Figure BDA0003843273290000022
Figure BDA0003843273290000023
Ilong-term/N＝10log[X/(100n)]
其中，
Ibit-sync/N为失去同步限值；
IBER/N为短期干扰限值；
Ilog-term/N为长期干扰限值；
Figure BDA0003843273290000031
为晴空状态下被干扰地球静止轨道卫星链路的
Figure BDA0003843273290000032
门限，单位为dB；
Figure BDA0003843273290000033
为被干扰地球静止轨道卫星链路的失同步门限，单位为dB；
Figure BDA0003843273290000034
为被干扰地球静止轨道卫星链路的解调门限，单位为dB；
n代表低轨星座系统个数；
P为低于
Figure BDA0003843273290000035
门限的可允许时间百分比，即系统不可用度，单位为％；
y为长期干扰时间百分比；
X为长期干扰占总噪声的百分比；
N为被干扰地球静止轨道卫星系统噪声功率，单位为dBW；
S3：计算NGSO系统对GSO系统地面站I/N互补累计概率分布曲线；
S4：提取该频段EPFD限值曲线，EPFD是用于计算地球静止轨道卫星及其地球站的接收天线在参考带宽内、从不同方向接收到不同入射的所有功率通量密度之和，EPFD计算公式如下：
Figure BDA0003843273290000036
其中，
EPFD为等效功率通量密度，单位为dB/(W/m2)；
Na为从地球表面或地球静止轨道考虑的静止轨道卫星系统接收端可以看见的低轨卫星的数量；
i为第i颗低轨卫星；
Pi为在参考带宽内，低轨卫星发射天线输入口的功率，单位为dBW；
Gt(θi)为第i颗低轨卫星在地球静止轨道卫星系统接收端方向的发射天线增益，单位为dBi；
di为低轨卫星与地球静止轨道卫星系统接收端之间的距离，单位为米；
Figure BDA0003843273290000041
为地球静止轨道卫星系统接收端在第i颗低轨卫星方向的接收天线增益，单位为dBi；
Gr，max为地球静止轨道卫星系统接收端天线的最大增益，单位为dBi；
S5：计算NGSO系统对GSO系统地面站EPFD互补累计概率分布曲线；
S6：比较I/N互补累计概率分布曲线与I/Nth限值曲线间距和EPFD互补累计概率分布曲线与EPFD限值曲线间距。
优选地，所述步骤S2中n取值为3.5，y取值为10％，X取值为6％。
优选地，所述步骤S6中如果I/N互补累计概率分布曲线与I/Nth限值曲线间距大于EPFD互补累计概率分布曲线与EPFD限值曲线间距，则采用I/Nth作为NGSO系统对GSO系统保护标准。
优选地，所述步骤S6中如果I/N互补累计概率分布曲线与I/Nth限值曲线间距小于等于EPFD互补累计概率分布曲线与EPFD限值曲线间距，则采用EPFD限值作为NGSO系统对GSO系统保护标准。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本申请主要针对卫星通信系统间同频干扰如何量化的问题，通过干扰噪声比、等效功率通量密度的判别，为非静止轨道卫星星座与静止轨道卫星干扰协调提供干扰判别方法。使用该干扰判别方法，更贴合静止轨道卫星实际链路情况，可有效提升协调效率，避免资源浪费，为星座系统提供更多的链路余量。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的低轨星座系统单入干扰噪声比的限值曲线图；
图2示出了根据本发明实施例提供的EPFD计算示意图；
图3示出了根据本发明实施例提供的以干扰噪声比为判别标准的卫星星座对静止轨道卫星干扰判定方法流程图；
图4示出了根据本发明实施例提供的108颗倾斜轨道卫星星座的干扰结果(地面站天线口径1米)；
图5示出了根据本发明实施例提供的54颗极地轨道卫星星座的干扰结果(地面站天线口径1米)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：
一种卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法，包括以下步骤：
S1：确定静止轨道卫星系统(C/N)cs、(C/N)bitsync、(C/N)t、GSO系统不可用度P、NGSO系统数量n、长期总干扰占总噪声百分比X；
S2：计算I/Nth限值曲线，计算公式如下：
Figure BDA0003843273290000061
式中，
Figure BDA0003843273290000062
Figure BDA0003843273290000063
Ilong-term/N＝10long[X/(100n)]
其中，
Ibit-sync/N为失去同步限值；
IBER/N为短期干扰限值；
Ilong-term/N为长期干扰限值；
Figure BDA0003843273290000064
为晴空状态下被干扰地球静止轨道卫星链路的
Figure BDA0003843273290000065
门限，单位为dB；
Figure BDA0003843273290000071
为被干扰地球静止轨道卫星链路的失同步门限，单位为dB；
Figure BDA0003843273290000072
为被干扰地球静止轨道卫星链路的解调门限，单位为dB；
n代表低轨星座系统个数；
P为低于
Figure BDA0003843273290000073
门限的可允许时间百分比，即系统不可用度，单位为％；
y为长期干扰时间百分比；
X为长期干扰占总噪声的百分比；
N为被干扰地球静止轨道卫星系统噪声功率，单位为dBW；
S3：计算NGSO系统对GSO系统地面站I/N互补累计概率分布曲线；
S4：提取该频段EPFD限值曲线，EPFD是用于计算地球静止轨道卫星及其地球站的接收天线在参考带宽内、从不同方向接收到不同入射的所有功率通量密度之和，EPFD计算公式如下：
Figure BDA0003843273290000074
其中，
EPFD为等效功率通量密度，单位为dB/(W/m2)；
Na为从地球表面或地球静止轨道考虑的静止轨道卫星系统接收端可以看见的低轨卫星的数量；
i为第i颗低轨卫星；
Pi为在参考带宽内，低轨卫星发射天线输入口的功率，单位为dBW；
Gt(θi)为第i颗低轨卫星在地球静止轨道卫星系统接收端方向的发射天线增益，单位为dBi；
di为低轨卫星与地球静止轨道卫星系统接收端之间的距离，单位为米；
Figure BDA0003843273290000081
为地球静止轨道卫星系统接收端在第i颗低轨卫星方向的接收天线增益，单位为dBi；
Gr，max为地球静止轨道卫星系统接收端天线的最大增益，单位为dBi；
S5：计算NGSO系统对GSO系统地面站EPFD互补累计概率分布曲线；
S6：比较I/N互补累计概率分布曲线与I/Nth限值曲线间距和EPFD互补累计概率分布曲线与EPFD限值曲线间距。
具体的，如图1、图2和图3所示，步骤S2中n取值为3.5，y取值为10％，X取值为6％，步骤S6中如果I/N互补累计概率分布曲线与I/Nth限值曲线间距大于EPFD互补累计概率分布曲线与EPFD限值曲线间距，则采用I/Nth作为NGSO系统对GSO系统保护标准，步骤S6中如果I/N互补累计概率分布曲线与I/Nth限值曲线间距小于等于EPFD互补累计概率分布曲线与EPFD限值曲线间距，则采用EPFD限值作为NGSO系统对GSO系统保护标准。
本发明中的干扰判定方法对于极轨道卫星星座、倾斜轨道卫星星座等不同非静止轨道构型星座的干扰判定情况如下：
对于倾斜轨道星座，选取Walker星座(N，P，F)参数为(108，12，9)，即星座卫星总数N为108颗，轨道面数P为12个，相位因子F为9。轨道高度h为海拔1100km，倾角为50°。
对于极轨道卫星，选取Walker星座(N，P，F)参数为(54，6，9)，即星座卫星总数N为54颗，轨道面数P为6个，相位因子F为9。轨道高度h为海拔1100km，倾角为86°。
假设低轨星座系统的地球站与静止轨道卫星系统的地球站同址，所有低轨卫星都直接指向静止轨道卫星系统的地球站进行干扰(最坏情况)。干扰信号发射天线增益取最大增益，静止轨道卫星系统的地球站的接收天线增益根据具体离轴角进行计算。静止轨道卫星系统的地球站的干扰源来自最小仰角(10°)以上的所有可视低轨卫星。
表1地球静止轨道Ka频段下行链路典型C/N门限
(C/N)<sub>cs</sub>门限 (C/N)<sub>t</sub>门限 (C/N)<sub>bitsync</sub>门限
18.7dB 10.1dB -7dB
具体的，如图4和图5所示，分别给出了108颗倾斜轨道卫星星座(卫星发射功率-26.7609dBW，天线最大增益28.8991dBi)和54颗极地轨道卫星星座(卫星发射功率-26.7609dBW，天线最大增益28.8991dBi)，对地球静止轨道(东经113.893度)如表1中的Ka频段下行链路按照不同干扰评估指标计算得到的干扰情况。隔离角为
Figure BDA0003843273290000101
隔离角6°表示当
Figure BDA0003843273290000102
时，卫星星座系统的卫星不发射功率，即功率为0。CCDF为互补累计分布函数，表示所有大于横坐标的值，出现的概率的和。可以看到，随着隔离角的增大，干扰信号逐渐变小直至满足或逼近EPFD限值。当静止轨道链路实际保护门限要求较低，低于当初确定EPFD限值所选择的典型链路的保护门限时，会存在干扰信号不满足EPFD限值但满足I/N限值的情况。
具体的，如图3所示，基于本发明提供的以干扰噪声比为判别标准的卫星星座对静止轨道卫星干扰判定方法流程，详细了解了三个C/N门限，基于I/N进行评估，相比于仅使用EPFD限值，卫星星座系统资源利用率更高；本发明主要针对卫星通信系统间同频干扰如何量化的问题，通过干扰噪声比、等效功率通量密度的判别，为非静止轨道卫星星座与静止轨道卫星干扰协调提供干扰判别方法。使用该干扰判别方法，更贴合静止轨道卫星实际链路情况，可有效提升协调效率，避免资源浪费，为星座系统提供更多的链路余量。
实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定静止轨道卫星系统(C/N)cs、(C/N)bitsync、(C/N)t、GSO系统不可用度P、NGSO系统数量n、长期总干扰占总噪声百分比X；
S2：计算I/Nth限值曲线，计算公式如下：
Figure FDA0003843273280000011
式中，
Figure FDA0003843273280000012
Figure FDA0003843273280000013
Ilong-term/N＝10log[X/(100n)]
其中，
Ibit-sync/N为失去同步限值；
IBER/N为短期干扰限值；
Ilong-term/N为长期干扰限值；
Figure FDA0003843273280000014
为晴空状态下被干扰地球静止轨道卫星链路的
Figure FDA0003843273280000015
门限，单位为dB；
Figure FDA0003843273280000021
为被干扰地球静止轨道卫星链路的失同步门限，单位为dB；
Figure FDA0003843273280000022
为被干扰地球静止轨道卫星链路的解调门限，单位为dB；
n代表低轨星座系统个数；
P为低于
Figure FDA0003843273280000023
门限的可允许时间百分比，即系统不可用度，单位为％；
y为长期干扰时间百分比；
X为长期干扰占总噪声的百分比；
N为被干扰地球静止轨道卫星系统噪声功率，单位为dBW；
S3：计算NGSO系统对GSO系统地面站I/N互补累计概率分布曲线；
S4：提取该频段EPFD限值曲线，EPFD是用于计算地球静止轨道卫星及其地球站的接收天线在参考带宽内、从不同方向接收到不同入射的所有功率通量密度之和，EPFD计算公式如下：
Figure FDA0003843273280000024
其中，
EPFD为等效功率通量密度，单位为dB/(W/m2)；
Na为从地球表面或地球静止轨道考虑的静止轨道卫星系统接收端可以看见的低轨卫星的数量；
i为第i颗低轨卫星；
Pi为在参考带宽内，低轨卫星发射天线输入口的功率，单位为dBW；
Gt(θi)为第i颗低轨卫星在地球静止轨道卫星系统接收端方向的发射天线增益，单位为dBi；
di为低轨卫星与地球静止轨道卫星系统接收端之间的距离，单位为米；
Figure FDA0003843273280000031
为地球静止轨道卫星系统接收端在第i颗低轨卫星方向的接收天线增益，单位为dBi；
Gr，max为地球静止轨道卫星系统接收端天线的最大增益，单位为dBi；
S5：计算NGSO系统对GSO系统地面站EPFD互补累计概率分布曲线；
S6：比较I/N互补累计概率分布曲线与I/Nth限值曲线间距和EPFD互补累计概率分布曲线与EPFD限值曲线间距。
2.根据权利要求1所述的一种卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法，其特征在于，所述步骤S2中n取值为3.5，y取值为10％，X取值为6％。
3.根据权利要求1所述的一种卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法，其特征在于，所述步骤S6中如果I/N互补累计概率分布曲线与I/Nth限值曲线间距大于EPFD互补累计概率分布曲线与EPFD限值曲线间距，则采用I/Nth作为NGSO系统对GSO系统保护标准。
4.根据权利要求1所述的一种卫星星座对静止轨道卫星同频干扰判定方法，其特征在于，所述步骤S6中如果I/N互补累计概率分布曲线与I/Nth限值曲线间距小于等于EPFD互补累计概率分布曲线与EPFD限值曲线间距，则采用EPFD限值作为NGSO系统对GSO系统保护标准。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117200868A (zh) * 2023-09-27 2023-12-08 中国空间技术研究院 一种星座间干扰评估与规避措施验证方法
CN117278105B (zh) * 2023-09-27 2024-04-26 中国人民解放军31007部队 基于规避角的低轨星载动中通抗下行干扰方法

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