CN115733537A - 一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置 - Google Patents

一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115733537A
CN115733537A CN202210981436.8A CN202210981436A CN115733537A CN 115733537 A CN115733537 A CN 115733537A CN 202210981436 A CN202210981436 A CN 202210981436A CN 115733537 A CN115733537 A CN 115733537A
Authority
CN
China
Prior art keywords
satellite
rainfall
signal
elevation angle
noise ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210981436.8A
Other languages
English (en)
Inventor
徐证清
李黎
杨鑫
李涛
张强
宋昊
王彤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Liangjiang Satellite Mobile Communication Co Ltd
Original Assignee
Chongqing Liangjiang Satellite Mobile Communication Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Liangjiang Satellite Mobile Communication Co Ltd filed Critical Chongqing Liangjiang Satellite Mobile Communication Co Ltd
Priority to CN202210981436.8A priority Critical patent/CN115733537A/zh
Publication of CN115733537A publication Critical patent/CN115733537A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置，涉及卫星通信技术领域。该方法通过实时获取降雨强度，并将实时获取的降雨强度输入至雨衰与降雨强度关系模型中进行计算，得到卫星信号在传输过程中的雨衰损耗，然后基于雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比，在得到卫星链路信噪比后，将卫星链路信噪比的余量等于0对应的仰角确定为最低可通信仰角，以根据下雨强度计算出下雨天气，尤其是大雨、暴雨天气时低轨卫星的最小可用通信仰角，向应急、军事等用户提供明确的可通信仰角，支撑其通信资源可用信息的评估。

Description

一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置
技术领域
本发明涉及低轨卫星通信技术领域，具体涉及一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置。
背景技术
在低轨卫星通信过程中，由于低轨卫星高速周期性运动，对于每一次地面通信设备和低轨卫星的通信，通信的可见仰角都是从低仰角逐步升高再减小。仰角越小，通信距离越长，自由空间基本传输衰减越大；仰角越大，通信距离越短，自由空间基本传输衰减越小。同理，通信距离越长大，降雨时卫星信号在传输过程中的雨衰值越大；通信距离越小，雨衰值越小。在下雨天尤其是大雨、暴雨天气时，正常情况下计算的通信最小可用仰角则会不准确，目前还没有方法计算下雨时低轨卫星正常通信的最小可用仰角。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为现有技术中没有计算下雨时低轨卫星正常通信的最小可用仰角。因此，本发明提供一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置，计算出降雨时，低轨卫星可以正常通信的最小可用仰角，以支撑对通信资源可用信息的评估。
本发明通过下述技术方案实现：
一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，包括：
实时获取降雨强度，并将实时获取的降雨强度输入至雨衰与降雨强度关系模型中进行计算，得到卫星信号在传输过程中的雨衰损耗；
基于所述雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比；
当所述卫星链路信噪比的余量等于0时，则将对应的仰角确定为最低可通信仰角。
进一步地，所述一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法还包括：
确定地面通信终端向低轨卫星发射信号时无线电波的振动方向，基于所述无线电波的震动方向确定幂律关系系数；
获取地面通信终端到卫星的仰角，并基于所述仰角计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度；
基于所述降雨强度幂律关系、等效传播路径长度和实时获取的降雨强度建立雨衰与降雨强度关系模型；
所述雨衰与降雨强度关系模型具体为：
Arain＝kRainαLS
式中，Arain(dB)表示降雨时卫星信号在传输过程中的雨衰损耗，k和α表示与频率相关的幂律关系系数，LS(km)表示卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度,单位为Km，Rain(mm/h)表示降雨强度。
进一步地，所述基于所述无线电波的震动方向确定幂律关系系数，包括：
基于所述无线电波的震动方向查询幂律关系系数计算参数表，得到幂律关系系数计算公式的计算参数；
其中，所述幂律关系系数计算公式具体为：
Figure SMS_1
Figure SMS_2
式中，k和α表示降雨强度的幂律关系系数；f(GHz)表示卫星信号的频率；k表示第一水平极化系数kH或第一垂直极化系数kV；α表示第二水平极化系数αH或第二垂直极化系数αV；α表示第二水平极化系数αH或第二垂直极化系数αV；aj表示不同j值下a离散系数；bj表示不同j值下b离散系数值；cj表示不同j值下c离散系数值；mk表示kH或kV对应的mk离散系数值；ck表示kH或kV对应的离散系数值；mα表示αH或αV对应的mα离散系数值；cα表示αH或αV对应的离散系数值；j的取值为1、2、3、4；
对于线极化(水平极化和垂直极化)和圆极化中所有的路径几何为：
k＝[kH+kV+(kH-kV)cos2θcos2τ]/2
a＝[kHaH+kVaV+(kHaH-kVaV)cos2θcos2τ]/2k
式中，θ表示地面通信设备到卫星的路径仰角，τ表示极化面倾角，τ＝0°、45°、90°分别代表水平极化、圆极化和垂直极化。
对于线极化和圆极化中所有的路径几何为：
k＝[kH+kV+(kH-kV)cos2θcos2τ]/2
a＝[kHaH+kVaV+(kHaH-kVaV)cos2θcos2τ]/2k
式中，θ表示地面通信设备到卫星的路径仰角，τ表示与相对水平位置的极化斜角，对于圆极化，τ＝45。
进一步地，所述基于所述仰角计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度，包括：
将仰角与预设仰角阈值(5°)进行比较，当仰角大于等于预设仰角阈值，则通过第一等效路径长度计算公式计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度；
当仰角小于预设仰角阈值，则通过第二等效路径长度计算公式计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度；
其中，第一等效路径长度计算公式为：
Figure SMS_3
第二等效路径长度计算公式为：
Figure SMS_4
其中，Ls(km)表示第一等效路径长度计算公式或第二等效路径长度计算公式计算得到的卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度，hR(km)表示降雨时的雨顶高度，hs表示地面通信设备所在海拔高度(km)，θ(°)表示地面通信设备到卫星的仰角，Re(8500km)表示等效地球半径。
进一步地，所述基于所述雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比，包括：
获取卫星信号在传输过程中的指向损耗、大气吸收损耗和极化损耗；
基于所述指向损耗、大气吸收损耗、极化损耗和雨衰损耗(所述指向损耗取值范围：0.3～0.6dB；所述大气吸收损耗取值范围：0.1～0.8dB；所述极化损耗取值范围：0.1～0.5dB；)，计算卫星信号在传输过程中的其他损耗；
计算卫星信号传输过程中的自由空间基本传输损耗，并结合卫星在传输过程中的其他损耗计算卫星信号的链路载噪比；
获取卫星信号的比特速率，基于卫星信号的链路载噪比和比特速率计算得到卫星信号的链路信噪比作为卫星链路信噪比。
进一步地，所述计算卫星信号传输过程中的自由空间基本传输损耗，并结合卫星在传输过程中的其他损耗计算卫星信号的链路载噪比，包括：
通过传输损耗计算公式计算卫星信号在传输过程中的自由空间基本传输损耗；
基于卫星信号传输过程中的自由空间基本传输损耗和其他损耗，计算卫星信号的链路载噪比；
所述自由空间基本传输损耗计算公式具体为：
Figure SMS_5
式中，Lbf表示自由空间基本传输损耗，d(km)表示地面通信设备和卫星之间的距离，d＝sinβ*(R+h)/sin(90°+θ)，θ表示地面通信设备到卫星的仰角，h表示卫星轨道高度，R表示地球半径，λ表示电磁波的波长；
计算卫星信号的链路载噪比的公式具体为：
C/n0＝EIRP+G/T-kB-Lbf-Lm
式中，C/n0(dBHz)载噪比表示链路总的载波与噪声加干扰功率谱密度比；EIRP(dBW)表示地面通信终端或者卫星发射信号的每个载波的有效全向辐射功率；G/T(dB/K)表示卫星信号接收方接收的系统品质因子；kB(1.380649×10^-23J/K)表示波尔兹曼常数；Lbf(dB)表示卫星信号的自由空间基本传输损耗，Lm(dB)表示其它损耗。
进一步地，所述获取卫星信号的比特速率，基于卫星信号的链路载噪比和比特速率计算得到卫星信号的链路信噪比作为卫星链路信噪比，包括：
获取卫星信号的比特速率，调用卫星链路信噪比计算公式对卫星信号的链路载噪比和比特速率进行计算，得到卫星信号的链路信噪比作为卫星链路信噪比；
所述卫星链路信噪比计算公式具体为：
Eb/n0＝C/n0-Rb
式中，Eb/n0(dB)信噪比表示每比特信号能量与噪声功率谱密度比；其中，C/n0表示链路载噪比，Rb(bit/s)表示卫星信号的比特速率。
进一步地，所述链路信噪比计算算法具体为：
Figure SMS_6
一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置，包括：
雨衰损耗实时计算模块，用于实时获取降雨强度，并将实时获取的降雨强度输入至雨衰与降雨强度关系模型中进行计算，得到卫星信号在传输过程中的雨衰损耗；
卫星链路计算分析模块，用于基于所述雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比；
最低可通信仰角计算模块，用于当所述卫星链路信噪比的余量等于0时，则将对应的仰角确定为最低可通信仰角。
进一步地，所述一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置还包括：
幂律关系系数确定单元，用于确定地面通信设备向低轨卫星发射信号时无线电波的振动方向，基于所述无线电波的震动方向确定幂律关系系数；
等效传播路径长度计算单元，用于获取地面通信终端到卫星的仰角，并基于仰角计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度。
模型建立单元，用于基于所述幂律关系系数、等效传播路径长度和实时获取的降雨强度建立雨衰与降雨强度关系模型；
所述雨衰与降雨强度关系模型具体为：
Arain＝kRainαLS
式中，Arain(dB)表示降雨时卫星信号在传输过程中的雨衰损耗，k和α表示与频率相关的幂律关系系数，LS(km)表示卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度,单位为Km，Rain(mm/h)表示降雨强度。
本发明提供一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置，通过实时获取降雨强度，并将实时获取的降雨强度输入至雨衰与降雨强度关系模型中进行计算，得到卫星信号在传输过程中的雨衰损耗，然后基于雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比，在得到卫星链路信噪比后，将卫星链路信噪比的余量等于0对应的仰角确定为最低可通信仰角，以根据下雨强度计算出下雨天气，尤其是大雨、暴雨天气时低轨卫星的最小可用通信仰角，向应急、军事等用户提供明确的可通信仰角，支撑其通信资源可用信息的评估。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一实施例中的低轨卫星通信链路上的雨衰路径示意图。
图2为本发明一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法的一流程图。
图3为本发明一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法的另一流程图。
图4为图1中步骤S20的一具体流程图。
图5为图2中步骤S23的一具体流程图。
图6为本发明一实施例中低轨卫星通信星地距离、地面通信设备到卫星的仰角、卫星轨道高度、地球半径之间的关系图。
图7为本发明一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置的结构示意图。
图8为本发明的计算设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
本发明提供一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，在下雨时，低轨卫星通信链路上的雨衰路径如图1所示，图中的Ls表示卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度，hR表示雨顶高度，hs表示地面通信终端的海拔高度，θ表示地面通信设备到卫星的仰角。卫星信号传输距离越大，雨衰越大，传输距离越小，雨衰越小。该方法中的卫星信号可以为卫星上行链路信号、下行链路信号或者上下行链路信号，信号的波段包括但不限于L波段、S波段、X波段、Ku波段、Ka波段和Q波段。
实施例1
如图2所示，本发明提供一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，包括：
S10：实时获取降雨强度，并将实时获取的降雨强度输入至雨衰与降雨强度关系模型中进行计算，得到卫星信号在传输过程中的雨衰损耗。
其中，雨衰损耗指卫星信号在雨天传输时的衰减损耗。雨衰与降雨强度关系模型指根据降雨强度计算降雨时卫星信号在传输过程中的衰减。
具体地，通过地面气象站实时获取降雨强度，并将实时获取的降雨强度输入至雨衰与降雨强度关系模型中进行计算，得到卫星信号在传输过程中的雨衰损耗。本实施例中的地面气象站可以为国家、省、市、县的气象站，也可以为自建气象站。
S20：基于雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比。具体地，链路信噪比计算算法的计算公式为
Eb/n0＝C/n0-Rb
S30：当卫星链路信噪比的余量等于0时，则将对应的仰角确定为最低可通信仰角。
具体地，
进一步地，如图3所示，在步骤S10，将实时获取的降雨强度输入至雨衰与降雨强度关系模型中进行计算之前，该一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法还包括建立雨衰与降雨强度关系模型，建立雨衰与降雨强度关系模型的具体步骤包括：
S101：确定低轨卫星向地面发射卫星信号时无线电波的振动方向，基于无线电波的震动方向确定幂律关系系数。
具体地，无线电波的震动方向包括水平极化方向和垂直极化方向，不同的极化方向对应不同的幂律关系系数。当无线电波的震动方向为水平极化方向时，幂律关系系数中的系数k为第一水平极化系数kH，系数α为第二水平极化系数αH；当无线电波的震动方向垂直平极化方向时，幂律关系系数中的系数k为第二垂直极化系数kV，系数α为第二垂直极化系数αV。
进一步地，计算幂律关系系数的过程为：基于无线电波的震动方向查询幂律关系系数计算参数表，并将对应的参数输入到幂律关系系数计算公式中，计算得到幂律关系系数k和α。
其中，幂律关系系数计算公式具体为：
Figure SMS_7
Figure SMS_8
式中，k和α表示幂律关系系数。f表示卫星信号的频率，单位为GHz。k表示第一水平极化系数kH或第一垂直极化系数kV。α表示第二水平极化系数αH或第二垂直极化系数αV。α表示第二水平极化系数αH或第二垂直极化系数αV；aj表示不同j值下a离散系数；bj表示不同j值下b离散系数值；cj表示不同j值下c离散系数值；mk表示kH或kV对应的mk离散系数值；ck表示kH或kV对应的离散系数值；mα表示αH或αV对应的mα离散系数值；cα表示αH或αV对应的离散系数值；j的取值为1、2、3、4。
具体地，当无线电波的震动方向为水平极化方向时，则查询表1获取幂律关系系数计算公式中所需的参数；当无线电波的震动方向为垂直极化方向时，则查询表2获取幂律关系系数计算公式中所需的参数。
Figure SMS_9
Figure SMS_10
表1
Figure SMS_11
表2
对于线极化和圆极化中所有的路径几何为：
k＝[kH+kV+(kH-kV)cos2θcos2τ]/2
a＝[kHaH+kVaV+(kHaH-kVaV)cos2θcos2τ]/2k
式中，θ表示地面通信设备到卫星的路径仰角，τ表示极化面倾角，τ＝0°、45°、90°分别代表水平极化、圆极化和垂直极化。
S102：获取地面通信设备到卫星的路径仰角θ，并基于仰角计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度。
具体地，在获取地面通信设备到卫星的路径仰角θ后，将仰角与预设仰角阈值(5°)进行比较，当仰角大于等于预设仰角阈值，则通过第一等效路径长度计算公式计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度；当仰角小于预设仰角阈值，则通过第二等效路径长度计算公式计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度。
其中，第一等效路径长度计算公式为：
Figure SMS_12
第二等效路径长度计算公式为：
Figure SMS_13
其中，Ls表示第一等效路径长度计算公式或第二等效路径长度计算公式计算得到的卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度，hR表示雨顶高度，hs表示地面通信设备的海拔高度，θ表示地面通信设备到卫星的仰角，Re表示等效地球半径。
S103：基于幂律关系系数、等效传播路径长度和实时获取的降雨强度建立雨衰与降雨强度关系模型。
雨衰与降雨强度关系模型具体为：
Arain＝kRainαLS
式中，Arain(dB)表示降雨时卫星信号在传输过程中的雨衰损耗，k和α表示与频率相关的幂律关系系数，LS(km)表示卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度,单位为Km，Rain(mm/h)表示降雨强度。
进一步地，卫星信号在传输过程中会出现传输损耗和其他损耗，如图4所示，步骤S20，基于雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比，具体包括如下步骤：
S21：获取卫星信号在传输过程中的指向损耗Apoint、大气吸收损耗Agas和极化损耗Apolarization。
其中，指向损耗取值范围：0.3～0.6dB；
大气吸收损耗取值范围：0.1～0.8dB；
极化损耗取值范围：0.1～0.5dB。
S22：基于指向损耗、大气吸收损耗、极化损耗和雨衰损耗，计算卫星信号在传输过程中的其他损耗。
具体地，在得到指向损耗Apoint、大气吸收损耗Agas和极化损耗Apolarization后，将指向损耗Apoint、大气吸收损耗Agas、极化损耗Apolarization和雨衰损耗Arain相加，得到卫星信号在传输过程中的其他损耗，具体计算公式为：
Lm＝Arain+Apoint+Agas+Apolarization。
S23：计算卫星信号传输过程中的传输损耗，并结合卫星在传输过程中的其他损耗计算卫星信号的链路载噪比。
具体地，卫星信号的链路载噪比的计算公式具体为：
C/n0＝EIRP+G/T-kB-Lbf-Lm
噪声加干扰功率谱密度比；EIRP(dBW)表示地面通信终端或者卫星发射信号的每个载波的有效全向辐射功率；G/T(dB/K)表示卫星信号接收方接收的系统品质因子；kB(1.380649×10^-23J/K)表示波尔兹曼常数；Lbf(dB)表示卫星信号的自由空间基本传输损耗，Lm(dB)表示其它损耗。
S24：获取卫星信号的比特速率，基于卫星信号的链路载噪比和比特速率计算得到卫星信号的链路信噪比作为卫星链路信噪比。
具体地，获取卫星信号的比特速率，调用卫星链路信噪比计算公式对卫星信号的链路载噪比和比特速率进行计算，得到卫星信号的链路信噪比作为卫星链路信噪比。
卫星链路信噪比计算公式具体为：
Eb/n0＝C/n0-Rb
式中，Eb/n0(dB)信噪比表示每比特信号能量与噪声功率谱密度比；其中，C/n0表示链路载噪比，Rb(bit/s)表示卫星信号的比特速率。
进一步地，如图5所示，步骤S23，计算卫星信号传输过程中的传输损耗，并结合卫星在传输过程中的其他损耗计算卫星信号的链路载噪比，具体包括如下步骤：
S231：通过传输损耗计算公式计算卫星信号在传输过程中的传输损耗。
S232：基于卫星信号传输过程中的传输损耗和其他损耗，计算卫星信号的链路载噪比。
自由空间基本传输损耗计算公式具体为：
Figure SMS_14
式中，Lbf表示自由空间基本传输损耗，d(km)表示地面通信设备和卫星之间的距离，λ表示电磁波的波长。
为便于理解，如图6所示，本实施例还提供了低轨卫星通信星地距离、仰角、轨道高度、地球半径之间的关系图。图中的R表示地球半径，h表示卫星轨道高度，d表示地面通信设备到卫星的距离，β表示地心角，θ表示地面通信设备到卫星的仰角，γ表示卫星天线半波束角。
d＝sinβ*(R+h)/sin(90°+θ)
本发明提供的一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，通过实时获取降雨强度，并将实时获取的降雨强度输入至雨衰与降雨强度关系模型中进行计算，得到卫星信号在传输过程中的雨衰损耗，然后基于雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比，在得到卫星链路信噪比后，将卫星链路信噪比的余量等于0对应的仰角确定为最低可通信仰角，以根据下雨轻度计算出下雨天气，尤其是大雨、暴雨天气时低轨卫星的最小可用通信仰角，向应急、军事等用户提供明确的可通信仰角，支撑其通信资源信息的评估。
实施例2
本实施例提供一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置，该计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置与上述实施例中一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法一一对应。如图7所示，该计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置包括雨衰损耗实时计算模块10、卫星链路计算分析模块20和最低可通信仰角计算模块30。各功能模块详细说明如下：
雨衰损耗实时计算模块10，用于实时获取降雨强度，并将实时获取的降雨强度输入至雨衰与降雨强度关系模型中进行计算，得到卫星信号在传输过程中的雨衰损耗。
卫星链路计算分析模块20，用于基于雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比。
最低可通信仰角计算模块30，用于当卫星链路信噪比的余量等于0时，则将对应的仰角确定为最低可通信仰角。
进一步地，一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置还包括：
幂律关系系数确定单元，用于确定地面通信设备向低轨卫星发射信号时无线电波的振动方向，基于所述无线电波的震动方向确定幂律关系系数；
等效传播路径长度计算单元，用于获取地面通信终端到卫星的仰角，并基于仰角计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度。
模型建立单元，用于基于降雨强度幂律关系、等效传播路径长度和实时获取的降雨强度建立雨衰与降雨强度关系模型。
雨衰与降雨强度关系模型具体为：
Arain＝kRainαLS
式中，Arain(dB)表示降雨时卫星信号在传输过程中的雨衰损耗，k和α表示与频率相关的幂律关系系数，LS(km)表示卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度,单位为Km，Rain(mm/h)表示降雨强度。
关于计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置的具体限定可以参见上文中对于计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法的限定，在此不再赘述。上述计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，其特征在于，包括：
实时获取降雨强度，并将实时获取的降雨强度输入至雨衰与降雨强度关系模型中进行计算，得到卫星信号在传输过程中的雨衰损耗；
基于所述雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比；
当所述卫星链路信噪比的余量等于0时，则将对应的仰角确定为最低可通信仰角。
2.根据权利要求1所述的一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，其特征在于，所述一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法还包括：
确定低轨地面通信终端向低轨卫星卫生发射信号时无线电波的振动方向，基于所述无线电波的震动方向确定幂律关系系数；
获取地面通信终端到卫星的仰角，并基于所述仰角计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度；
基于所述幂律关系系数、等效传播路径长度和实时获取的降雨强度建立雨衰与降雨强度关系模型；
所述雨衰与降雨强度关系模型具体为：
Arain＝kRainαLS
式中，Arain表示降雨时卫星信号在传输过程中的雨衰损耗，k和α表示与频率相关的幂律关系系数，LS表示卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度,单位为Km，Rain表示降雨强度。
3.根据权利要求2所述的一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，其特征在于，所述基于所述无线电波的震动方向确定幂律关系系数，包括：
基于所述无线电波的震动方向查询幂律关系系数计算参数表，得到幂律关系系数计算公式的计算参数；
其中，所述幂律关系系数计算公式具体为：
Figure FDA0003797998630000021
Figure FDA0003797998630000022
式中，k和α表示幂律关系系数；f表示卫星信号的频率；k表示第一水平极化系数kH或第一垂直极化系数kV；α表示第二水平极化系数αH或第二垂直极化系数αV；aj表示不同j值下a离散系数；bj表示不同j值下b离散系数值；cj表示不同j值下c离散系数值；mk表示kH或kV对应的mk离散系数值；ck表示kH或kV对应的离散系数值；mα表示αH或αV对应的mα离散系数值；cα表示αH或αV对应的离散系数值；j的取值为1、2、3、4；
对于线极化和圆极化中所有的路径几何，所述线极化包括水平极化和垂直极化：
k＝[kH+kV+(kH-kV)cos2θcos2τ]/2
a＝[kHaH+kVaV+(kHaH-kVaV)cos2θcos2τ]/2k
式中，θ表示地面通信设备到卫星的路径仰角，τ表示极化面倾角，τ＝0°、45°、90°分别代表水平极化、圆极化和垂直极化。
4.根据权利要求1所述的一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，其特征在于，所述基于所述仰角计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度，包括：
将仰角与预设仰角阈值进行比较，当仰角大于等于预设仰角阈值，则通过第一等效路径长度计算公式计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度；
当仰角小于预设仰角阈值，则通过第二等效路径长度计算公式计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度；
其中，所述预设仰角阈值为5°；
第一等效路径长度计算公式为：
Figure FDA0003797998630000031
第二等效路径长度计算公式为：
Figure FDA0003797998630000032
其中，Ls表示第一等效路径长度计算公式或第二等效路径长度计算公式计算得到的卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度，hR表示雨顶高度，hs表示地面通信设备的海拔高度，θ表示地面通信设备到卫星的仰角，Re表示等效地球半径。
5.根据权利要求1所述的一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，其特征在于，所述基于所述雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比，包括：
获取卫星信号在传输过程中的指向损耗、大气吸收损耗和极化损耗；所述指向损耗取值范围：0.3～0.6dB；所述大气吸收损耗取值范围：0.1～0.8dB；所述极化损耗取值范围：0.1～0.5dB；
基于所述指向损耗、大气吸收损耗、极化损耗和雨衰损耗，计算卫星信号在传输过程中的其他损耗；
计算卫星信号传输过程中的传输损耗，并结合卫星在传输过程中的其他损耗计算卫星信号的链路载噪比；
获取卫星信号的比特速率，基于卫星信号的链路载噪比和比特速率计算得到卫星信号的链路信噪比作为卫星链路信噪比。
6.根据权利要求5所述的一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，其特征在于，所述计算卫星信号传输过程中的传输损耗，并结合卫星在传输过程中的其他损耗计算卫星信号的链路载噪比，包括：
通过传输损耗计算公式计算卫星信号在传输过程中的传输损耗；
基于卫星信号传输过程中的传输损耗和其他损耗，计算卫星信号的链路载噪比；
所述传输损耗计算公式具体为：
Figure FDA0003797998630000041
式中，Lbf表示卫星信号的传输损耗，d表示地面通信设备到卫星的距离，d＝sinβ*(R+h)/sin(90°+θ)，θ表示地面通信设备到卫星的仰角，h表示卫星轨道高度，R表示地球半径，λ表示电磁波的波长；
计算卫星信号的链路载噪比的公式具体为：
C/n0＝EIRP+G/T-kB-Lbf-Lm
式中，C/n0载噪比表示链路总的载波与噪声加干扰功率谱密度比；EIRP表示地面通信终端或者卫星发射信号的每个载波的有效全向辐射功率；G/T表示卫星信号接收方接收的系统品质因子；kB表示波尔兹曼常数；Lbf表示卫星信号的自由空间基本传输损耗，Lm表示其它损耗。
7.根据权利要求5所述的一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，其特征在于，所述获取卫星信号的比特速率，基于卫星信号的链路载噪比和比特速率计算得到卫星信号的链路信噪比作为卫星链路信噪比，包括：
获取卫星信号的比特速率，调用卫星链路信噪比计算公式对卫星信号的链路载噪比和比特速率进行计算，得到卫星信号的链路信噪比作为卫星链路信噪比；
所述卫星链路信噪比计算公式具体为：
Eb/n0＝C/n0-Rb
式中，Eb/n0表示每比特信号能量与噪声功率谱密度比，即卫星链路信噪比；其中，C/n0表示链路载噪比，Rb表示卫星信号的比特速率，单位为bit/s。
8.根据权利要求1所述的一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法，其特征在于，所述链路信噪比计算算法具体为：
Figure FDA0003797998630000051
9.一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置，其特征在于，包括：
雨衰损耗实时计算模块，用于实时获取降雨强度，并将实时获取的降雨强度输入至雨衰与降雨强度关系模型中进行计算，得到卫星信号在传输过程中的雨衰损耗；
卫星链路计算分析模块，用于基于所述雨衰损耗，调用链路信噪比计算算法计算对应的卫星链路信噪比；
最低可通信仰角计算模块，用于当所述卫星链路信噪比的余量等于0时，则将对应的仰角确定为最低可通信仰角。
10.根据权利要求9所述的一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置，其特征在于，所述一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的装置还包括：
幂律关系系数确定单元，用于确定地面通信设备向低轨卫星发射信号时无线电波的振动方向，基于所述无线电波的震动方向确定幂律关系系数；
等效传播路径长度计算单元，用于获取地面通信终端到卫星的仰角，并基于仰角计算卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度；
模型建立单元，用于基于所述幂律关系系数、等效传播路径长度和实时获取的降雨强度建立雨衰与降雨强度关系模型；
所述雨衰与降雨强度关系模型具体为：
Arain＝kRainαLS
式中，Arain表示降雨时卫星信号在传输过程中的雨衰损耗，k和α表示与频率相关的幂律关系系数，LS表示卫星信号在降雨区域中的等效传播路径长度,单位为Km，Rain表示降雨强度。
CN202210981436.8A 2022-08-15 2022-08-15 一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置 Pending CN115733537A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210981436.8A CN115733537A (zh) 2022-08-15 2022-08-15 一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210981436.8A CN115733537A (zh) 2022-08-15 2022-08-15 一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115733537A true CN115733537A (zh) 2023-03-03

Family

ID=85292784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210981436.8A Pending CN115733537A (zh) 2022-08-15 2022-08-15 一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115733537A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117294341A (zh) * 2023-09-21 2023-12-26 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 一种卫星宽带通信链路可靠性保障方法及装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117294341A (zh) * 2023-09-21 2023-12-26 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 一种卫星宽带通信链路可靠性保障方法及装置
CN117294341B (zh) * 2023-09-21 2024-04-30 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 一种卫星宽带通信链路可靠性保障方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106954223B (zh) 一种动中通端站系统及动中通端站系统的通信方法
US8787903B2 (en) High capacity hybrid terrestrial/satellite cellular radio communication system
CN111355559B (zh) 用于低轨星座星地定向分发链路的编码控制方法
CN112399429B (zh) 一种用于卫星通信系统的通信场景建模方法及系统
CN112260749B (zh) 一种毫米波卫星自回传的波束赋型方法
CN112887008B (zh) 一种基于天基vdes下行通信链路参数确定系统及方法
CN112054838B (zh) 一种ngso卫星偏置方案的设计方法
CN115118363A (zh) 一种基于空间位置概率的ngso卫星系统干扰与信道容量获得方法
CN115733537A (zh) 一种计算降雨时低轨卫星通信最小可用仰角的方法及装置
Kitanozono et al. Development of high altitude platform station backhaul system using 38ghz band frequency
Gu et al. Cooperative spectrum sharing in a co-existing LEO-GEO satellite system
Cakaj et al. Rigorous analysis on performance of LEO satellite ground station in urban environment
Bouabdellah et al. Hybrid very high throughput satellites: Potential, challenges, and research directions
Li et al. Satellite communication on the non-geostationary system and the geostationary system in the Fixed-satellite service
CN113950065B (zh) 一种基于保护区和定向天线的同频干扰抑制方法
Albagory An adaptive bidirectional multibeam high-altitude platforms aeronautical telecommunication network using dual concentric conical arrays
Okati et al. Downlink and uplink low earth orbit satellite backhaul for airborne networks
CN113572541B (zh) 一种卫星数传系统无线信号高可靠测试方法
Ahmed et al. Elevation Angle Influence in Geostationary and Non-Geostationary Satellite System
JP2871536B2 (ja) 移動体衛星通信システム
Yang et al. Soft Frequency Reuse Based Spectrum Sharing Scheme in the Integrated Satellite and Terrestrial Network
Jedrey et al. An aeronautical-mobile satellite experiment
Phillips An overview of propagation factors influencing the design of mobile satellite communication systems
Hovstad et al. Future systems for mobile satellite communications
Pattan The advent of land mobile satellite service systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination