CN116033582A - 一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法，将可视空域划分为若干个面积更小的紧密相邻的正六边形小区单元C_i，小区中心连线呈三角形，其中，可视空域的正北方向用0°方位角表示，按逆时针方向，正西方向用90°方位角表示，正南方向用180°方位角表示，正东方向用270°方位角表示。本发明中，针对卫星星座系统之间，使用相同频段建立卫星通信链路，存在较大同频干扰概率，使用所提方法，可有效降低干扰概率，相比传统静止轨道卫星，低轨星座卫星位置及星地链路具有时变特性，通过计算地面站可视空域内的卫星期望，基于提取的卫星分布特征设置空间规避区域，可大大简化干扰规避措施实施难度。

Description

一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法。

背景技术

近年来，以SpaceX公司“星链”系统为代表的全球低轨卫星星座风头强劲，除了在全球宽带接入服务领域表现优异之外，低轨星座的潜在军事用途也引发各国关注。随着更多低轨星座计划的提出，外层空间频率轨道资源的竞争也愈发激烈。

由于各国提出的低轨星座市场定位、目标用户、应用场景等较为类似，选择的频率资源基本集中在Ku、Ka和Q/V频段，轨道高度基本集中在500-1200公里，客观构成了多星同频近轨的电磁兼容环境，星座系统之间面临着巨大的同频有害干扰。

因此，本发明提出一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法，将可视空域划分为若干个面积更小的紧密相邻的正六边形小区单元C_i，小区中心连线呈三角形，其中，可视空域的正北方向用0°方位角表示，按逆时针方向，正西方向用90°方位角表示，正南方向用180°方位角表示，正东方向用270°方位角表示，地面站的仰角范围通过极轴坐标表示，仰角90°对应极坐标的中心点，所述方法包括以下步骤：

S1.设置地面站可视空域范围及小区半径Rcell(°)，其中小区半径Rcell大于施扰星座系统地面终端天线主瓣半波束角；

S2.计算受扰星座卫星出现期望值，获得可视空域内受扰星座卫星概率分布特征；

S3.设置受扰星座卫星期望阈值E_th，确定干扰规避空域；

S4.计算设置干扰规避空域之后，施扰星座的卫星期望值E；

S5.判断施扰星座卫星期望值E是否小于1，若E小于1，则返回步骤S3，增大受扰星座卫星期望阈值E_th，即减少干扰规避空域范围；

S6.若施扰星座卫星期望值E大于等于1，即设置干扰规避区域后，施扰星座卫星出现期望值不小于1，则完成了基于卫星期望阈值的干扰规避设计。

优选地，所述步骤S2中卫星出现在小区单元C_i中的概率为：

其中，

为小区单元中心点对应的卫星概率密度，A_C为地面站可见空域小区单元的球面积(单位rad²)。

优选地，所述可视空域小区若为圆形，则面积A_C的表达式为：

其中，Δθ_ε和Δθ_β分别为空域小区单元C_i的俯仰角差和方位角差所对应的地心角差，可由地面站与可见空域小区单元的位置几何关系求出，表达式如下：

θ_{ε_min}＝arccos(kcos(ε-r_cell))-(ε-r_cell) (4)

θ_{ε_max}＝arccos(kcos(ε+r_cell))-(ε+r_cell) (5)

Δθ_ε＝θ_{ε_max}-θ_{ε_min} (6)

其中，r与R为别为地球半径和卫星圆轨道半径，r_cell为可视空域圆形小区半径，θ_{ε_min}为圆形小区下边缘对应的地心角，θ_{ε_max}为圆形小区上边缘对应的地心角。

优选地，所述步骤S4中计算卫星期望值E的具体方法为：当卫星总数为N时，对某一确定地面站，其可视空域小区C_i内，卫星期望值为：

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本申请中，针对卫星星座系统之间，使用相同频段建立卫星通信链路，存在较大同频干扰概率，使用所提方法，可有效降低干扰概率。

2、本申请中，相比传统静止轨道卫星，低轨星座卫星位置及星地链路具有时变特性，通过计算地面站可视空域内的卫星期望，基于提取的卫星分布特征设置空间规避区域，可大大简化干扰规避措施实施难度。

3、本申请中，对于非合作卫星星座系统，系统间时变星地链路特性预测难度大，只需对地面站可视空域卫星期望值进行计算，就可以根据受扰卫星系统期望值阈值合理设置干扰规避空域，在确保施扰卫星系统至少满足一重覆盖的前提下，实现星座系统间干扰概率大幅降低，且不改变卫星设计，有效降低了卫星以及地面终端算法的复杂度，提升了总体规避方案执行效率。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例提供的卫星地面站可视空域划分的示意图；

图2示出了根据本发明实施例提供的地面站与可视空域小区的几何关系示意图；

图3示出了根据本发明实施例提供的实施步骤流程图；

图4示出了根据本发明实施例提供的地面站仰角大于10°，小区半径Rcell＝5°时空域划分结果示意图；

图5示出了根据本发明实施例提供的受扰星座卫星出现期望值分布示意图；

图6示出了根据本发明实施例提供的当受扰星座的卫星期望阈值E_th＝0.02时，规避空域示意图；

图7示出了根据本发明实施例提供的当卫星期望阈值E_th＝0.02时，施扰星座卫星期望分布及规避区示意图。

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1-7，本发明提供一种技术方案：

一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法，将可视空域划分为若干个面积更小的紧密相邻的正六边形小区单元C_i，小区中心连线呈三角形，其中，可视空域的正北方向用0°方位角表示，按逆时针方向，正西方向用90°方位角表示，正南方向用180°方位角表示，正东方向用270°方位角表示，地面站的仰角范围通过极轴坐标表示，仰角90°对应极坐标的中心点，方法包括以下步骤：

S1.设置地面站可视空域范围及小区半径Rcell(°)，其中小区半径Rcell大于施扰星座系统地面终端天线主瓣半波束角；

S2.计算受扰星座卫星出现期望值，获得可视空域内受扰星座卫星概率分布特征；

S3.设置受扰星座卫星期望阈值E_th，确定干扰规避空域；

S4.计算设置干扰规避空域之后，施扰星座的卫星期望值E；

S5.判断施扰星座卫星期望值E是否小于1，若E小于1，则返回步骤S3，增大受扰星座卫星期望阈值E_th，即减少干扰规避空域范围；

S6.若施扰星座卫星期望值E大于等于1，即设置干扰规避区域后，施扰星座卫星出现期望值不小于1，则完成了基于卫星期望阈值的干扰规避设计。

具体的，卫星出现在小区单元C_i中的概率为：

其中，

为小区单元中心点对应的卫星概率密度，A_C为地面站可见空域小区单元的球面积(单位rad²)；

可视空域小区若为圆形，则面积A_C的表达式为：

其中，Δθ_ε和Δθ_β分别为空域小区单元C_i的俯仰角差和方位角差所对应的地心角差，可由地面站与可见空域小区单元的位置几何关系求出，表达式如下：

θ_{ε_min}＝arccos(kcos(ε-r_cell))-(ε-r_cell) (4)

θ_{ε_max}＝arccos(kcos(ε+r_cell))-(ε+r_cell) (5)

Δθ_ε＝θ_{ε_max}-θ_{ε_min} (6)

其中，r与R为别为地球半径和卫星圆轨道半径，r_cell为可视空域圆形小区半径，θ_{ε_min}为圆形小区下边缘对应的地心角，θ_{ε_max}为圆形小区上边缘对应的地心角；

当卫星总数为N时，对某一确定地面站，其可视空域小区C_i内，卫星期望值为：

受扰星座及施扰星座轨道参数如表1所示，其中，施扰星座以Oneweb极轨星座L5卫星网络构型为例，系统共包含720颗卫星；受扰星座为典型倾斜地球同步轨道星座，倾角为70°，此实施案例，展示了利用所提方法，通过针对施扰星座地面终端的规避空域设计，实现对受扰星座的同频干扰规避，从而降低星座系统之间有害干扰概率。

表1非静止轨道通信星座轨道参数

S1.设置地面站可视空域范围为地面站仰角大于10°，小区半径Rcell＝5°。空域被划分为313个小区，如图4所示；

S2.利用公式9，计算受扰星座卫星出现期望值，获得可视空域内受扰星座卫星概率分布特征，如图5所示；

S3.设置受扰星座的卫星期望阈值E_th＝0.02，则干扰规避空域为图6中虚线圆环之间的区域，即受扰星座卫星出现期望值大于所设阈值的区域，也是施扰星座地面站天线指向需要规避的区域；

S4.计算设置干扰规避区域之后，施扰星座卫星期望值E，施扰星座卫星期望分布及规避区示意图如图7所示；

S5.判断施扰星座卫星期望值E是否小于1，如图7所示，在规避区域以外的可视空域，施扰星座的卫星期望E大于1，说明考虑地面站天线指向规避指定区域之后，视距范围内仍然有可以接入的卫星，即干扰规避区域的设计并未影响施扰星座的覆盖性及可接入性；

S6.设置干扰规避区域后，施扰星座卫星期望值E大于等于1，完成基于卫星期望阈值的干扰规避设计，所提方法设计的干扰规避区域，即图6和图7中两个虚线圆之间的区域，经仿真评估，使用所提方法设置干扰规避区后，可将星座之间同频干扰概率降低约三个数量级。

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)

1.一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法，其特征在于，将可视空域划分为若干个面积更小的紧密相邻的正六边形小区单元C_i，小区中心连线呈三角形，其中，可视空域的正北方向用0°方位角表示，按逆时针方向，正西方向用90°方位角表示，正南方向用180°方位角表示，正东方向用270°方位角表示，地面站的仰角范围通过极轴坐标表示，仰角90°对应极坐标的中心点，所述方法包括以下步骤：

S1.设置地面站可视空域范围及小区半径Rcell(°)，其中小区半径Rcell大于施扰星座系统地面终端天线主瓣半波束角；

S2.计算受扰星座卫星出现期望值，获得可视空域内受扰星座卫星概率分布特征；

S3.设置受扰星座卫星期望阈值E_th，确定干扰规避空域；

S4.计算设置干扰规避空域之后，施扰星座的卫星期望值E；

S5.判断施扰星座卫星期望值E是否小于1，若E小于1，则返回步骤S3，增大受扰星座卫星期望阈值E_th，即减少干扰规避空域范围；

S6.若施扰星座卫星期望值E大于等于1，即设置干扰规避区域后，施扰星座卫星出现期望值不小于1，则完成了基于卫星期望阈值的干扰规避设计。

2.根据权利要求1所述的一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法，其特征在于，所述步骤S2中卫星出现在小区单元C_i中的概率为：

其中，

为小区单元中心点对应的卫星概率密度，A_C为地面站可见空域小区单元的球面积(单位rad²)。

3.根据权利要求2所述的一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法，其特征在于，所述可视空域小区若为圆形，则面积A_C的表达式为：

其中，Δθ_ε和Δθ_β分别为空域小区单元C_i的俯仰角差和方位角差所对应的地心角差，可由地面站与可见空域小区单元的位置几何关系求出，表达式如下：

θ_{ε_min}＝arccos(kcos(ε-r_cell))-(ε-r_cell) (4)

θ_{ε_max}＝arccos(kcos(ε+r_cell))-(ε+r_cell) (5)

Δθ_ε＝θ_{ε_max}-θ_{ε_min} (6)

其中，r与R为别为地球半径和卫星圆轨道半径，r_cell为可视空域圆形小区半径，θ_{ε_cmin}为圆形小区下边缘对应的地心角，θ_{ε_max}为圆形小区上边缘对应的地心角。

4.根据权利要求1所述的一种基于概率分布限值的卫星星座频率干扰规避方法，其特征在于，所述步骤S4中计算卫星期望值E的具体方法为：当卫星总数为N时，对某一确定地面站，其可视空域小区C_i内，卫星期望值为：

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