CN116155345B - 一种基于落地功率限制的低轨星座多波束全球覆盖方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于落地功率限制的低轨星座多波束全球覆盖方法，属于卫星波束覆盖领域。本发明首先将全球划分为多类区域，并计算各个波束的实时覆盖区域；然后将波束工作模式分为三种模式，当本波束进行模式切换时，其相邻波束也要具备工作在新模式的条件，然后本波束与其相邻波束一同切换至新模式；最后，根据收到的波束模式切换指令，在满足波束工作模式切换规则的条件下，形成目标模式的波束信号。本发明实现了低轨通信卫星在全球范围内提供灵活的通信服务，并可以避免波束间的干扰影响。

Description

一种基于落地功率限制的低轨星座多波束全球覆盖方法
技术领域
本发明涉及卫星波束覆盖领域，具体是指一种基于落地功率限制的低轨星座多波束全球覆盖方法。
背景技术
目前，通信卫星通过多波束覆盖地球以提供广域的通信服务已经有所应用。但是，低轨卫星通过多个波束实现全球覆盖的通信星座比较少，在此场景中由于受到ITU对不同地区的落地功率限制，同时由于低轨卫星的的快速移动特性，波束需要实时切换工作模式。因此，需要根据服务需求及约束条件设计灵活的波束使用策略，以满足多样的应用场景。
根据ITU无线电规则要求，在使用L频段开展通信业务时，将全球区域划分为一/二/三区。在不同区域，卫星下行信号功率受到落地功率谱密度限制。根据此限制条件，规划通信功能在不同区域提供不同的服务模式，具体如表1所示：
表1L频段卫星通信工作模式规划表
地区分类 L频段通信工作模式 备注
一区(及澳大利亚、新西兰) 模式2
二区 模式3
三区(澳大利亚、新西兰除外) 模式1
三种工作模式的服务能力依次为，模式1优于模式2，模式2优于模式3。低轨卫星波束覆盖不同区域时，需要切换不同的工作模式。工作模式切换的原则为，根据ITU规则的约束力：二区＞一区＞三区，波束覆盖区域只要涉及约束力强的区域，就必须切换为对应的工作模式。
常规技术为整星波束统一切换模式。例如，当卫星波束覆盖从三区向一区推演时，若整星波束统一切换工作模式，则当卫星任意波束覆盖一区时所有都工作在模式2，此时虽然绝大部分波束覆盖三区，但是服务模式必须降级为模式2；若各波束工作模式分别可控，则可根据单波束的覆盖情况配置各个波束分别工作在模式1和模式，仅覆盖或者靠近一区的波束降级为模式2，其余覆盖三区的波束仍工作在服务能力更强的模式1。
因此，整星切换工作模式的方案，限制了卫星的多波束工作模式灵活性，从而使卫星的通信服务能力受限。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于落地功率限制的低轨星座多波束全球覆盖方法。本方法根据卫星轨道信息计算各个波束的实时覆盖区域，当波束覆盖位置满足切换判据时，快速切换模式，可大大增加波束使用灵活性，提高通信服务能力。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于落地功率限制的低轨星座多波束全球覆盖方法，包括以下步骤：
根据落地功率限制规则，将全球划分为多类区域，并根据卫星轨道信息计算各个波束的实时覆盖区域，当波束覆盖位置满足切换判据时，发送波束模式切换指令；
设置波束工作模式切换规则：将波束工作模式分为模式1、模式2和模式3，当本波束进行模式切换时，其相邻波束也要具备工作在新模式的条件，然后本波束与其相邻波束一同切换至新模式；
根据收到的波束模式切换指令，在满足波束工作模式切换规则的条件下，形成目标模式的波束信号。
进一步地，波束模式切换支持多种工作模式的软件功能同时在线，当收到波束模式切换指令时，快速切换至目标模式。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1.卫星波束的工作模式灵活可配置，随着低轨卫星覆盖区域变化，满足不同应用场景的应用需求；
2.多波束模式切换时，设计了波束保护带(即需要切换模式的波束的相邻波束)，能够降低不同模式波束之间的影响，提高波束的可用度，提升系统的通信服务能力。
附图说明
图1是本发明方法的原理方框图。
具体实施方式
参照图1，一种基于落地功率限制的低轨星座多波束全球覆盖方法，其通过波束管控、波束模式切换、波束成形等环节实现波束工作模式的切换。具体包括以下步骤：
根据落地功率限制规则，将全球划分为多类区域，并根据卫星轨道信息计算各个波束实时覆盖区域，当波束覆盖位置满足切换判据时，向所述波束模式切换模块发送切换指令。
波束工作模式分为模式1、模式2和模式3。波束工作模式切换的规则是，假定波束根据发射功率从大到小分为模式1、模式2和模式3，当本波束进行模式切换时，其相邻波束也应具备工作在新模式的条件，且本波束与其相邻波束一同切换工作模式。例如，若卫星多个波束逐步从模式1切换至模式2，则在某波束切换为模式2时，其相邻的工作于模式1的波束也须切换为模式2；若卫星多个波束逐步从模式2切换至模式1，则在某波束切换为模式1时，其相邻的工作于模式2的波束也应满足工作在模式1的条件，直至所有相邻波束都满足工作在模式1的条件，再一同切换至模式1。
波束模式切换支持多种工作模式软件功能同时在线，当收到切换指令时，快速切换至目标模式，形成目标模式的波束信号。
该方法的效果可通过如下示例来说明：
当卫星波束覆盖从三区向一区推演时，若整星波束统一切换工作模式，则当卫星任意波束覆盖一区时所有都工作在模式2，此时虽然绝大部分波束覆盖三区，但是服务模式必须降级为模式2；若采用逐波束控制工作模式切换，则可根据单波束的覆盖情况配置各个波束分别工作在两种工作模式(模式1+模式2)，仅覆盖或者靠近一区的波束降级为模式2，其余覆盖三区的波束仍工作在服务能力更强的模式1。
当卫星同时覆盖一区、二区和三区时，若整星波束统一切换工作模式，则所有都工作在模式3；若逐波束控制工作模式切换，则可根据单波束的覆盖情况配置各个波束分别工作在三种工作模式(模式1+模式2+模式3)。
显然，本发明逐波束控制工作模式切换的方案，可大大增加波束使用灵活性，提高通信服务能力。
总之，现有技术中，低轨星座的卫星通过多波束实现全球覆盖时，由于受到ITU在不同地区的落地功率限制，使得波束覆盖不同区域时的发射功率不同，因而工作在不同的工作模式。同时，由于低轨卫星的的快速移动特性，波束需要实时切换工作模式。本方法根据卫星轨道信息计算各个波束的实时覆盖区域，当波束覆盖位置满足切换判据时快速切换模式，实现了低轨通信卫星在全球范围内提供灵活的通信服务。此外，多波束模式切换时采用了设计保护带(即需要切换模式的波束的相邻波束)的方式，可以避免波束间的干扰影响。

Claims (2)

1.一种基于落地功率限制的低轨星座多波束全球覆盖方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据落地功率限制规则，将全球划分为多类区域，并根据卫星轨道信息计算各个波束的实时覆盖区域，当波束覆盖位置满足切换判据时，发送波束模式切换指令；
设置波束工作模式切换规则：将波束工作模式分为模式1、模式2和模式3，当本波束进行模式切换时，其相邻波束也要具备工作在新模式的条件，然后本波束与其相邻波束一同切换至新模式；
根据收到的波束模式切换指令，在满足波束工作模式切换规则的条件下，形成目标模式的波束信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于落地功率限制的低轨星座多波束全球覆盖方法，其特征在于，波束模式切换支持多种工作模式的软件功能同时在线，当收到波束模式切换指令时，快速切换至目标模式。
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