CN117200868B - 一种星座间干扰评估与规避措施验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种引入对地静止卫星轨道(Geostationary‑Satellite Or bit，GSO)影响的干扰评估与规避措施有效性验证方法，既符合国际频率轨道资源政策规定，又符合目前GSO与非对地静止卫星轨道(non‑Geost ationary‑Satellite Orbit，NGSO)卫星通信系统同频共用的客观电磁兼容环境，能够解决传统方法高估干扰影响、带来干扰过保护的问题，提高无线电频率轨道资源的使用效率。

Description

一种星座间干扰评估与规避措施验证方法

技术领域

本发明涉及非对地静止卫星轨道(non-Geostationary-Satellite Orbit，NGSO)星座系统领域，尤其是涉及一种星座间干扰评估与规避措施验证方法。

背景技术

近年来，全球NGSO星座建设高潮迭起，以Starlink、OneWeb为代表的星座系统动辄成千上万颗的规模引发了广泛关注。除了目前全球公开发布的约20余个低轨卫星星座计划之外，根据国际电联公布的卫星网络申报情况，全球范围内至少还有100多个公司或机构有意向建设低轨卫星星座系统。这些低轨卫星星座在频率资源的使用上集中在Ku和Ka频段，并且几乎都向国际电联申报了Q/V频段作为下一代星座系统的频率资源储备。而Ku和Ka频段恰好是目前GSO卫星通信系统正在使用的主流频段，Q/V频段更是发展下一代超宽带GSO卫星通信系统的热点频段。

按照国际电联《无线电规则》第22.2条款的规定，NGSO星座系统需要无条件保证GSO轨道的同频段卫星通信系统的用频安全，并且不得要求来自GSO卫星的保护，这意味着NGSO星座需要无条件忍受来自GSO卫星的干扰造成自身系统噪声温度的增加。然而，在两个NGSO星座系统之间开展频率干扰评估的传统方法中，并没有考虑客观存在的、来自地位更高的GSO带来的干扰影响，NGSO星座之间的干扰评估与对GSO卫星系统的保护是割裂的、孤立的，这就导致来自施扰NGSO星座系统的干扰被过度高估，带来干扰过保护的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种星座间干扰评估与规避措施验证方法，引入GSO客观干扰影响，旨在解决NGSO星座间频率兼容性分析的传统方法高估干扰影响、带来干扰过保护的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：

本发明提供一种星座间干扰评估与规避措施验证方法，基于GSO系统与NGSO星座通信系统同频工作的客观电磁兼容共用环境，考虑来自GSO系统的影响，开展两个NGSO星座之间的频率干扰评估以及干扰规避措施的有效性验证，具体包括以下步骤：

S1：设置地球站可放置区域大小，确定被干扰NGSO星座覆盖区域内地球站可放置区域的总数N_{total_ES}；

S2：将被干扰NGSO星座、施扰NGSO星座、施扰GSO系统的地球站放置在区域N₁；

S3：确定被干扰NGSO星座地球站可视空域内的GSO卫星弧段，设置同频干扰GSO卫星密度，得到施扰GSO卫星总数M_{total_GSO}；

S4：设置干扰分析总步数T_{total_t}；

S5：设置施扰NGSO星座对被干扰NGSO星座的干扰规避角度为j度；

S6：设置被干扰NGSO星座对施扰GSO系统的干扰规避角度，分别计算干扰分析第t步时，施扰GSO卫星系统k对被干扰NGSO星座的集总干扰I_{aggr_GSO}(t)；

S7：计算引入GSO同频集总干扰I_{aggr_GSO}(t)之后，干扰分析第t步时，被干扰NGSO卫星系统的载噪比C/N(t)；

S8：计算施扰NGSO星座对被干扰NGSO星座的集总干扰I_{aggr_NGSO}(t)；

S9：计算进一步考虑施扰NGSO星座干扰之后的被干扰NGSO星座载噪比C/N'(t)；

S10：计算被干扰NGSO星座因施扰NGSO星座干扰造成的平均频谱利用效率损失ΔSE；

S11：设置平均频谱效率损失门限SE_th，将S10计算得到的ΔSE与SE_th做比较，若平均频谱效率损失ΔSE大于门限SE_th，则认为被干扰NGSO星座受到了有害干扰，不断增加S5的干扰规避角度j，重复进行S6至S10计算，直至ΔSE小于或等于SE_th；

S12：将被干扰NGSO星座、施扰NGSO星座、施扰GSO系统的地球站依次放置在区域N₂至区域N_{total_ES}中，重复S3至S11，依次评估被干扰NGSO星座受干扰程度并验证规避措施的有效性。

进一步地，步骤S5中，j初始取值为0。

进一步地，步骤S6具体为：

式中，为第t步，第k个GSO卫星系统在被干扰NGSO卫星系统方向上的等效全向辐射功率，k＝1,2,3,……M_{total_GSO，}单位dBW；/>为第t步，第k个GSO卫星系统在被干扰NGSO卫星系统方向上的自由空间传输损耗，单位dB；/>为第t步，第k个GSO卫星系统在被干扰NGSO卫星系统方向上的降雨衰减，单位dB；/>为第t步，被干扰NGSO卫星系统在第k个GSO卫星系统方向上的天线接收增益，单位dBi；t＝1,2,3,……T_{total_t}，k＝1,2,3,……M_{total_GSO}。

进一步地，步骤S7具体为：

C/N(t)＝C(t)-N(t)

C(t)＝eirp_ngso(t)-fsl_ngso(t)-A_{rain_ngso}(t)+G_{r_ngso}(t)

式中，C(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统接收到的有用信号功率，单位dBW；N(t)为第t步，引入GSO干扰之后，被干扰NGSO卫星系统的噪声功率，单位dBW；eirp_ngso(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统发射端的等效全向辐射功率，单位dBW；fsl_ngso(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统在目标地球站方向上的自由空间传输损耗，单位dB；A_{rain_ngso}(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统在目标地球站方向上的降雨衰减，单位dB；G_{r_ngso}(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统接收端的天线接收增益，单位dBi；K为玻尔兹曼常数，等于1.380649×10^-23，单位J/K；T为被干扰NGSO卫星系统接收端系统噪声温度，单位kelvin；B为被干扰NGSO卫星系统的载波带宽，单位Hz；t＝1,2,3,……T_{total_t}。

进一步地，步骤S8具体为：

公式如下：

式中，为第t步，施扰NGSO卫星系统中第p条干扰链路在被干扰NGSO卫星系统方向上的等效全向辐射功率，p＝1,2,3,……p_{total_ngso'}，单位dBW；/>为第t步，施扰NGSO卫星系统中第p条干扰链路在被干扰NGSO卫星系统方向上的自由空间传输损耗，单位dB；/>为第t步，施扰NGSO卫星系统中第p条干扰链路在被干扰NGSO卫星系统方向上的降雨衰减，单位dB；/>为第t步，被干扰NGSO卫星系统在第p条干扰链路方向上的天线接收增益，单位dBi。

进一步地，步骤S9具体为：

C/N'(t)＝C(t)-N'(t)

式中，C(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统接收到的有用信号功率，按照公式(2)计算，单位dBW；N'(t)为第t步，进一步考虑施扰NGSO星座干扰之后，被干扰NGSO卫星系统的噪声功率，单位dBW；N(t)为第t步，引入GSO干扰之后，被干扰NGSO卫星系统的噪声功率，按照公式(2)计算，单位dBW；I_{aggr_NGSO}(t)为第t步，施扰NGSO星座对被干扰NGSO星座的集总干扰，按照公式(3)计算，单位dBW。

进一步地，步骤S10具体为：

式中，为未考虑施扰NGSO星座干扰时，被干扰NGSO星座的平均频谱利用效率，单位bits/Hz；/>为考虑施扰NGSO星座干扰之后，被干扰NGSO星座的平均频谱利用效率，单位bits/Hz；SE(t)为第t步，未考虑施扰NGSO星座干扰时，被干扰NGSO星座的频谱利用效率，按公式(6)计算，单位bits/Hz；f(SE(t))为SE(t)对应的概率；SE'(t)为第t步，考虑施扰NGSO星座干扰之后，被干扰NGSO星座的频谱利用效率，按公式(7)计算，单位bits/Hz；f(SE'(t))为SE'(t)对应的概率。

进一步地，步骤S10中，

本发明的有益效果是：

本发明针对服务区存在重叠的异构卫星星座系统间同频干扰评估的问题，提出一种引入GSO影响的干扰评估与规避措施有效性验证方法，既符合国际频率轨道资源政策规定，又符合目前GSO与NGSO卫星通信系统同频共用的客观电磁兼容环境，能够解决传统方法高估干扰影响、带来干扰过保护的问题，提高无线电频率轨道资源的使用效率。

附图说明

图1是本发明实施例中地球站可放置区域示意图；

图2是本发明实施例中被干扰NGSO星座A的载噪比C/N(t)与C/N'(t)示意图；

图3是本发明实施例中被干扰NGSO星座频率效率SE(t)与SE'(t)示意图；

图4是本发明实施例中整体流程图。

具体实施方式

为使本发明技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图对本发明实施例的技术方案进行完整地描述。显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明基于GSO与NGSO卫星通信系统同频工作的客观电磁兼容共用环境，充分考虑来自GSO卫星系统的影响，建立频谱利用效率等系统级干扰评价指标，合理开展两个NGSO星座之间的频率干扰评估以及干扰规避措施的有效性验证。

下面以上行同频干扰为例，给出引入GSO影响的两个NGSO星座间的干扰评估与规避措施验证方法，总体流程如图4所示。

表1和表2分别给出了受扰NGSO星座A、施扰NGSO星座B的轨道参数，表3给出了两个NGSO星座的射频特性参数，表4给出了GSO卫星的特性参数。

表1受扰NGSO星座A的轨道参数

	轨道面数量	每轨道面卫星数量	轨道高度	倾角
					壳层1	70	20	550km	55°
壳层2	30	20	570km	70°
					壳层3	6	60	560km	98°

表2施扰NGSO星座B的轨道参数

表3NGSO星座A与B的射频特性参数

表4GSO卫星的特性参数

	GSO卫星
		进入天线的功率谱密度	-48dBW/Hz
地球站天线口径	0.7m
		载波中心频点	14.25GHz

第一步，如图1，设置地球站可放置区域大小为经度1度×纬度1度的格子，示意图如下图所示，以红色曲线代表被干扰NGSO星座A覆盖区域，确定地球站可放置区域的总数为N₃₁。

第二步，将被干扰NGSO星座A、施扰NGSO星座B、施扰GSO系统的地球站放置在区域N₁。

第三步，确定被干扰NGSO星座A的地球站可视空域内的GSO卫星弧段为120度，对于14.25GHz频段，设置同频干扰GSO卫星密度等于2度，计算得到施扰GSO卫星总数M₆₀。GSO弧段距离地球表面的高度和位置是确定的，一旦地球站位置确定了，两者之间的几何位置关系就确定了，该地球站能够看到的GSO弧段就也随之确定了。

第四步，设置干扰分析总步数T₁₀₀₀₀。

第五步，将施扰NGSO星座B对被干扰NGSO星座A的干扰规避角度的初始值设置为0。

第六步至第九步，设置被干扰NGSO星座A对GSO弧段的干扰规避角度为8度，计算得到引入GSO同频集总干扰之后的被干扰NGSO星座A的载噪比C/N(t)和进一步考虑施扰NGSO星座B干扰之后的被干扰NGSO星座A的载噪比C/N'(t)，计算结果如图2所示。

第十步，未考虑施扰NGSO星座B的干扰时，被干扰NGSO星座A的频谱利用效率SE(t)与考虑施扰NGSO星座B干扰之后的频谱利用效率SE'(t)结果如图3所示。

根据计算，未考虑施扰NGSO星座B干扰时，被干扰NGSO星座A的平均频谱利用效率考虑施扰NGSO星座B干扰之后，被干扰NGSO星座A的平均频谱利用效率因此ΔSE＝0.14bits/Hz。

第十一步，设置平均频谱效率损失门限SE_th＝0.0849bits/Hz取的3％，由于0.14>0.0849，认为被干扰NGSO星座A受到了有害干扰，不断增加第五步的干扰规避角度j，重复进行第六步至第十步计算，得到直至j＝7度时，ΔSE小于0.0849。

第十二步，将被干扰NGSO星座A、施扰NGSO星座B、施扰GSO系统的地球站依次放置在区域N₂至区域N₃₁中，重复第三步至第十一步，可依次评估被干扰NGSO星座A受干扰程度并验证规避措施的有效性。

本发明旨在解决NGSO星座间频率兼容性分析的传统方法高估干扰影响的问题，表5给出了引入GSO影响的评估方法与传统方法的对比情况。可以看到，以星座A的平均频谱利用效率下降3％作为评估标准，在引入GSO对被干扰NGSO星座A的客观干扰影响之后，

施扰NGSO星座B对星座A的干扰规避角从21度减小到7度，大幅降低了对于同频干扰的过度评估，使得两个NGSO星座系统能够高效率的兼容共用。

表5引入GSO影响的评估方法与传统方法的对比结果

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”和“示例”等述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相对的实施例或示例中以合适的方式结合。

必须指出，以上实施例的说明不用于限制而只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明进行的任何改进以及与本产品等同的替代方案，也属于本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种星座间干扰评估与规避措施验证方法，其特征在于，基于GSO系统与NGSO星座通信系统同频工作的客观电磁兼容共用环境，考虑来自GSO系统的影响，开展两个NGSO星座之间的频率干扰评估以及干扰规避措施的有效性验证，具体包括以下步骤：

S1：设置地球站可放置区域大小，确定被干扰NGSO星座覆盖区域内地球站可放置区域的总数N_{total_ES}；

S2：将被干扰NGSO星座、施扰NGSO星座、施扰GSO系统的地球站放置在区域N₁；

S3：确定被干扰NGSO星座地球站可视空域内的GSO卫星弧段，设置同频干扰GSO卫星密度，得到施扰GSO卫星总数M_{total_GSO}；

S4：设置干扰分析总步数T_{total_t}；

S5：设置施扰NGSO星座对被干扰NGSO星座的干扰规避角度为j度；

S6：设置被干扰NGSO星座对施扰GSO系统的干扰规避角度，分别计算干扰分析第t步时，施扰GSO卫星系统k对被干扰NGSO星座的集总干扰I_{aggr_GSO}(t)；

S7：计算引入GSO同频集总干扰I_{aggr_GSO}(t)之后，干扰分析第t步时，被干扰NGSO卫星系统的载噪比C/N(t)；

S8：计算施扰NGSO星座对被干扰NGSO星座的集总干扰I_{aggr_NGSO}(t)；

S9：计算进一步考虑施扰NGSO星座干扰之后的被干扰NGSO星座载噪比C/N'(t)；

S10：计算被干扰NGSO星座因施扰NGSO星座干扰造成的平均频谱利用效率损失ΔSE；

S11：设置平均频谱效率损失门限SE_th，将S10计算得到的ΔSE与SE_th做比较，若平均频谱效率损失ΔSE大于门限SE_th，则认为被干扰NGSO星座受到了有害干扰，不断增加S5的干扰规避角度j，重复进行S6至S10计算，直至ΔSE小于或等于SE_th；

S12：将被干扰NGSO星座、施扰NGSO星座、施扰GSO系统的地球站依次放置在区域N₂至区域N_{total_ES}中，重复S3至S11，依次评估被干扰NGSO星座受干扰程度并验证规避措施的有效性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，j初始取值为0。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S6具体为：

式中，为第t步，第k个GSO卫星系统在被干扰NGSO卫星系统方向上的等效全向辐射功率，k＝1,2,3,……M_{total_GSO，}单位dBW；/>为第t步，第k个GSO卫星系统在被干扰NGSO卫星系统方向上的自由空间传输损耗，单位dB；/>为第t步，第k个GSO卫星系统在被干扰NGSO卫星系统方向上的降雨衰减，单位dB；/>为第t步，被干扰NGSO卫星系统在第k个GSO卫星系统方向上的天线接收增益，单位dBi；t＝1,2,3,……T_{total_t}，k＝1,2,3,……M_{total_GSO}。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S7具体为：

C/N(t)＝C(t)-N(t)

C(t)＝eirp_ngso(t)-fsl_ngso(t)-A_{rain_ngso}(t)+G_{r_ngso}(t)

式中，C(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统接收到的有用信号功率，单位dBW；N(t)为第t步，引入GSO干扰之后，被干扰NGSO卫星系统的噪声功率，单位dBW；eirp_ngso(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统发射端的等效全向辐射功率，单位dBW；fsl_ngso(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统在目标地球站方向上的自由空间传输损耗，单位dB；A_{rain_ngso}(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统在目标地球站方向上的降雨衰减，单位dB；G_{r_ngso}(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统接收端的天线接收增益，单位dBi；K为玻尔兹曼常数，等于1.380649×10^-23，单位J/K；T为被干扰NGSO卫星系统接收端系统噪声温度，单位kelvin；B为被干扰NGSO卫星系统的载波带宽，单位Hz；t＝1,2,3,……T_{total_t}。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S8具体为：

公式如下：

式中，为第t步，施扰NGSO卫星系统中第p条干扰链路在被干扰NGSO卫星系统方向上的等效全向辐射功率，p＝1,2,3,……p_{total_ngso'}，单位dBW；/>为第t步，施扰NGSO卫星系统中第p条干扰链路在被干扰NGSO卫星系统方向上的自由空间传输损耗，单位dB；/>为第t步，施扰NGSO卫星系统中第p条干扰链路在被干扰NGSO卫星系统方向上的降雨衰减，单位dB；/>为第t步，被干扰NGSO卫星系统在第p条干扰链路方向上的天线接收增益，单位dBi。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S9具体为：

式中，C(t)为第t步，被干扰NGSO卫星系统接收到的有用信号功率，按照公式(2)计算，单位dBW；N'(t)为第t步，进一步考虑施扰NGSO星座干扰之后，被干扰NGSO卫星系统的噪声功率，单位dBW；N(t)为第t步，引入GSO干扰之后，被干扰NGSO卫星系统的噪声功率，按照公式(2)计算，单位dBW；I_{aggr_NGSO}(t)为第t步，施扰NGSO星座对被干扰NGSO星座的集总干扰，按照公式(3)计算，单位dBW。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S10具体为：

式中，为未考虑施扰NGSO星座干扰时，被干扰NGSO星座的平均频谱利用效率，单位bits/Hz；/>为考虑施扰NGSO星座干扰之后，被干扰NGSO星座的平均频谱利用效率，单位bits/Hz；SE(t)为第t步，未考虑施扰NGSO星座干扰时，被干扰NGSO星座的频谱利用效率，按公式(6)计算，单位bits/Hz；f(SE(t))为SE(t)对应的概率；SE'(t)为第t步，考虑施扰NGSO星座干扰之后，被干扰NGSO星座的频谱利用效率，按公式(7)计算，单位bits/Hz；f(SE'(t))为SE'(t)对应的概率。