CN117955546A - 基于空频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法及系统，涉及航天测控/数传通信领域。该方法包括：确定低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件；判断低轨星座卫星是否满足空域隔离条件，如果满足，则根据信号调制方式计算对地数传的可用频点个数；根据可用频点个数和频域隔离条件对低轨星座卫星进行频率划分。本发明提供的对地数传频率划分方法及系统，通过低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件，提出了低轨星座对地数传频率的具体划分方法和流程，可有效用于低轨星座卫星对地数传频率划分场景，且提供空域和频域两个维度的工程冗余，提高大规模低轨星座对地数传的可靠性。

Description

基于空频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法及系统

技术领域

本发明涉及航天测控/数传通信领域，尤其涉及一种基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法及系统。

背景技术

随着微纳卫星技术和航天宇航产品器件的高速发展，低成本微纳卫星在轨运行的工程可行性越来越大，使得大规模低轨星座成为天基信息系统发展重点。针对大规模低轨星座的发展运用，星座对地数传的需求越来越大，在合理频带范围内，进行低轨星座的对地数传频率划分需求强烈。

低轨星座对地数传，需要星、地双方配合，其中卫星作为信号发送方，地面数传站作为信号接收方，然而，现有的对地数传方法由于缺少可靠的频率划分方法，导致对地数传的可靠性较差。

发明内容

本发明所要解决的是对地数传方法可靠性差的问题，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法及系统。

第一个方面，提供了一种基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法，包括：

确定低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件；

判断低轨星座卫星是否满足空域隔离条件，如果满足，则根据信号调制方式计算对地数传的可用频点个数；

根据可用频点个数和频域隔离条件对低轨星座卫星进行频率划分。

在第一个方面的一种可能实现中，低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件为：

r_s-G<l_min

其中，r_s-G为地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围，l_min为低轨星座卫星中所有相邻卫星之间的最小距离。

在第一个方面的一种可能实现中，根据以下公式计算地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围：

其中，h为低轨星座卫星中的卫星与地面多波束数据接收站的星地距离，为地面多波束数据接收站的波束接收半功率角度。

在第一个方面的一种可能实现中，低轨星座卫星对地数传的频域隔离条件为：

其中，f_S(i,j)为第j个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点，f_S(i+1,j)为第j个轨道面内第S_i+1颗卫星的对地数传频点，f_S(i,j+1)为第j+1个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点。

在第一个方面的一种可能实现中，根据以下公式计算对地数传的可用频点个数：

N＝[B_可用/B_所需]

其中，N为对地数传的可用频点个数，B_所需为根据不同对地数传的信号调制方式确定的对地数传所需带宽，B_可用为根据使用规定确定的对地数传可用带宽，[x]为取整数函数。

第二个方面，提供了一种基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分系统，包括：

条件确定单元，用于确定低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件；

可用频点计算单元，用于判断低轨星座卫星是否满足空域隔离条件，如果满足，则根据信号调制方式计算对地数传的可用频点个数；

频率划分单元，用于根据可用频点个数和频域隔离条件对低轨星座卫星进行频率划分。

在第二方面的一种可能实现中，低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件为：

r_s-G<l_min

其中，r_s-G为地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围，l_min为低轨星座卫星中所有相邻卫星之间的最小距离。

在第二方面的一种可能实现中，条件确定单元具体用于根据以下公式计算地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围：

其中，h为低轨星座卫星中的卫星与地面多波束数据接收站的星地距离，为地面多波束数据接收站的波束接收半功率角度。

在第二方面的一种可能实现中，低轨星座卫星对地数传的频域隔离条件为：

其中，f_S(i,j)为第j个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点，f_S(i+1,j)为第j个轨道面内第S_i+1颗卫星的对地数传频点，f_S(i,j+1)为第j+1个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点。

在第二方面的一种可能实现中，可用频点计算单元具体用于根据以下公式计算对地数传的可用频点个数：

N＝[B_可用/B_所需]

其中，N为对地数传的可用频点个数，B_所需为根据不同对地数传的信号调制方式确定的对地数传所需带宽，B_可用为根据使用规定确定的对地数传可用带宽，[x]为取整数函数。

本发明提供的对地数传频率划分方法及系统，通过低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件，提出了低轨星座对地数传频率的具体划分方法和流程，可有效用于低轨星座卫星对地数传频率划分场景，且提供空域和频域两个维度的工程冗余，提高大规模低轨星座对地数传的可靠性。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明的对地数传频率划分方法实施例提供的流程示意图；

图2为本发明的对地数传频率划分方法实施例提供的低轨星座卫星对地数传频带分布示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明的对地数传频率划分方法实施例提供的流程示意图，该基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法包括：

S1，确定低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件；

应理解，低轨星座对地数传，需要星、地双方配合，其中卫星作为信号发送方，地面数传站作为信号接收方。当卫星进行数传业务时，地面数传站需在卫星发射波束范围内，且卫星在地面数传站接收波束范围内；同时，卫星发射频率与地面数传站接收频率一致，且为避免同频干扰，在同一波束范围内需满足不同频率要求，即低轨星座对地数传需满足空域、频域的双重要求。

低轨星座的构型描述如下所示，低轨星座一般部署于距离地球的轨道飞行高度为200～2000公里，且采取多颗卫星构成一个轨道面，多个轨道面构成一个低轨星座的空间构型。

例如，以3个轨道为例，假设某一局部相邻卫星为卫星S₁、S₂、S₃、S₄和S₅，其中，S₂为中间节点卫星，S₁和S₃与S₂为同一轨道面内卫星，S₄和S₅与S₂为异轨相邻卫星。相互之间的空间距离为l₁₂(S₁与S₂之间距离)、l₂₃(S₂与S₃之间距离)、l₂₄(S₂与S₄之间距离)、l₂₅(S₂与S₅之间距离)。

对于低轨星座与地面数传站的物理相对关系如下所示，低轨星座的相对构型关系稳定，即某一相邻局部卫星为例，卫星S₁、S₂、S₃、S₄、S₅相对距离保持稳定，G为地面多波束数据接收站。其中，低轨星座的卫星S₁与地面多波束数据接收站G进行数据下传业务时，与S₁相邻的卫星S₂、S₃、S₄、S₅均可与地面数据接收站G进行数据下传业务，且相互不影响。

基于以上低轨星座的构型，对低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件进行说明。

首先对低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件进行说明。

以同一轨道面内卫星对地数传工作场景为例，低轨星座卫星S₁、S₂和S₃同时与地面多波束数据接收站G进行对地数传业务。h为卫星S₂与地面多波束数据接收站G的星地距离，为地面多波束数据接收站G的波束接收半功率角度，θ为卫星S₂的对地数传发射角度。

以卫星S₂为例，同一轨道面内卫星对地数传时，需满足单个接收波束内只能接收一个卫星的发射信号，因此同一轨道面内低轨卫星对地数传的空域隔离条件为：

异轨轨道面的卫星S₄、S₅对地数传空域隔离原理与同轨道面内相同，只是方向维度不同，因此相邻轨道面内低轨卫星对地数传的空域隔离条件为：

由此可知，低轨星座的卫星对地数传的空域隔离条件为：

接下来对低轨星座卫星对地数传的频域隔离条件进行说明。

如图2所示，给出了示例性的低轨星座卫星对地数传频带分布，国际电信联盟组织规定的低轨星座卫星对地数传可用频带带宽为B，第一个对地数传可用频带宽带为B₁、中心频点为f₁，第二个对地数传可用频带宽度为B₂、中心频点为f₂，第三个对地数传可用频带宽带为B₃、中心频点为f₃，依次类推。

为避免同频干扰，低轨星座同一轨道面内卫星对地数传的频域隔离条件为：

f_S(i,j)≠f_S(i+1,j)

其中，f_S(i,j)为第j个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点，f_S(i+1,j)为第j个轨道面内第S_i+1颗卫星的对地数传频点。

同理，低轨星座相邻轨道面内卫星对地数传的频域隔离条件为：

f_S(i,j)≠f_S(i,j+1)

其中，f_S(i,j+1)为第j+1个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点。

由此可知，低轨星座的卫星对地数传的频域隔离条件为：

综上，可以得到低轨星座卫星对地数传的空域、频域隔离条件为：

S2，判断低轨星座卫星是否满足空域隔离条件，如果满足，则根据信号调制方式计算对地数传的可用频点个数；

例如，可以通过以下步骤判断低轨星座卫星是否满足空域隔离条件：

首先，计算相邻卫星之间最小的星-星距离；

例如，以步骤S1中的示例为例，l_min＝min{l₁₂,l₂₃,l₂₄,l₂₅}。

然后，计算地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围；

最后，判断地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围是否小于相邻卫星之间最小的星-星距离。

如果满足，则根据不同对地数传的信号调制方式确定对地数传所需带宽B_所需，并根据实际使用规定计算对地数传可用带宽B_可用。

然后根据B_所需和B_可用计算可用频点个数N。

需要说明的是，对地数传所需带宽B_所需可以根据不同对地数传的信号调制方式确定，例如，可以根据工程经验和具体波束功能能力得到对地数传所需带宽B_所需。例如，典型的信号调制方式可以为QPSK调制方式，450Mbps速率，带宽为350MHz。

S3，根据可用频点个数和频域隔离条件对低轨星座卫星进行频率划分。

应理解，具体的划分方式根据实际需求设置，只要保证频率满足频域隔离条件即可。

例如，以步骤S1中的示例为例，频率划分可以为：

其中，i＝1,2,3,…,M，M为一个轨道面内卫星数量，j为轨道面个数。

应理解，M＜N，M通常为整数。

本实施例提供的对地数传频率划分方法，通过低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件，提出了低轨星座对地数传频率的具体划分方法和流程，可有效用于低轨星座卫星对地数传频率划分场景，且提供空域和频域两个维度的工程冗余，提高大规模低轨星座对地数传的可靠性。

可选地，在一些可能的实施方式中，低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件为：

r_s-G<l_min

其中，r_s-G为地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围，l_min为低轨星座卫星中所有相邻卫星之间的最小距离。

可选地，在一些可能的实施方式中，根据以下公式计算地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围：

其中，h为低轨星座卫星中的卫星与地面多波束数据接收站的星地距离，为地面多波束数据接收站的波束接收半功率角度。

可选地，在一些可能的实施方式中，低轨星座卫星对地数传的频域隔离条件为：

其中，f_S(i,j)为第j个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点，f_S(i+1,j)为第j个轨道面内第S_i+1颗卫星的对地数传频点，f_S(i,j+1)为第j+1个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点。

可选地，在一些可能的实施方式中，根据以下公式计算对地数传的可用频点个数：

N＝[B_可用/B_所需]

其中，N为对地数传的可用频点个数，B_所需为根据不同对地数传的信号调制方式确定的对地数传所需带宽，B_可用为根据使用规定确定的对地数传可用带宽，[x]为取整数函数。

在一些实施例中，还提供一种基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分系统，包括：

条件确定单元，用于确定低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件；

可用频点计算单元，用于判断低轨星座卫星是否满足空域隔离条件，如果满足，则根据信号调制方式计算对地数传的可用频点个数；

频率划分单元，用于根据可用频点个数和频域隔离条件对低轨星座卫星进行频率划分。

本实施例提供的对地数传频率划分系统，通过低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件，提出了低轨星座对地数传频率的具体划分方法和流程，可有效用于低轨星座卫星对地数传频率划分场景，且提供空域和频域两个维度的工程冗余，提高大规模低轨星座对地数传的可靠性。

可选地，在一些可能的实施方式中，低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件为：

r_s-G<l_min

其中，r_s-G为地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围，l_min为低轨星座卫星中所有相邻卫星之间的最小距离。

可选地，在一些可能的实施方式中，条件确定单元具体用于根据以下公式计算地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围：

其中，h为低轨星座卫星中的卫星与地面多波束数据接收站的星地距离，为地面多波束数据接收站的波束接收半功率角度。

可选地，在一些可能的实施方式中，低轨星座卫星对地数传的频域隔离条件为：

其中，f_S(i,j)为第j个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点，f_S(i+1,j)为第j个轨道面内第S_i+1颗卫星的对地数传频点，f_S(i,j+1)为第j+1个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点。

可选地，在一些可能的实施方式中，可用频点计算单元具体用于根据以下公式计算对地数传的可用频点个数：

N＝[B_可用/B_所需]

其中，N为对地数传的可用频点个数，B_所需为根据不同对地数传的信号调制方式确定的对地数传所需带宽，B_可用为根据使用规定确定的对地数传可用带宽，[x]为取整数函数。

应理解，上述实施方式为与在先方法实施方式对应的产品实施方式，关于产品实施方式的说明可以参考在先方法实施方式的说明，在此不再赘述。

应理解，在不违背本发明构思的前提下，本领域技术人员可以将上述实施方式进行任意组合，均在本发明的保护范围内。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料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针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法，其特征在于，包括：

确定低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件；

判断低轨星座卫星是否满足所述空域隔离条件，如果满足，则根据信号调制方式计算对地数传的可用频点个数；

根据所述可用频点个数和所述频域隔离条件对低轨星座卫星进行频率划分。

2.根据权利要求1所述的基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法，其特征在于，低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件为：

r_s-G<l_min

其中，r_s-G为地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围，l_min为低轨星座卫星中所有相邻卫星之间的最小距离。

3.根据权利要求2所述的基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法，其特征在于，根据以下公式计算地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围：

其中，h为低轨星座卫星中的卫星与地面多波束数据接收站的星地距离，为地面多波束数据接收站的波束接收半功率角度。

4.根据权利要求1所述的基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法，其特征在于，低轨星座卫星对地数传的频域隔离条件为：

其中，f_S(i,j)为第j个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点，f_S(i+1,j)为第j个轨道面内第S_i+1颗卫星的对地数传频点，f_S(i,j+1)为第j+1个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点。

5.根据权利要求1所述的基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分方法，其特征在于，根据以下公式计算对地数传的可用频点个数：

N＝[B_可用/B_所需]

其中，N为对地数传的可用频点个数，B_所需为根据不同对地数传的信号调制方式确定的对地数传所需带宽，B_可用为根据使用规定确定的对地数传可用带宽，[x]为取整数函数。

6.一种基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分系统，其特征在于，包括：

条件确定单元，用于确定低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件和频域隔离条件；

可用频点计算单元，用于判断低轨星座卫星是否满足所述空域隔离条件，如果满足，则根据信号调制方式计算对地数传的可用频点个数；

频率划分单元，用于根据所述可用频点个数和所述频域隔离条件对低轨星座卫星进行频率划分。

7.根据权利要求6所述的基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分系统，其特征在于，低轨星座卫星对地数传的空域隔离条件为：

r_s-G<l_min

其中，r_s-G为地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围，l_min为低轨星座卫星中所有相邻卫星之间的最小距离。

8.根据权利要求7所述的基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分系统，其特征在于，条件确定单元具体用于根据以下公式计算地面多波束数据接收站的地-星波束覆盖范围：

其中，h为低轨星座卫星中的卫星与地面多波束数据接收站的星地距离，为地面多波束数据接收站的波束接收半功率角度。

9.根据权利要求6所述的基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分系统，其特征在于，低轨星座卫星对地数传的频域隔离条件为：

其中，f_S(i,j)为第j个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点，f_S(i+1,j)为第j个轨道面内第S_i+1颗卫星的对地数传频点，f_S(i,j+1)为第j+1个轨道面内第S_i颗卫星的对地数传频点。

10.根据权利要求6所述的基于空域和频域隔离的低轨星座对地数传频率划分系统，其特征在于，可用频点计算单元具体用于根据以下公式计算对地数传的可用频点个数：

N＝[B_可用/B_所需]

其中，N为对地数传的可用频点个数，B_所需为根据不同对地数传的信号调制方式确定的对地数传所需带宽，B_可用为根据使用规定确定的对地数传可用带宽，[x]为取整数函数。