使干扰减少的通信卫星系统技术方案

公开了一种可以与地球同步卫星共享无线电频谱的低轨道通信卫星系统和减轻干扰以能够共享的方法。在一些实施例中，卫星沿其轨道行进时逐渐倾斜，或者其传输波束机械地或电子地倾斜。作为倾斜的结果，当卫星接近赤道平面，与卫星远离赤道平面相比，其传输波束越来越朝向赤道平面瞄准。使用这种技术，保持足够的角度分离，以防止卫星的无线电信号与所有卫星位置的GEO无线电信号之间的干扰，因此，向所有地面位置提供良好的覆盖。

A communications satellite system that reduces interference

A low orbit communication satellite system that can share radio spectrum with a geostationary satellite and a method for mitigating interference to be shared are disclosed. In some embodiments, the satellite tilts gradually along its orbit, or its transmission beam tilts mechanically or electronically. As a result of the tilt, when the satellite approaches the equatorial plane, the beam travels toward the equatorial plane as compared with the satellite away from the equatorial plane. With this technique, sufficient angular separation is maintained to prevent interference between satellite radio signals and GEO radio signals at all satellite locations, so good coverage is provided to all ground locations.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使干扰减少的通信卫星系统相关申请的交叉引用本案要求于2011年11月24日提交的美国临时申请SN62/083,412的优先权，其通过引用并入本文。
本专利技术一般涉及地球轨道通信卫星，更具体地涉及与其它通信卫星共享无线频谱而没有相互干扰的通信卫星。
技术介绍
从空间时代开始，通信卫星已经是空间技术的重要应用。第一颗通讯卫星是Telstar。当时，它是一个非凡的技术成就。它是由美国新泽西州霍尔姆德尔的Bell电话实验室设计、建造和运营。通信卫星从地球表面接收和发送无线电信号。对于Telstar来说，作为当时第一个也是唯一的通信卫星，在其无线电信号和与其他通信卫星相关的无线电信号之间不存在干扰问题。但随着卫星通信技术的进步和需求的爆发，这种情况发生了迅速的变化。目前，无线通信方式的需求已经达到新高，无线电频谱已成为非常有价值的商品。2015年1月，作为政府拍卖的一部分，50MHz的无线电频谱达到了前所未有的395亿美元。因此，能够建立不需要专用频谱的无线电通信系统将是显著的优点。在通信卫星方面，所谓的地球同步卫星是一种成熟的卫星类型，所述卫星已经在数十年内提供了多种有用的服务。地球同步卫星在与地球赤道(“赤道平面”)相交的平面内围绕地球运行。他们在距离地球一定距离的轨道运行，使得其轨道的周期恰好是一个恒星日。地球同步轨道是一个圆，因此，地球同步卫星以与地球围绕其轴线旋转的完全相同的速度绕地球运行。因此，每颗地球同步卫星出现在天空中的离地球的固定位置，就好像它是安装在一座非常高的塔楼上。这个虚拟塔的确是非常高的：约36000千米，或几乎是地球半径的六倍。地球同步(通常缩写为“GEO”)卫星与地球表面之间的巨大距离具有多个不良后果，包括需要更高的发射信号功率，难以产生小的传输覆盖面，以及令人烦恼的通信延迟等。对于某些应用，包括互联网服务，靠近地球表面运行的卫星可能更适合。图1示出了近地轨道(通常缩写为“LEO”)的卫星。虽然对于诸如“GEO”、“LEO”和“MEO”(代表“中轨道”)的轨道式指示词的确切含义没有国际标准，但它们在本技术中是常用的。LEO轨道通常被认为是卫星轨道在不超过地球表面约2000千米的轨道。如图1所示，LEO轨道由圆形虚线表示为LEO极地轨道150。因为轨道是圆形的，所以卫星以与地球表面大致恒定的距离围绕地球110运行。如图1所示，与地球的半径相比，所述距离是小的；在比例图中，它对应于大约900千米。如图1所示的LEO轨道的类型被称为“极地”轨道，因为它经过北极和南极。极地轨道的一个优点是卫星通过所有纬度。随着地球旋转(当轨道的平面保持大致不变时)，卫星将通过地球的不同区域。在有足够数量轨道后，适当地选择轨道周期，可以使卫星通过地球上的每个地方。为此，经常选择极地轨道(或近极地轨道)以用于地球测量卫星。图2示出了与图1所示的相同LEO卫星和的卫星轨道，以及对地球同步卫星的描述，以用于强调按比例绘制的不同轨道尺寸的目的。如图所示，GEO卫星230在地球赤道210的平面内绕地球110运行。平面是由虚线描绘为赤道平面220。如几何学所预测，LEO极地轨道150与赤道平面垂直相交。存在有两个交点。在本领域中，轨道和赤道平面220之间的两个交点被称为“节点”。北极是位于赤道平面220的一侧，南极是位于另一侧。卫星沿如图2所示的方向“101运动方向”的其轨道行进。在其中一个节点上，它穿过赤道平面220往北极行进。该节点通常被称为“上升”节点，而另一节点通常被称为“下降”节点。当卫星230不是地球同步卫星并且其轨道不在赤道平面时，也可以定义“上升”和“下降”节点的命名。例如，卫星230可以是在所谓的GEO稳定平面中绕地球轨道运行的地球同步卫星，所述稳定平面相对于赤道平面以约7.3°的角度倾斜。对于通过地球中心的任何平面，北极位于平面的一侧，南极位于另一侧。当卫星沿其轨道行进时，在其中一个节点处，它穿过该平面往北极所在的平面一侧前进。该节点被称为“上升”节点，而另一节点被称为“下降”节点。图3呈现了LEO卫星的更详细描述，以及LEO卫星与其下的地球表面的关系。特别地，它显示LEO卫星是通信卫星的情况。(在这个详细的附图和许多后续的附图中，地球表面的大陆轮廓已被省略，以避免杂乱)。LEO卫星140配备有一个或多个无线电天线。天线向地球110的表面发射一个或多个无线电信号。这种传输如图所示为无线电传输310。在被描绘为覆盖区域320的某个覆盖区域内，位于地球表面上的接收器可以接收无线电传输。在覆盖区域320之外，来自卫星的无线电信号预计将太弱而不能进行足够的接收；实际上，卫星上的无线电天线可以故意设计成使这种无线电45信号变弱，以用于限制由这些信号引起的对覆盖区域320之外的其他接收器干扰的目的。图4示出了当GEO卫星230是服务于与覆盖区域320重叠的地球部分(在该图中未明确示出)的通信卫星时发生的情况。与LEO卫星一样，GEO卫星也配备有一个或多个无线电天线，其将一个或多个无线电信号传输到地球表面。这种传输如图所示为无线电传410。无线电传输是针对于如图所示的地球的一部分的覆盖区域420。如图4所示的LEO卫星140非常接近覆盖区域420；因此，即使覆盖区域320未明确地示出，覆盖区域320还是明显地与覆盖区域420至少部分地重叠。如果无线电传输410和无线电传输310包括无线电频谱的相同部分中的无线电信号，则来自LEO卫星的传输和用于GEO卫星的传输之间存在干扰的可能性。根据国际电信联盟(ITU)规则，允许在某些条件下允许诸如LEO卫星140的非地球同步卫星(NGSO)使用与GEO卫星相同的频谱。特别地，NGSO卫星不得干扰使用相同频谱频率的GEO卫星。国际电信联盟规则制定了具体指导方针，其是关于可以产生多大的进入GEO卫星终端的无线电信号功率，而无需与GEO卫星运营商进行“协调”或谈话，并获得批准。图5示出了，LEO卫星对GEO卫星的信号如何造成不可接受的干扰的可能情况。在地球110的表面上，存在有试图从GEO卫星接收无线电信号520的GEO接收器510。然而，GEO接收器510是位于覆盖区域320内，其中来自LEO卫星140的无线电传输310包括可能使用落入GEO卫星使用的频谱范围内的频率的无线电信号。更糟糕的是，LEO卫星140位于沿GEO接收器510和GEO卫星之间的视线上。因此，GEO无线电信号520在其通往GEO接收器510的路径通过LEO卫星140附近，并且从GEO接收器510的角度来看，期望的无线电信号520和干扰无线电传输310都从同方向到达。在这些条件下，不采用进一步的缓解技术，并且根据干扰无线电传输310的功率谱密度，GEO接收器510可能难以实现无线电信号520的良好接收。图6示出了通常用于缓解先前图中所示的干扰情况类型的技术。如图6所示，LEO卫星140简单地减小其提供通信服务的覆盖区域620的大小。通过这样的减少，GEO接收器510现在位于覆盖区域620之外。仍然是事实的是，从GEO接收器510的角度来看，期望的无线电信号520从与减少的覆盖区域620的边界外的“溢出”的LEO卫星140的任何干扰无线电传输相同的方向到达。然而，如上所述，LEO卫星140上的无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在围绕地球的近赤道轨道上的第一通信卫星与较低轨道中的第二通信卫星之间共享无线电频谱的方法，其中较低轨道与近赤道轨道的平面相交于一上升节点和一下降节点，所述方法包括：(i)由第二卫星发射按照对准地球表面的一个或多个发射波束的几何图案的一个或多个无线电信号；(ii)随着第二卫星沿着较低轨道移动，逐渐倾斜发射波束的方向；其中倾斜的程度基于所述第二卫星在所述较低轨道中的位置；其中倾斜的程度也是基于来自第一卫星的第一无线电信号的第一到达方向，如在一地球表面上的位置处观察到的；其中倾斜的程度也是基于来自第二卫星的第二无线电信号的第二到达方向，如在所述地球表面上的位置处观察到的；其中倾斜的程度使得第一到达方向与第二到达方向之间的角间距达到或超过预定的最小要求。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.24 US 62/083,412;2015.02.19 US 14/626,3601.一种用于在围绕地球的近赤道轨道上的第一通信卫星与较低轨道中的第二通信卫星之间共享无线电频谱的方法，其中较低轨道与近赤道轨道的平面相交于一上升节点和一下降节点，所述方法包括：(i)由第二卫星发射按照对准地球表面的一个或多个发射波束的几何图案的一个或多个无线电信号；(ii)随着第二卫星沿着较低轨道移动，逐渐倾斜发射波束的方向；其中倾斜的程度基于所述第二卫星在所述较低轨道中的位置；其中倾斜的程度也是基于来自第一卫星的第一无线电信号的第一到达方向，如在一地球表面上的位置处观察到的；其中倾斜的程度也是基于来自第二卫星的第二无线电信号的第二到达方向，如在所述地球表面上的位置处观察到的；其中倾斜的程度使得第一到达方向与第二到达方向之间的角间距达到或超过预定的最小要求。2.根据权利要求1所述的方法，其中通过倾斜整个第二卫星来实现所述倾斜。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述倾斜是通过使包括一个或多个无线电天线的第二卫星的一部分倾斜来实现，其中所述一个或多个无线电天线是用于发射传输波束中的一个或多个。4.根据权利要求3所述的方法，其中，当倾斜的程度改变时，一个或多个无线电天线位置相对于彼此不改变。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述倾斜是以电子控制方式完成的。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述地球表面上的位置位于由所述第二卫星覆盖的覆盖区域内。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述倾斜使所述覆盖区域相对于子卫星点在地球表面上移动，比所述子卫星点移动更快。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：(iii)基于作为一个传输波束的一部分的第三无线电信号的第三到达方向来关闭该一个传输波束，其中第三个到达方向是如在所述地球表面上的位置观察到的；和其中，该传输波束关闭的时间是基于所述第三到达方向与所述第一到达方向之间的角间距。9.根据权利要求8所述的方法，其中，当所述第二卫星到达上升节点或下降节点时，所有传输波束已被关闭。10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：相对于如果该传输波束未被关闭而所需的满足最小要求的倾斜的程度，减小倾斜的程度。11.一种通信卫星系统，包括：多个第一通信卫星，在对应所有第一卫星相同的第一轨道中绕地球轨道运行；其中所述第一轨道与第二通信卫星的第二轨道的平面相交于一上升节点和一下降节点；其中所述第二轨道是近赤道轨道并且高于第一轨道；其中每个第一卫星包括一个或多个无线电天线，用于以瞄准地球表面的一个或多个传输波束的几何图形传输一个或多个无线电信号；其中每个第一卫星包括倾斜装置，用于当所述每个第一卫星沿着第一轨道移动时逐渐倾斜传输波束的方向；其中每个第一卫星操作所述倾斜装置以基于所述第一轨道中的每个第一卫星的位置产生倾斜；其中所述倾斜也是基于来自每个第一卫星的第一无线电信号的第一到达方向，如在一地球表面上的位置处观察到的；其中，所述倾斜也是基于来自所述第二卫星的第二无线电信号的第二到达方向，如在所述地球表面上的位置处观察到的；并且其中所述倾斜使得所述第一到达方向与所述第二到达方向之间的角间距满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·林赛，G·T·怀勒，
申请(专利权)人：世界卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US