基于时空割集的NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时空割集的NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰建模方法，包括以下步骤：计算NGSO星座卫星状态分布周期；分析NGSO星座对GEO卫星通信地球站可见干扰卫星数量及各干扰卫星数量时的干扰持续时间；构建NGSO卫星对GEO卫星通信地球站接收干扰信号数学模型；计算NGSO星座对GEO卫星通信地球站接收干扰信号；计算不同NGSO星座对GEO卫星通信地球站可见干扰卫星数量时GEO卫星通信地球站接收到干扰信号的均值；构建时空域分割的NGSO星座对GEO卫星地球站干扰模型。本发明专利技术在充分考虑GEO卫星通信地球站地理空间分布和NGSO星座状态分布时间周期等因素的基础上，能够全面、精确地分析和计算GEO卫星通信地球站在全球不同位置、不同时间受NGSO通信星座干扰的情况。况。况。

【技术实现步骤摘要】
基于时空割集的NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰建模方法


[0001]本专利技术涉及卫星通信
，尤其涉及一种基于时空割集的NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰建模方法。

技术介绍

[0002]近年来，卫星通信技术蓬勃发展，卫星通信正在由单一轨道GEO通信系统向高中低轨结合的多轨道卫星通信系统发展、由单颗卫星中继通信向星地一体化组网通信发展，同时随着卫星制造技术的发展以及卫星发射成本的降低，越来越多的卫星通信系统被提出并开始建设。然而，卫星通信的频谱资源是非常有限的。面对卫星通信快速发展所导致的频谱资源枯竭，不同卫星通信系统之间进行同频共用是目前解决上述问题的常用手段，而这势必将带来卫星通信系统间的同频干扰问题。因此，研究非静止轨道星座(简称NGSO星座)对现有GEO卫星通信系统的干扰显得尤为重要。然而，NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰分析存在以下难点，一是地面上不同位置的地球站受到NGSO星座干扰的情况不同，难以对不同GEO卫星通信地球站的受干扰情况进行统一建模；二是NSGO卫星相对于同一GEO卫星通信地球站的位置变化迅速，导致对同一GEO卫星通信地球站干扰的NSGO卫星数量、链路动态变化，难以对同一GEO卫星通信地球站在不同时刻的受干扰情况进行精确建模。因此，针对NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰场景，如何对全球不同位置的GEO卫星通信地球站在不同时段受整个NGSO星座干扰情况进行统一、准确地分析，成为了卫星通信系统间干扰分析、干扰监测中亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]针对NGSO星座对GEO卫星通信系统的干扰分析复杂，干扰情况随NSGO卫星相对于GEO卫星通信地球站的位置快速变化的问题，公开了一种基于时空割集的NGSO星座对GEO卫星地球站干扰建模方法，定义并计算了NGSO星座干扰分析周期，能够对NGSO卫星星座对GEO卫星通信地球站的干扰信号进行精确建模，同时考虑了GEO卫星通信地球站位置对干扰模型的影响，能够对整个NGSO星座对全球不同位置GEO卫星通信地球站进行干扰情况分析。
[0004]本专利技术公开了一种基于时空割集的NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰建模方法，其步骤包括：
[0005]S1，计算非静止轨道星座,即NGSO星座，的卫星状态分布周期；
[0006]对于地球表面上任一定点，定义同一NGSO星座在运行过程中出现前后两次的卫星分布完全相同情况的时间差为NGSO星座卫星状态分布周期，记作T
s
；对于一个确定的NGSO星座，根据星座的结构和参数，通过计算得到T
s
；
[0007]当NGSO星座采用倾斜圆轨道星座中的Walker Delta星座时，根据描述其星座结构的Walker代码N/P/F，其中N表示星座的卫星总数，P表示星座的轨道面数量，F表示相位因子，计算NGSO星座卫星状态分布周期，其计算公式为：
[0008][0009]其中[，]表示求两者的最小公倍数，T
E
表示地球自转周期，T表示NGSO星座的一个轨道周期；
[0010]S2，在一个NGSO星座卫星状态分布周期的时间内，计算NGSO星座对GEO卫星通信地球站的可见干扰卫星数量及各干扰卫星数量的干扰持续时间；
[0011]设定GEO卫星通信地球站在大地坐标系中坐标为(l,w,h),其中l表示该地球站的大地经度，w表示该地球站的大地纬度，h表示该地球站的大地高度；
[0012]建立地心直角坐标系，原点O设在地球的质量中心，x轴与首子午面与赤道面的交线重合，向东为正，z轴与地球旋转轴重合，向北为正，y轴与xoz平面垂直，三个坐标轴构成右手系；
[0013]将GEO卫星通信地球站的大地坐标系坐标转换为地心直角坐标系坐标(x0,y0,z0)，其转换公式为
[0014][0015]其中N0为卯酉圈的半径，a为地球椭球长半轴，b为地球椭球短半轴，e表示地球椭球曲率；
[0016]GEO卫星通信地球站天线方向始终指向GEO卫星，GEO卫星在地心直角坐标系的坐标为(x
S
,y
S
,0)，将GEO卫星通信地球站的可见范围看作以GEO卫星通信地球站为顶点、以GEO卫星通信地球站到GEO卫星连线为轴、张角为θ的一个圆锥体，其中此圆锥体的锥面S在地心直角坐标系中的表达式为
[0017][0018]其中x
t
、y
t
、z
t
为待计算的中间参数，(x,y,z)为锥面S上任意一点在地心直角坐标系下的坐标；
[0019]NGSO星座轨道所在球面在地心直角坐标系中的表达式U为
[0020]U:x2+y2+z2＝h
s2
，
[0021]其中h
s
表示NGSO星座轨道半径，(x,y,z)为NGSO星座轨道所在球面上任意一点在地心直角坐标系下的坐标；
[0022]将锥面S的表达式与NGSO星座轨道所在球面的表达式U联立，即得到GEO卫星通信地球站在NGSO星座轨道所在球面上的可见范围边界曲线表达式L，记GEO卫星通信地球站在NGSO星座轨道所在球面上的可见范围表达式为M；
[0023]在一个NGSO星座卫星状态分布周期T
s
的时间内，根据NGSO星座轨道参数，将NGSO星座的NGSO卫星k在时间t，在地心直角坐标系的坐标表示为(x
l
(t),y
l
(t),z
l
(t))
k
，其中k表示NGSO卫星编号且k∈[1,2,
…
,N]，t表示时间且0＜t≤T
s
；
[0024]当NGSO卫星k的坐标(x
l
(t),y
l
(t),z
l
(t))
k
∈M时，判定NGSO卫星k为NGSO星座对GEO卫星通信地球站的可见干扰卫星；
[0025]根据NGSO星座轨道参数与可见范围M，计算得到位于经度l、纬度w的GEO卫星通信地球站在NGSO星座运行期间的最大可见干扰卫星数量，记为n(l,w)；根据NGSO星座在一个NGSO星座卫星状态分布周期T
s
的时间内的运行时刻t，得到NGSO星座对GEO卫星通信地球站的在时刻t的可见干扰卫星数量n＝N(l,w,t)，N(l,w,t)为位于经度l、纬度w的GEO卫星通信地球站在NGSO星座运行时刻t的可见干扰卫星数量，且N(l,w,t)∈[1，2,
…
,n(l,w)]；
[0026]根据不同时刻的NGSO星座对GEO卫星通信地球站的可见干扰卫星的数量，将一个NGSO星座卫星状态分布周期T
s
分割为n(l,w)个种类的时间片段，每一个种类的时间片段构成一个时间片段集合，则可见干扰卫星数量为n时的时间片段集合T
n
表达式为：
[0027][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时空割集的NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰建模方法，其特征在于，其具体步骤包括：S1，计算非静止轨道星座,即NGSO星座，的卫星状态分布周期；对于地球表面上任一定点，定义同一NGSO星座在运行过程中出现前后两次的卫星分布完全相同情况的时间差为NGSO星座卫星状态分布周期，记作T
s
；对于一个确定的NGSO星座，根据星座的结构和参数，通过计算得到T
s
；S2，在一个NGSO星座卫星状态分布周期的时间内，计算NGSO星座对GEO卫星通信地球站的可见干扰卫星数量及各干扰卫星数量的干扰持续时间；S3，计算GEO卫星通信地球站接收到的NGSO卫星k发射的干扰信号；S4，构建NGSO星座对GEO卫星通信地球站接收的干扰信号分析模型；S5，计算NGSO星座对GEO卫星通信地球站的可见干扰卫星数量在不同取值时，GEO卫星通信地球站接收的干扰信号的均值；S6，构建时空域分割的NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰模型。2.如权利要求1所述的基于时空割集的NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰建模方法，其特征在于，所述的对于一个确定的NGSO星座，根据星座的结构和参数，通过计算得到T
s
，其具体包括：当NGSO星座采用倾斜圆轨道星座中的Walker Delta星座时，根据描述其星座结构的Walker代码N/P/F，其中N表示星座的卫星总数，P表示星座的轨道面数量，F表示相位因子，计算NGSO星座卫星状态分布周期，其计算公式为：其中[，]表示求两者的最小公倍数，T
E
表示地球自转周期，T表示NGSO星座的一个轨道周期。3.如权利要求1所述的基于时空割集的NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰建模方法，其特征在于，所述的步骤S2，其具体包括：设定GEO卫星通信地球站在大地坐标系中坐标为(l,w,h),其中l表示该地球站的大地经度，w表示该地球站的大地纬度，h表示该地球站的大地高度；建立地心直角坐标系，原点O设在地球的质量中心，x轴与首子午面与赤道面的交线重合，向东为正，z轴与地球旋转轴重合，向北为正，y轴与xoz平面垂直，三个坐标轴构成右手系；将GEO卫星通信地球站的大地坐标系坐标转换为地心直角坐标系坐标(x0,y0,z0)，其转换公式为其中N0为卯酉圈的半径，a为地球椭球长半轴，b为地
球椭球短半轴，e表示地球椭球曲率；GEO卫星通信地球站天线方向始终指向GEO卫星，GEO卫星在地心直角坐标系的坐标为(x
S
,y
S
,0)，将GEO卫星通信地球站的可见范围看作以GEO卫星通信地球站为顶点、以GEO卫星通信地球站到GEO卫星连线为轴、张角为θ的一个圆锥体，其中此圆锥体的锥面S在地心直角坐标系中的表达式为S：其中x
t
、y
t
、z
t
为待计算的中间参数，(x,y,z)为锥面S上任意一点在地心直角坐标系下的坐标；NGSO星座轨道所在球面在地心直角坐标系中的表达式U为U:x2+y2+z2＝h
s2
，其中h
s
表示NGSO星座轨道半径，(x,y,z)为NGSO星座轨道所在球面上任意一点在地心直角坐标系下的坐标；将锥面S的表达式与NGSO星座轨道所在球面的表达式U联立，即得到GEO卫星通信地球站在NGSO星座轨道所在球面上的可见范围边界曲线表达式L，记GEO卫星通信地球站在NGSO星座轨道所在球面上的可见范围表达式为M；在一个NGSO星座卫星状态分布周期T
s
的时间内，根据NGSO星座轨道参数，将NGSO星座的NGSO卫星k在时间t，在地心直角坐标系的坐标表示为(x
l
(t),y
l
(t),z
l
(t))
k
，其中k表示NGSO卫星编号且k∈[1,2,
…
,N]，t表示时间且0＜t≤T
s
；当NGSO卫星k的坐标(x
l
(t),y
l
(t),z
l
(t))
k
∈M时，判定NGSO卫星k为NGSO星座对GEO卫星通信地球站的可见干扰卫星；根据NGSO星座轨道参数与可见范围M，计算得到位于经度l、纬度w的GEO卫星通信地球站在NGSO星座运行期间的最大可见干扰卫星数量，记为n(l,w)；根据NGSO星座在一个NGSO星座卫星状态分布周期T
s
的时间内的运行时刻t，得到NGSO星座对GEO卫星通信地球站的在时刻t的可见干扰卫星数量n＝N(l,w,t)，N(l,w,t)为位于经度l、纬度w的GEO卫星通信地球站在NGSO星座运行时刻t的可见干扰卫星数量，且N(l,w,t)∈[1，2,
…
,n(l,w)]；根据不同时刻的NGSO星座对GEO卫星通信地球站的可见干扰卫星的数量，将一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：何元智，闫迪，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院网络信息研究所，
类型：发明
国别省市：