一种联合地球站分集与卫星波束指向控制的干扰规避方法与流程

本发明涉及卫星通信，尤其涉及一种联合地球站分集与卫星波束指向控制的干扰规避方法。

背景技术：

1、非静止轨道卫星（non-geostationary satellite orbit, ngso）指轨道高度与静止卫星轨道（geostationary satellite orbit，gso）卫星不同，与地球表面保持相对移动的一类卫星，而轨道高度不超过2000km的ngso卫星被称为低地球轨道（low earth orbit,leo）卫星。近年来，随着相关业务的发展，对于提高网络容量、降低连接延时的需求日益增加；另一方面，火箭发射技术的突飞猛进，例如一箭多星、火箭回收等技术的出现，令卫星部署的成本大大下降，商用低轨卫星星座系统也逐渐开始进入部署阶段。因此，低轨卫星星座系统逐渐成为业界炙手可热的焦点。

2、随着低轨卫星星座系统的爆发式发展，频率兼容以及干扰规避的问题逐渐显现。在频率使用方面，根据itu在无线电规则中提出的频率划分，低轨卫星星座系统所能使用的频率集中在ku、ka等数个带宽有限的频段。随着国内外商业公司大量申报卫星网络资料，频率资源逐渐成为稀缺资源，不同低轨卫星星座系统之间大量重复使用相同或相近的频段，并且频段上还存在其他通信系统，系统间的同频干扰日趋显著。综上所述，随着大规模低轨卫星星座系统井喷式发展，如何降低其所造成的同频干扰问题迫在眉睫。因此，如何通过干扰规避手段有效地控制不同系统之间，特别是低轨卫星星座系统对gso通信系统造成的同频干扰，促进系统间频率共存，成为了目前重要的研究热点。对于大规模低轨卫星星座系统与gso卫星系统之间的同频干扰，最为严重的情况是低轨卫星穿越gso卫星覆盖范围时所产生共线干扰，如附图2所示。通常共线场景所采用的干扰减缓技术为功率控制或是关闭波束等，这类干扰减缓技术虽然能够有效保证gso卫星所受干扰降低，但是相对地会造成低轨卫星星座系统的通信性能受到影响。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种联合地球站分集与卫星波束指向控制的干扰规避方法，以解决以上技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种联合地球站分集与卫星波束指向控制的干扰规避方法，包括：

3、在地面设置leo地球站和gso地球站，且两地球站共站址；两地球站的接收波束分别指向各自通信系统的卫星；

4、计算得到原始禁区范围；所述原始禁区包括：当某一低轨卫星向地面发射信号时会对gso地球站造成有害干扰的区域；

5、计算最小站间距，得到新禁区范围；

6、采用联合地球站分集与卫星波束指向控制进行干扰规避。

7、进一步的，所述计算得到原始禁区范围包括：计算得到原始禁区在纬度方向的边界值，计算得到原始禁区在经度方向的边界值；其中，纬度边界值的坐标中，经度与s点经度相同，经度边界值的坐标中，纬度与s点纬度相同；所述s点为当某一低轨卫星运行至预设纬度时，所述低轨卫星与gso卫星连线与地球表面的交点s。

8、进一步的，所述计算得到原始禁区在纬度方向的边界值包括：

9、o为地心；g为gso卫星；n为低轨卫星；s为直线gn与地球的交点；x和y分别为禁区在纬度方向上下边界的中点；

10、为地球半径；为gso卫星轨道高度；为低轨卫星轨道高度；为ng的长度；为xn的长度；

11、为低轨卫星纬度，是已知量；为s点的纬度；为x点的纬度；为直线xn与直线xg之间的夹角；为直线gs与直线go之间的夹角；为直线ox与直线on之间的夹角；

12、假设g点和n点同经度，记为，即gso卫星和低轨卫星的经度相同；

13、计算原始禁区在纬度方向的边界点x的纬度值：

14、；

15、其中，在o、x、n点组成的三角形，即△oxn中运用余弦定理进行计算：

16、；

17、其中，为未知数；延长线段xn至m，mn垂直于om，在o、m、n点组成的三角形，即△omn中进行求解；

18、；

19、则有：

20、；

21、其中，根据正弦定理求解

22、

23、定义为“隔离角”，即低轨卫星的波束指向与低轨卫星和gso卫星共线方向形成夹角的最小值；由于x为禁区在纬度方向的上边界点，所以x处的gso地球站应满足；求解：

24、；

25、其中根据进行求解：

26、

27、式中为低轨卫星的发射功率，为低轨卫星在gso地球站方向的天线增益（假设低轨卫星的波束直接指向gso地球站，所以低轨卫星天线的离轴角，此时发射增益最大；在此假设下，得到的禁区更为严格），为gso地球站的接收增益，为低轨卫星到gso地球站的路径损耗，为噪声功率；根据gso地球站的天线方向图，即可求解；

28、路径损耗使用自由空间损耗模型，则：

29、；

30、式中，为低轨卫星到gso地球站的距离，单位km，为低轨卫星的载波中心频率，单位mhz；

31、噪声功率：

32、；

33、式中，为gso地球站的接收机噪声温度，单位k，为低轨卫星系统与gso卫星系统的同频带宽，单位hz；

34、角根据正弦定理求解：

35、；

36、其中

37、；

38、联立各式求解x的纬度，其变化只与低轨卫星纬度的变化有关；

39、计算得到原始禁区在纬度方向的边界点y的纬度值，求解时与同理，将求解的公式进行变换：

40、；

41、已知低轨卫星纬度的值，则求得禁区边界点x和y的纬度值、。

42、进一步的，所述计算得到原始禁区在经度方向的边界值包括：

43、l和r为禁区经度方向左、右边界的中心点；

44、首先求解s点的纬度；在o、s、g点组成的三角形，即△osg中，os和og的长度已知，∠ogs，即已求解得到，根据余弦定理可求解sg的长度：

45、；

46、的取值为非负实数，且大于等于；

47、接着，在△osg中，根据余弦定理可求解s点的纬度：

48、；

49、l和r与s同纬度，求解l和r的经度的问题也即在三维空间中根据角求解s点的纬度处左右经度差的问题；l和r关于s对称，以求解l处的经度为例进行求解；

50、以gso/低轨卫星的经度为参考经度，可以设为0；l与该经度的经度差为，则l的经度为未知数，用经度、纬度、高度表示l的坐标为；同样，用经度、纬度、高度表示gso、低轨卫星的坐标，分别为、；

51、下式为三维空间中根据经度、纬度、高度的坐标求解两点之间的距离：

52、；

53、式中：表示地球半径，表示点1距地表的高度，表示点2距地表的高度，表示点1的瞬时经度，表示点1的瞬时纬度，表示点2的瞬时经度，表示点2的瞬时纬度；

54、将gso卫星、低轨卫星、l点的坐标两两组合代入上式，分别求解得到ng、ln、lg的长度、、；然后在l、n、g点组成的三角形，即△lng中，根据余弦定理建立方程：

55、；

56、角已求得，、、的表达式中只有为未知数，对该式解方程即可求得；

57、l点和r点的经度分别为、。

58、进一步的，所述最小站间距包括：地球站分集时低轨卫星星座系统不会对gso卫星通信系统造成有害干扰所对应的leo地球站与gso地球站的最短间距；所述新禁区范围包括两系统的地球站间距小于最小站间距的区域。

59、进一步的，所述计算得到最小站间距包括：

60、gso卫星位置已知，gso地球站为原始禁区内的一已知点，求出gso地球站处的角；在原始禁区内，共站址时gso地球站处的，随着gso地球站与leo地球站之间的站间距的增大，的值会受角的影响而变小，记重新达到门限值-12.2db时对应的角的阈值为；

61、参见图8，根据三维空间中的距离公式求解低轨卫星到gso地球站之间的距离，然后在地心、低轨卫星、gso地球站组成的三角形中，根据余弦定理求解出gso地球站对ngso卫星的仰角：

62、；

63、在计算leo地球站与gso地球站的站间距时，不考虑地球曲率带来的影响，近似认为两站位于同一水平面上，所以leo地球站、gso地球站、低轨卫星构成的夹角即为；接着在这三点构成的三角形中根据正弦定理求解最小站间距：

64、。

65、进一步的，所述采用联合地球站分集与卫星波束指向控制进行干扰规避包括：

66、当leo地球站与gso地球站的站间距大于最小站间距时，通过地球站分集进行干扰规避。

67、进一步的，所述采用联合地球站分集与卫星波束指向控制进行干扰规避包括：

68、当leo地球站与gso地球站的站间距小于最小站间距时，leo地球站位于新禁区内，控制新禁区所对应的低轨卫星的波束不指向新禁区内，控制其他低轨卫星的波束指向新禁区内有业务需求的leo地球站，为其提供服务。

69、另一方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上文所述的联合地球站分集与卫星波束指向控制的干扰规避方法。

70、另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述的联合地球站分集与卫星波束指向控制的干扰规避方法。

71、本发明提供的实施例的有益效果为：地球站分集能够有效降低低轨卫星星座系统给gso卫星通信系统所造成的共线干扰，低轨卫星通过控制其波束指向能够进一步降低干扰，两种手段结合使用能够保证低轨卫星星座系统的通信不受严重影响，能够在保证gso卫星通信系统所受到干扰水平降低的情况下，使得低轨卫星继续保持正常服务，减少低轨卫星通信系统性能下降。