[发明专利]一种低轨导航系统和中高轨导航系统之间兼容性评估方法

权利要求书

1.一种低轨导航系统和中高轨导航系统之间兼容性评估方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

1)利用MATLAB和STK软件建立系统场景，包括生成低轨导航系统卫星星座、中高轨导航系统卫星星座，设置仿真步长及仿真周期，并建立地面导航接收机；

2)遍历低轨导航系统卫星星座和中高轨导航系统卫星星座的所有卫星，获取当前时刻所有卫星的位置、速度，并获取当前时刻地面导航接收机的位置，结合获取的数据计算卫星与接收机之间的星地相对距离，并根据星地相对距离判断当前卫星对接收机的可见性；

3)根据低轨导航系统卫星相对接收机的相对速度计算低轨导航信号多普勒频移，根据中高轨导航系统卫星相对接收机的相对速度计算中高轨导航信号多普勒频移；

4)利用低轨导航信号的信号体制获取低轨信号的功率谱密度，利用中高轨导航信号的信号体制获取中高轨导航信号的功率谱密度，根据两种信号的功率谱密度及相应的多普勒频移计算信号间频谱分离系数；

5)利用卫星与接收机间的星地相对距离关系获取地面导航接收机对卫星的仰角，随后获取相应角度下的卫星星上发射天线增益、地面接收天线接收增益，根据星地相对距离、发射天线增益、接收天线增益、发射功率、空间链路损耗计算信号到地功率；

6)根据步骤5)获取的信号到地功率、步骤4)获取的信号间频谱分离系数，计算等效噪声功率谱密度，并计算该时刻等效载噪比衰减；

7)将当前时刻增加仿真步长，重复上述步骤2)～步骤6)，累计计算整个仿真周期内所有历元的等效载噪比衰减值，取其中最大值作为此经纬度下接收机最大干扰值，更改接收机经纬度，计算下一站点，并对计算得到的各个站点的干扰值进行兼容性评估；

步骤3)中，多普勒频移dopperFre的计算公式为：

式中，c为光速，α为星上天线指向角，即接收机到卫星连线与卫星到星下点连线的夹角，v为卫星和接收机间的相对速度，f为信号载波频率；

步骤4)具体包括以下步骤：

401)对低轨导航系统和中高轨导航系统的导航信号进行长码、短码判断，若导航信号的数据速率R_b、码速率R_c和码长N满足R_b≤R_c/N，则该信号为短码，否则为长码；

402)对于长码信号，功率谱密度函数按功率谱包络，BPSK调制的GPS系统L1P信号，对应功率谱密度函数的表达式为：

其中，f_c为码速率，且f_c＝10.23*10^6；

对于短码信号，功率谱密度函数为详细功率谱密度函数，GLONASS系统L1OF信号，其对应功率谱密度函数的表达式为：

其中，码长N₀＝511，N₁为一个数据码宽中包含的伪码数，且N₁＝数据码周期/伪码周期＝1/数据码速率*码速率/码长＝1/50*511000/511＝20，c_n为对应511长度的伪随机码值，T_c为码周期＝1/511000；

403)根据低轨系统功率谱密度函数和中高轨系统功率谱密度函数，计算信号间频谱分离系数，计算公式如下：

式中，|H(f)|为接收机前端滤波器的传递函数，G_s(f)为目标信号在无穷带宽上归一化的功率谱密度，G_f(f)为干扰信号在无穷带宽上归一化的功率谱密度，Δf_s为目标信号的多普勒频移，Δf_f为干扰信号的多普勒频移，β_γ为接收机滤波器的前端带宽；

步骤5)具体包括以下步骤：

501)利用卫星接收机间的星地相对距离d，卫星轨道相对于地表的高度h，地球半径Re获取地面接收机此时相对于卫星仰角el、星上天线指向角α；

502)根据仰角el及接收机天线方向图获取当前接收机接收天线增益Gr；

503)根据天线指向角α及星上发射天线方向图获取当前发射天线增益Gs；

504)计算第i颗星干扰信号空间链路损耗及到地信号功率，干扰信号到地信号功率P_r的计算公式为：

P_r＝P_send+G_s+G_r-92.45-20log(f)-20log(d)-1.5-1

其中，f为信号载波频率，d为卫星接收机间的星地相对距离，-1.5为极化损耗取值，-1为大气损耗取值，P_send为卫星发射功率；

步骤6)具体包括以下步骤：

601)根据干扰信号到地信号功率及频谱分离系数计算系统内干扰功率谱密度、系统间干扰功率谱密度；其中，系统内干扰功率谱密度的计算公式为：

式中，M(t)为干扰系统可见卫星数，K_i(t)为干扰系统每颗星信号数，P_i,j(t)为在t时刻第i个卫星发射的第j个干扰信号的接收功率，η^s(t)为期望信号接收功率，且假设接收机前端带宽足够宽可包含期望信号的全部功率，则η^s(t)＝1；

系统间干扰功率谱密度的计算公式为：

式中，O(t)为期望系统可见卫星数，N_i(t)为期望系统除期望信号外其他信号数；

602)根据系统内干扰功率谱密度、系统间干扰功率谱密度计算系统间等效载噪比衰减，其计算式为：