[发明专利]一种低轨卫星星座全球单重覆盖及频率复用算法

说明书

本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种低轨卫星星座全球单重覆盖及频率复用算法；针对低轨卫星星座的轨道及波束投影位置极其复杂所带来的同频干扰问题，采用将覆盖区离散化的思想，引入天线方向图、卫星轨位计算、斥力漂移模型等技术，将地面覆盖区离散为若干个采样点；基于波束位置计算结果和卫星位置计算结果，引入采样点判决的方式对各采样点所在波束进行统计，随后对采样点重复判决反复迭代的给出全球波束单重覆盖结果，并在此基础上对波束频率进行划分；经过反复迭代最终达成所有采样点均不存在同频干扰的结果，在保证全球覆盖不存在同频干扰的前提下最大程度的提高了低轨卫星星座的频段利用率。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种低轨卫星星座全球单重覆盖及频率复用算法。

背景技术

低轨互联网卫星星座有着时延低、容量大、全球覆盖的优势，在带来这些优势的同时，由于卫星相对地面的高速运动，以及卫星覆盖范围下本身也会划分为若干波束，因此卫星对地的覆盖情况远比同步静止轨道卫星复杂。当轨道倾角接近于90°时，卫星轨道在南北极上空密集交汇形成多重覆盖。另外由于星座轨道存在反向缝，其两侧的卫星相向运动也会导致卫星波束发生频繁交错。在频谱资源丰富的情况下这些问题可以通过频率复用将各个卫星所占用的频段分开，但由于卫星通信的发展导致低轨卫星通信必须在有限的带宽内实现全球覆盖，因此就需要以全球单重覆盖为目标关闭掉多重覆盖的波束，再对单重覆盖的卫星波束进行频率划分。

由于随着卫星通信的发展，频谱资源日趋紧张，而数据传输需求却与日剧增，这就要求卫星通信必须在有限的带宽内实现高速的数据传输；目前已经存在的低轨卫星星座如铱星星座，对应多重覆盖导致同频干扰的办法是：卫星接近北极附近的高纬度区域时关闭奇数轨道面上卫星波束，卫星接近南极附近的高纬度区域时关闭偶数轨道面上的卫星波束，在此基础上通过波束频率划分的方式进行避免同频干扰问题，问题在于高纬度和反向缝地区仍处于多重覆盖状态下。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种低轨卫星星座全球单重覆盖及频率复用算法及装置。

一方面，本发明提供了一种低轨卫星星座全球单重覆盖及频率复用算法，所述方法包括如下述步骤：

S1：接收用户输入的卫星天线波束模型、卫星轨道模型、地球模型，根据卫星天线波束模型、卫星轨道模型、地球模型联合生成天线方向图、天线指向、星地位置关系参数，并计算波束于地面的投影，统计出波束在地面上辐射相对功率谱密度在-12dB以上的区域，将这部分区域设为该波束所能影响的地面区；其中，m个波束影响的覆盖范围B＝{B1,B2,…,Bm}；

S2：在地面建立若干采样点，采用力学排斥漂移模型迭代生成采样点集合；共生成采样点n个，得到采样点集合S＝{S1,S2,…,Sn}；

S3：将生成的采样点集合对照S1中覆盖范围B，统计出各采样点所处的波束，得到S_i∈{B_a,B_b,..,B_x}；

S4：根据采样点所在波束信息，反过来统计波束内所有的采样点集合，得到{S_a,S_b,...,S_x}∈B_i；

S5：判断Bi内的采样点集合是否全部位于排序在其之前的波束B1～Bi-1内，若判断结果为是，则判断波束Bi应处于关闭状态，若判断结果为否，则保持波束Bi的开启；直到完成对所有覆盖范围B＝{B1,B2,…,Bm}的判断，并给出低轨卫星星座所有波束在当前时刻T为满足单重覆盖所需的波束开关闭状态表C＝{C1,C2,…,Cn}，其中Cn为代表波束Bi开关闭状态的布尔值；

S6:预设低轨星座所有频段共k段，记为{F1,F2,…,Fk}，按照每个波束Bi对应一个频段Fk的原则，随机分配给所有处于开启状态的波束；