[发明专利]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

权利要求书

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；

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：

其中i＝1,2,…,I_{n max}，n∈[1，2,…,n(l,w)]，I_{n max}表示可见干扰卫星数量为n时的时间片段总数量，(t_2i-1,t_2i)_n表示可见干扰卫星数量为n时的第i个时间片段，t_2i-1表示n个可见干扰卫星的第i次出现时刻，t_2i表示n个可见干扰卫星的第i次出现后的消失时刻；

因此，NGSO星座对GEO卫星通信地球站的各可见干扰卫星数量为n时的持续时间T_totalⁿ表示为：

从而得到各干扰卫星数量的干扰持续时间；

所述的步骤S3，其具体包括：

将运动到GEO卫星通信地球站可见范围内的一个NGSO星座卫星所发射的干扰信号I_s(t)表示为：

其中A_s表示干扰信号幅度，f为干扰信号频率，表示干扰信号的初相位，I_s(t)表示t时刻的干扰信号；

根据GEO卫星通信地球站天线接收增益、NGSO星座卫星天线发射增益和所发射的干扰信号的传输损耗，得到GEO卫星通信地球站接收到的NGSO卫星k的干扰信号幅度函数A_rk(t)，A_rk(t)为随时间t变化的函数，其表达式为：

其中A_rk(t)和A_s取dB为单位，D为NGSO星座卫星天线直径，单位为米，α(t)表示NGSO星座卫星相对于GEO卫星通信地球站的在时间t的仰角，θ为GEO卫星通信地球站天线仰角，为NGSO卫星天线的3dB波瓣宽度的一半，d_k为NGSO星座卫星k到GEO卫星通信地球站的通信链路长度，单位为km，ω_s为NGSO星座卫星的移动角速度，单位为度每秒，α₀表示NGSO星座卫星相对于GEO卫星通信地球站的初始仰角；

将GEO卫星通信地球站接收到的NGSO卫星k发射的干扰信号表示为

其中A_rk(t)表示GEO卫星通信地球站接收到的NGSO卫星k发射的干扰信号幅度随时间变化的函数，表示GEO卫星通信地球站接收到的NGSO卫星k发射的干扰信号初相位；

所述的步骤S4，其具体包括：

当NGSO星座对GEO卫星通信地球站的可见干扰卫星数量n＝N(l,w,t)时，此GEO卫星通信地球站接收到的所有可见干扰卫星造成的叠加信号R(l,w,t)表示为

其中i表示GEO卫星通信地球站上空的第i颗可见干扰卫星，k(i)表示该第i颗可见干扰卫星在NGSO星座中的卫星编号，n(t)_k(i)表示GEO卫星通信地球站接收第i颗可见干扰卫星发射的干扰信号时的通信链路噪声，其为高斯白噪声，A_rk(i)表示GEO卫星通信地球站接收第i颗可见干扰卫星发射的干扰信号的幅度，表示GEO卫星通信地球站接收第i颗可见干扰卫星发射的干扰信号的初相位；

所述的步骤S5，对于GEO卫星通信地球站，将其在一个NGSO星座卫星状态分布周期T_s的时间内接收到的干扰信号均值表示为一维向量其中，u_p表示可见干扰卫星数量为p时，GEO卫星通信地球站接收到的干扰信号的均值，p＝1,2,...,n(l,w)，其计算公式为

其中，I_pmax表示可见干扰卫星数量为p时的时间片段总数量；

所述的步骤S6,将GEO卫星通信地球站以其在大地坐标系中经纬度坐标，进行空间上的分割，对每个GEO卫星通信地球站得到一个独立的空间间隔，将一个NGSO星座卫星状态分布周期T_s以不同时间内的GEO卫星通信地球站的可见干扰卫星数量进行时间上的分割，得到若干个时间片段，构建时空域分割的NGSO星座对GEO卫星通信地球站干扰模型,其表达式为：

其中，u(l,w,t)表示NGSO星座对地球上经纬度为(l,w)的GEO卫星通信地球站在一个NGSO星座卫星状态分布周期内时间片段(t_2i-1,t_2i)上的干扰信号均值。

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。