一种面向巨型星座的干扰计算等效方法与流程

本发明属于卫星系统间兼容性分析领域，特别涉及该领域中的一种面向巨型星座的干扰计算等效方法。

背景技术：

1、目前低轨巨型星座已进入快速部署阶段，截止2023年2月2日，spacex公司已累计发射3875颗starlink卫星，随着大量非静止轨道(non-geostationary orbit，ngso)卫星的入轨，ngso卫星系统间的干扰问题日益突出，在卫星发射前需进行大量的干扰分析，以支撑与其它卫星系统间的国际协调。但由于低轨巨型星座规模大、干扰场景复杂，而单点逐步推演计算量大、耗时长，无法满足干扰分析时效性需求，因此亟需研究一种高效的巨型星座间干扰分析方法。

2、itu在itu-r s.1257、itu-r s.1529等相关建议书中对低轨巨型星座中卫星空间概率模型进行了研究，并基于卫星空间概率分布对星座间的干扰情况进行了初步分析。李伟在ngso通信星座系统间同频干扰场景与建模研究中分析了多个ngso星座同频共用场景下的干扰情况，并对每个场景下发生干扰的可能性进行了初步定性评估，但其采用的仍是单点逐步推演的方法，计算量十分庞大。靳瑾在全球动态场景下非静止轨道通信星座干扰发生概率和系统可用性中设计了星座间的系统级干扰评估指标，评估多链路星座系统间整体受扰程度，但其本质仍是单点逐步推演，计算量相对较大。彭菲在非静止轨道星座系统级干扰评估研究中，基于卫星链路夹角，建立了ngso卫星系统干扰分析模型，将卫星链路夹角与i/n进行等效，通过计算卫星链路夹角体现卫星受扰情况，极大的降低了干扰分析的计算量，但其仅针对单入干扰，无法准确计算卫星系统的集总干扰情况，而集总干扰更能反映干扰的总体情况。

技术实现思路

1、本发明针对因低轨巨型星座规模较大，造成星座间的干扰场景复杂且干扰分析计算量较大，而单点推演计算方式的计算复杂度较高，无法满足当前巨型星座干扰计算时效性要求的技术问题，提供一种面向巨型星座的干扰计算等效方法。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种面向巨型星座的干扰计算等效方法，其改进之处在于，包括如下步骤：

4、步骤1，星座链路等效选择模型构建：

5、根据地面站与卫星间的仰角ei与可见角门限eith间的关系，计算地面站的可视范围，并将其可视范围划分为更小的可视子区域：

6、当ei≥eith，则说明该位置在可视范围内，当ei＜eith，则说明该位置不在可视范围内；

7、如图1所示，可视子区域的大小由干扰值误差的可接受范围决定，且应小于基准卫星设置区域。基准卫星设置区域为任意时刻、任意相邻的4颗卫星围成的区域内，如图2中的深色区域，当星座构型为walker星座时，在概率上任意时刻基准卫星设置区域中有且仅有1颗卫星。

8、根据下式计算特定轨道卫星在特定可视子区域(空域)的出现概率p：

9、

10、上式中，nall为星座卫星总数；a为特定空域的球面积，单位为rad2；α为卫星轨迹与特定空域中心纬度线的夹角；l为特定空域中心的纬度；

11、得到卫星在地面站可视子区域的出现概率后，基于卫星在各可视子区域的出现概率以及选星策略进行链路选择，最终获得建链卫星在可视子区域的出现概率；

12、步骤2，巨型星座干扰等效计算模型构建：

13、步骤21，采用sgp4或sdp4轨道模型，基于干扰星座与被干扰星座的星历进行轨道推演；

14、步骤22，在地球表面对被干扰星座的地面站位置进行遍历，遍历范围为(-180°～180°，-90°～90°)，遍历步长0.1°；

15、步骤23，基于步骤21中所推演轨道，计算每个被干扰星座地面站视场内卫星的空间分布特性，就是卫星在每个被干扰星座地面站视场内特定可视子区域的出现概率p；

16、步骤24，计算当前选星策略下被干扰星座地面站视场内每个可视子区域中建链卫星的出现概率：

17、p`i＝ti/tall

18、上式中，p`i为被干扰星座地面站视场内第i个可视子区域中建链卫星的出现概率，ti为被干扰星座地面站视场内第i个可视子区域中建链卫星的出现时长，tall为总仿真时长；

19、步骤25，在地球表面对干扰星座的地面站位置进行遍历，遍历范围为(-180°～180°，-90°～90°)，遍历步长0.1°；

20、步骤26，基于步骤21中所推演轨道，计算每个干扰星座地面站视场内卫星的空间分布特性；

21、步骤27，计算当前选星策略下干扰星座地面站视场内每个可视子区域中建链卫星的出现概率；

22、步骤28，逐点计算每一时刻的干扰情况，得到该被干扰地面站的最差干扰情况；

23、

24、上式中，为在地球表面的任意位置i上，接收机在时间t接收到的干扰功率，为在地球表面的任意位置i上，接收机在时间t接收到的第j颗干扰卫星的干扰功率，ptj为第j颗干扰卫星的发射功率，gtj为第j颗干扰卫星的天线增益，lossj为第j颗干扰卫星的信号到达位置i处的链路损耗，grj为接收机天线对第j颗干扰卫星信号的增益；

25、步骤29，判断干扰星座地面站位置是否已遍历结束，若已结束则进行步骤210，若未遍历结束，则返回步骤25；

26、步骤210，判断被干扰星座地面站位置是否已遍历结束，若已结束则进行步骤211，若未遍历结束，则返回步骤22；

27、步骤211，计算合计增益等效因子：

28、

29、上式中，pmax为源自任何一个卫星的最大信号发射功率；

30、步骤3，巨型星座干扰等效计算：

31、步骤31，根据干扰星座与被干扰星座的地面站位置，读取地面站视场各可视子区域中建链卫星的出现概率，并进行建链；

32、步骤32，根据建链情况，判断被干扰星座可能受到的干扰数量n，就是被干扰星座地面站可视范围内已建链的干扰星座的卫星数量；

33、步骤33，根据干扰星座的发射功率以及合计增益等效因子，求取n条干扰链路的单入干扰；

34、步骤34，根据下式计算n条干扰链路的集总干扰i0：

35、

36、上式中，i表示采用遍历方法得到的精确集总干扰值；

37、步骤35，计算集总干扰的cdf曲线：

38、

39、上式中，为仿真过程中求得的集总干扰i0的最小值，i0i为仿真过程中求得的集总干扰i0的第i个值，sum(i0min：i0i)表示集总干扰i0的值在区间[i0min,i0i]内的概率。

40、进一步的，步骤1的选星策略包括最长跟踪时间和最佳通信条件。

41、本发明的有益效果是：

42、本发明针对星座干扰计算中的算法复杂度优化问题，提出了一种面向巨型星座的干扰计算等效方法，在链路选择方面，利用地面站视场内卫星空间分布特性，建立了星座链路选择等效模型，减少了链路选择的计算量；在单链路干扰计算方面，针对天线增益、传播损耗、极化隔离系数等参量的复杂计算，提出了巨型星座合计增益等效因子，以降低单链路干扰计算复杂度。