一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统及使用方法

本发明涉及卫星通信，尤其涉及一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统及使用方法。

背景技术：

1、为实现天地协同的多用户宽带卫星通信，同步地球通信卫星平台的用户波束通常工作在ka或ku频段。该频段特征导致降雨、降雪、沙尘等恶劣天气造成的气象衰减对卫星上/下行业务信道信噪比存在显著影响，严重时将导致通信质量大幅降低甚至通信中断。

2、现有技术cn109765638a中公开了一种基于网络通信的气象预警系统，利用气象信息采集装置、通信模块、数据处理中心、智能终端、示警单元等单元，能够快速检测气象变化，并通过网络通信以及智能终端分析预测气象，超出正常值时进行预警。

3、目前的卫星通信系统均采用基于链路预算的静态功率控制策略，即由地面网控或星载网控预先存储：全部入网终端对应星地业务信道的气象衰减值；终端所在卫星站的发射机最大增益、天线等效全向辐射功率、接收机灵敏度；星上转发增益。在通信信道建立时由网控基于一定增益余量计算主叫终端的最小中频发射功率，并通过控制信道下发完成通信功率控制。

4、传统的静态功率控制策略在应用过程中存在以下问题：

5、业务信道气象衰减值为固定值，通常基于某一地区的统计气象特征、季节等因素计算得到，对于卫星通信用户站不适用。

6、业务信道气象衰减值计算通常以加权的当地最大降雨量(99％概率)作为雨衰因子，导致：在净空条件下到达卫星的上行用户信号功率过大，浪费星上转发资源；在强降雨环境下，预留增益余量不足，通信质量差。

7、因此，有必要对现有技术中的气象预测的控制系统以及使用方法进行改进，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统及使用方法，旨在解决现有技术中静态功率控制策略中缺乏终端侧精确功率控制以及星上转发资源利用率低的缺陷。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，包括：信关站、同步地球卫星、用户站和信道单元；

3、所述信道单元包括业务信道和控制信道，所述业务信道用于所述同步地球卫星和所述用户站进行数据交换，所述控制信道分别用于所述同步地球卫星和所述用户站之间、所述同步地球卫星和所述信关站之间控制信息的传输；

4、所述信关站包括地球站和运控中心，所述地球站用于组网控制信令的收发，所述运控中心负责计算同步地球卫星接收功率参考值，并通过控制信道下发给主叫用户站；

5、所述用户站通过控制信道接收到卫星接收功率参考值后，基于载波接收信噪比采样估算上行业务信道实时衰减，对衰减值序列进行异常值过滤并以此为补偿计算用户站信道终端中频发射功率。

6、本发明一个较佳实施例中，所述运控中心执行的卫星链路计算时将主叫用户站节点及上行星地链路排除，所述卫星链路计算以卫星接收功率参考值作为输出，并基于此实现组网控制。

7、本发明一个较佳实施例中，所述用户站对上行业务信道衰减估算过程依次包括：信噪比测量、降雨量估计和上行业务信道衰减估计。

8、本发明一个较佳实施例中，所述信噪比测量采用卫星波束下行控制、业务信道接收信噪比测量，结合所述衰减预测量值计算实时信道气象衰减。

9、本发明一个较佳实施例中，所述降雨量估计基于信道衰减的实时数据，通过衰减数据的实时检测和处理，拟合衰减数据的变化规律。

10、本发明一个较佳实施例中，所述上行业务信道衰减估计基于局部线性预测，选择一个固定的时间窗口，将历史数据划分为多个子窗口，每个所述子窗口内的衰减数据为一个局部线性过程，使用线性拟合方法对所述子窗口内进行线性拟合，并对所述子窗口的下一子窗口的衰减值进行预测。

11、本发明一个较佳实施例中，所述用户站对终端中频发射功率动态进行控制，控制方法包括基于数字滤波方法的异常衰减值过滤，和基于衰减补偿的中频发射功率控制。

12、本发明一个较佳实施例中，所述异常衰减值过滤采用数字滤波方法，将衰减值通过数字滤波器进行过滤后剔除衰减异常值；所述中频发射功率控制采用衰减补偿，用于补偿信道中衰减引起的信号损失。

13、为达到上述目的，本发明采用的第二套技术方案为：一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统的使用方法，基于一种气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，包括以下步骤：

14、s1：所述同步地球卫星接收功率参考值下发与衰减预测量；

15、s2：所述地球站和运控中心通过控制信道向用户站下发同步地球卫星接收功率参考值；

16、s3：所述用户站实时接收功率监测与降雨量计算；

17、s4：所述用户站利用上行业务信道进行衰减估计；

18、s5：所述用户站信道终端中频发射功率动态调整。

19、本发明一个较佳实施例中，所述s3中采用双信道测量和反向信道性质推算方法，以实时降雨量作为估算媒介，对卫星上行信道进行动态雨衰估计。

20、本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

21、(1)本发明提供了一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，利用信关站、同步地球卫星、用户站和信道单元等单元，由运控中心和用户站分别执行卫星接收功率参考值计算和地面终端发射功率计算，并基于降雨衰减量进行发射功率补偿，相比于现有技术中的气象预测控制系统，能够提高功率计算的准确性，提高了星上功率转发资源的利用效率，降低极端气象条件下的通信中断概率，解决了现有技术中静态功率控制策略中缺乏终端侧精确功率控制以及星上转发资源利用率低的缺陷。

22、(2)本发明中，用户站基于载波接收信噪比采样估算上行业务信道实时信道衰减，并在业务信道和控制信道的共同传输下，将实时降雨量作为估算媒介，相比于现有技术，能够对降雨量进行实时衰减估计，提高了对降雨衰减的估算准确率。

技术特征：

1.一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，包括：信关站、同步地球卫星、用户站和信道单元，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，其特征在于：所述运控中心执行的卫星链路计算时将主叫用户站节点及上行星地链路排除，所述卫星链路计算以卫星接收功率参考值作为输出，并基于此实现组网功率控制。

3.根据权利要求1所述的一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，其特征在于：所述用户站对上行业务信道衰减估算过程依次包括：信噪比测量、降雨量估计和上行业务信道衰减估计。

4.根据权利要求3所述的一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，其特征在于：所述信噪比测量采用卫星波束下行控制、业务信道接收信噪比测量，结合所述衰减预测量值计算实时信道气象衰减。

5.根据权利要求3所述的一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，其特征在于：所述降雨量估计基于信道衰减的实时数据，通过衰减数据的实时检测和处理，拟合衰减数据的变化规律。

6.根据权利要求3所述的一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，其特征在于：所述上行业务信道衰减估计基于局部线性预测，选择一个固定的时间窗口，将历史数据划分为多个子窗口，每个所述子窗口内的衰减数据为一个局部线性过程，使用线性拟合方法对所述子窗口内进行线性拟合，并对所述子窗口的下一子窗口的衰减值进行预测。

7.根据权利要求1所述的一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，其特征在于：所述用户站对终端中频发射功率动态进行控制，控制方法包括基于数字滤波方法的异常衰减值过滤，和基于衰减补偿的中频发射功率控制。

8.根据权利要求7所述的一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，其特征在于：所述异常衰减值过滤采用数字滤波方法，将衰减值序列通过数字滤波器进行过滤后剔除衰减异常值；所述中频发射功率控制采用衰减补偿，用于补偿信道中衰减引起的信号损失。

9.一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统的使用方法，基于权利要求1-8中任一种所述的基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统的使用方法，其特征在于：所述s3中采用双信道测量和反向信道性质推算方法，以实时降雨量作为估算媒介，对卫星上行信道进行动态雨衰估计。

技术总结
本发明公开了一种基于气象衰减预测的卫星用户站终端发射功率动态控制系统及使用方法，利用信关站、同步地球卫星、用户站和信道单元等单元，由运控中心和用户站分别执行卫星接收功率参考值计算和地面终端发射功率计算，并基于降雨衰减量进行补偿，能够提高功率控制的准确性，降低极端气象条件下的通信中断概率，解决了现有技术中静态功率控制策略中缺乏终端侧精确功率控制以及星上转发资源利用率低的缺陷；用户站基于载波接收信噪比采样估算上行业务信道实时信道衰减，并在业务信道和控制信道的共同传输下，将实时降雨量作为估算媒介，能够对降雨量进行实时衰减估计，提高了对降雨衰减的估算准确率。

技术研发人员：黄启明,宋军
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19