一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法

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一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法
申请号	CN202110678636.1	申请日	2021-06-18	公开(公告)号	CN113612512A	公开(公告)日	2021-11-05
申请人	西安空间无线电技术研究所;			发明人	薛江波; 李彪; 杨亚宁; 郭洪英; 李荣军; 周颖;
摘要	一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法，在卫星星座运行过程中，对每个卫星的通信频率进行分配和管理，避免在任意时刻卫星群在地面的重叠覆盖区域产生同频干扰，控制每颗卫星的波束覆盖状态，减轻卫星覆盖区内信号的互相干扰，并同时分析了卫星覆盖区的C/I，通过采用全新的星座波束管理控制方法，可以在保证对地表无缝覆盖的条件下，减轻卫星覆盖区信号互相干扰的问题。
权利要求	1.一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法，其特征在于步骤如下：(1)根据用户通信的频率规划，通过低轨移动通信卫星星座的载波频率进行设计，将接收业务、发射业务的频率均分为3频段； (2)对低轨移动通信卫星于各轨道面内频率进行划分，与步骤(1)所得频段对应； (3)实时监控各轨道面内低轨移动通信卫星的运行状态，当各轨道面内的卫星均运行至北纬60度以上或南纬60度以上时，于同频段的不同轨道面卫星中仅保留一颗卫星进行运行； (4)通过数字滤波器对各频段中的唯一一颗卫星进行频率信号隔离，完成频率信号抑制。 2.根据权利要求1所述的一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述频段分别为：频段a、频段b、频段c，所述步骤(2)中，低轨移动通信卫星轨道面数量为6个，分别为轨道面1至轨道面6。 3.根据权利要求1所述的一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，轨道面1、轨道面4中的低轨移动通信卫星采用频段a，轨道面2、轨道面 5中的低轨移动通信卫星采用频段b，轨道面3、轨道面6中的低轨移动通信卫星采用频段c。 4.根据权利要求3所述的一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中，当各轨道面内的卫星均运行至北纬60度以上或南纬60度以上时，关闭奇数轨道上的低轨移动通信卫星或偶数轨道上的低轨移动通信卫星，令偶数轨道或奇数轨道上的低轨移动通信卫星持续运行，并通过数字滤波降低不同频段间干扰。
说明书全文	一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法，属于低轨卫星星座运行管理技术领域。背景技术 [0002] 低轨移动通信卫星星座群在高纬度区时，卫星覆盖区交叠会形成卫星信号的相互干扰，当多个卫星同时对一个地面区域服务时，地面用户会接收到两种或多种不同卫星的信号，由于信号的落地强度相同，载波的频率也接近，干扰变得很严重，甚至无法进行正常通信，对于语音信号来说就会发生串音、杂音等结果。卫星通信上一般用C/I，即载波功率与干扰信号功率的比值来表征可容忍的干扰程度。在卫星通信中，要求C/I需大于16dB，而覆盖区交叠区域C/I均小于该值，而在现有通信卫星群的管理、控制方法中，仍然难以减小或避免干扰。发明内容 [0003] 本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，难以避免低轨卫星群在高纬度区信号互相干扰的问题，提出了一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法。 [0004] 本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的： [0005] 一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法，步骤如下： [0006] (1)根据用户通信的频率规划，通过低轨移动通信卫星星座的载波频率进行设计，将接收业务、发射业务的频率均分为3频段； [0007] (2)对低轨移动通信卫星于各轨道面内频率进行划分，与步骤(1)所得频段对应； [0008] (3)实时监控各轨道面内低轨移动通信卫星的运行状态，当各轨道面内的卫星均运行至北纬60度以上或南纬60度以上时，于同频段的不同轨道面卫星中仅保留一颗卫星进行运行； [0009] (4)通过数字滤波器对各频段中的唯一一颗卫星进行频率信号隔离，完成频率信号抑制。 [0010] 所述步骤(1)中，所述频段分别为：频段a、频段b、频段c，所述步骤(2)中，低轨移动通信卫星轨道面数量为6个，分别为轨道面1至轨道面6。 [0011] 所述步骤(2)中，轨道面1、轨道面4中的低轨移动通信卫星采用频段a，轨道面2、轨道面5中的低轨移动通信卫星采用频段b，轨道面3、轨道面6中的低轨移动通信卫星采用频段c。 [0012] 所述步骤(3)中，当各轨道面内的卫星均运行至北纬60度以上或南纬60度以上时，关闭奇数轨道上的低轨移动通信卫星或偶数轨道上的低轨移动通信卫星，令偶数轨道或奇数轨道上的低轨移动通信卫星持续运行，并通过数字滤波降低不同频段间干扰。 [0013] 本发明与现有技术相比的优点在于： [0014] (1)本发明提供的一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法，在卫星星座运行过程中，管理每颗卫星的波束覆盖状态，减轻卫星覆盖区内信号的互相干扰，并同时分析了卫星覆盖区的C/I，通过采用全新的星座波束管理控制方法，可以在保证对地表无缝覆盖的条件下，减轻卫星覆盖区信号互相干扰的问题； [0015] (2)本发明采用轨道卫星的通信频率管理，使得相同覆盖区的工作频率错开，三段频率信号的隔离通过有效载荷中的数字滤波器对非工作频率信号进行抑制，抑制度可达到 20dB以上，仅保留本卫星所设计的通信频段，这样可保证低轨卫星通信链路即使在通过极区时，通信不会彼此干扰。附图说明 [0016] 图1为发明提供的低轨星座卫星轨道运行图； [0017] 图2为发明提供的相邻三轨道面的卫星在高纬度覆盖区重叠示意图； [0018] 图3为发明提供的卫星星座通信频段规划方法示意图； [0019] 图4为发明提供的轨道面频率规划方法示意图； [0020] 图5为发明提供的多轨道卫星在高纬度区覆盖示意图；具体实施方式 [0021] 一种低轨移动通信卫星星座多波束控制方法，在卫星星座运行过程中，管理每颗卫星的波束覆盖状态，减轻卫星覆盖区内信号的互相干扰，并同时分析了卫星覆盖区的C/ I。结果表明通过采用本发明中的星座波束管理方法，可以在保证对地表无缝覆盖的条件下，减轻卫星覆盖区信号互相干扰的问题。 [0022] 卫星星座控制方法具体为： [0023] (1)根据用户通信的频率规划，通过低轨移动通信卫星星座的载波频率进行设计，将接收业务、发射业务的频率均分为3频段，频段分别为：频段a、频段b、频段c； [0024] (2)对低轨移动通信卫星于各轨道面内频率进行划分，与步骤(1)所得频段对应； [0025] 其中，低轨移动通信卫星轨道面数量为6个，分别为轨道面1至轨道面6； [0026] 具体的，轨道面1、轨道面4中的低轨移动通信卫星采用频段a，轨道面2、轨道面5中的低轨移动通信卫星采用频段b，轨道面3、轨道面6中的低轨移动通信卫星采用频段c； [0027] (3)实时监控各轨道面内低轨移动通信卫星的运行状态，当各轨道面内的卫星均运行至北纬60度以上或南纬60度以上时，于同频段的不同轨道面卫星中仅保留一颗卫星进行运行； [0028] 其中，当各轨道面内的卫星均运行至北纬60度以上或南纬60度以上时，关闭奇数轨道上的低轨移动通信卫星或偶数轨道上的低轨移动通信卫星，令偶数轨道或奇数轨道上的低轨移动通信卫星持续运行，并通过数字滤波降低不同频段间干扰； [0029] (4)通过数字滤波器对各频段中的唯一一颗卫星进行频率信号隔离，完成频率信号抑制。 [0030] 低轨移动通信卫星的用户波束采用收发双工通信体制，为使接收信号不受到发射信号的干扰，在收发天线的后端采用了双工器对收发信道进行隔离，使收发信道隔离达到 80dB以上，保证接收通道不会被发射信号干扰。 [0031] 接收通道接收到的信号通过信号的放大、变频和解调后，转换成基带信号，再进行数字采样将基带信号变换成数字信号，由于卫星的接收通道的带宽较宽，在接收自己信号的同时，也接收到了其它轨道卫星的上行信号，因此需要通过数字滤波器对数字信号进行滤波，只保留本星所需用的频段。 [0032] 下面根据具体实施例进行进一步说明： [0033] 西安空间无线电技术研究所低轨鸿雁卫星星座项目中，低轨鸿雁卫星星座项目共包括54颗卫星，这些卫星在距地球表面约1000km高度的6个特定轨道面上运行，每个轨道上均匀分布6颗卫星，轨道面与地球赤道夹角为85度。卫星上配备了L频段多波束天线实现全球无缝覆盖的语音和数据通信，保障在全球任何位置都能够通过低轨星座进行通信。每颗卫星的覆盖区大小相同，形状为圆形，在地球表面的覆盖区直径约4500km。 [0034] 在低轨卫星星座运行的过程中，每颗卫星在地球上的覆盖区域在不断变化，由于地球是圆形的，当卫星运行至南北极高纬度时，不同轨道卫星间的距离会逐渐变小。例如：在纬度60度以内，异轨卫星的距离大于2900km，而在南北高纬度时，不同轨道的卫星逐渐接近，根据星座运行模型统计，异轨卫星空间距离最接近的情况如图1示例所示，其中HY068和 HY01卫星的轨位距离最小，最小距离仅有150km； [0035] 由于每颗卫星的星下覆盖区相对稳定，两颗异轨卫星间距离的减小会导致卫星覆盖区交叠甚至重合，在南北纬度60度以上的高纬度区时，交叠情况更为明显。 [0036] 不同轨道卫星覆盖区干扰的情况示例如图2所示，设三颗卫星分别在三个相邻的轨道上，当中间的卫星运行至北纬60°以后，由图中可以看出，其覆盖区已与两边的两颗星的覆盖区重合，图中重合的覆盖区域即为干扰区域。 [0037] 卫星覆盖区交叠会形成卫星信号的相互干扰。当多个卫星同时对一个地面区域服务时，地面用户会接收到两种或多种不同卫星的信号，由于信号的落地强度相同，载波的频率也接近，干扰变得很严重，甚至无法进行正常通信，对于语音信号来说就会发生串音、杂音等结果。卫星通信上一般用C/I(即载波功率与干扰信号功率的比值)来表征可容忍的干扰程度。在卫星通信中，要求C/I需大于16dB，而覆盖区交叠区域C/I均小于该值。 [0038] 在本实施例中，低轨移动卫星星座的用户通信所使用的频段为国际电联分配的频段，卫星接收和发射业务各有7MHz频率带宽的资源。其中1MHz用于控制信道，6MHz用户通信业务。同时根据用户技术要求，单颗卫星用户容量大于700个，每颗卫星有156个载波，每个载波占用带宽为31.25KHz，每个载波可同时容纳5个用户。 [0039] 根据用户通信的总的频率规划，采用将卫星星座的载波频率进行如下规划： [0040] 如图3所示，将接收和发射业务的6MHz的频率平均分为3段(频段a、频段b、频段c)，每段频带宽度为2MHz，用于不同轨道单星。 [0041] 6个轨道面的频率划分为： [0042] 如图4所示，轨道面1和轨道面4的卫星采用频段a；轨道面2和轨道面3的卫星采用频段b；轨道面3和轨道面6的卫星采用频段c； [0043] 当不同轨道卫星运行至地球高纬度区时，即高于纬度60度时，卫星的波束覆盖区出现重叠覆盖。具体方法如下： [0044] (1)当6颗轨道上的卫星都运行到北纬60度以上，这时将轨道2、轨道4、轨道6上的卫星关闭，存留的轨道1、轨道3、轨道5的卫星虽然覆盖区有交叠，但3个卫星的使用频段分别为频段a、频段b、频段c，通过数字滤波可将彼此间的干扰大大降低； [0045] (2)当6颗轨道上的卫星都运行到南纬60度以上，这时将轨道1、轨道3、轨道5上的卫星关闭，存留的轨道2、轨道4、轨道6的卫星虽然覆盖区有交叠，但3个卫星的使用频段仍然分别为频段a、频段b、频段c，通过数字滤波可将彼此间的干扰大大降低。上述频率规划方法,可以使覆盖区内不会出现C/I恶化的问题。 [0046] 根据此方法设计了卫星星座的载波资源分配和管理方案，该方案保证了在高纬度地区和极区多重卫星覆盖条件下仍然能满足C/I大于16dB。 [0047] 按照本专利的架构，在一个采用多个轨道进行全球覆盖的低轨卫星通信系统中，可对每个卫星的通信频率进行分配和管理，避免在任意时刻卫星群在地面的重叠覆盖区域产生同频干扰，进行管理后的频率管理策略如图5所示； [0048] 如图5所示，当6个轨道的低轨通信卫星向极区移动时，覆盖区域随着卫星的移动逐渐开始交叠，当达到纬度60度时相邻轨道的卫星覆盖区开始重合，此时可通过卫星业务管理指令关闭奇数轨道或偶数轨道的卫星波束。随着覆盖区纬度逐步升高，三个轨道的卫星覆盖区重合，在此种工况下，将三个轨道卫星的通信频率进行管理，使得相同覆盖区的工作频率错开，三段频率信号的隔离通过有效载荷中的数字滤波器对非工作频率信号进行抑制，抑制度可达到20dB以上，仅保留本卫星所设计的通信频段，这样可保证低轨卫星通信链路即使在通过极区时，通信也不会彼此干扰。 [0049] 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。 [0050] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。