一种用于NGSO卫星终端的空中平台监测能力估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于NGSO卫星终端的空中平台监测能力估计方法及系统，对地面终端、卫星星座系统、空中平台进行建模，然后将地面终端周围空间以球面或平面均匀剖分网格化，计算每个时刻每个网格能接收到地面终端信号的空间概率和特定网格在一定时间段内能接收到地面终端信号的时间概率，并对空中平台的信号发现范围和概率统计分析，估计空中平台的监测能力。本发明专利技术不受地面终端和空中平台类型的限制，能够更直观、方便、高效地评估空中平台的信号发现能力，为空中平台的建设规划和使用提供理论支撑。理论支撑。理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种用于NGSO卫星终端的空中平台监测能力估计方法及系统


[0001]本专利技术属于卫星通信及无线电传播
，具体涉及一种用于NGSO卫星终端的空中平台监测能力估计方法及系统。

技术介绍

[0002]全球移动通信的高速发展和小卫星的逐步成熟，使得星座化、高通量、小型化的中低轨卫星通信系统成为主流趋势。中低轨卫星通信系统的传输时延短，传播损耗小，可靠性高，多星组网可实现全球覆盖，通过与地面通信融合，协同打造空天地一体的网络，真正实现全球互联。目前不少厂商成功研制出低成本、高速率、小型化、全自动的非静止轨道卫星通信终端，具有广阔的应用市场。
[0003]面对非静止轨道卫星地面终端小型化、多样化、简易化的趋势，应用场景越来越广泛，使用频次越来越高，操作人员逐渐非专业化，导致电磁环境日益复杂，电磁干扰愈发频繁，使得相关管理部门的工作更具困难和挑战性。由于地面终端与非静止轨道卫星进行通信，终端天线的主射方向一般是对空，且主射方向不是固定的，会随着卫星的移动而转动，采用地面测试设备很难有效接收到终端信号，因此采用空中平台进行终端信号测试。空中平台通过在无人机、热气球等平台上搭载信号接收设备实现一定区域内的信号监测。但是空中平台的使用需要进行建档登记报备，不具备开展大规模长时间测试的条件。因此目前针对非静止轨道卫星地面终端的空中平台尚处于研究阶段，没有现成的平台系统可供使用，具体的信号发现能力有待评估。
[0004]空中平台的信号发现能力与卫星地面终端的工作频率、发射功率、天线方向图、天线工作方式、平台天线及接收机等参数有关，为了更好地利用空中平台开展监测工作，需要对空中平台的信号发现能力进行估计，目前针对非静止轨道卫星地面终端的空中平台能力估计方法尚没有公开的方法和文献介绍。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于NGSO卫星终端的空中平台监测能力估计方法及系统，不受地面终端和空中平台类型的限制，能够更直观、方便、高效地评估空中平台的信号发现能力，为空中平台的建设规划和使用提供理论支撑。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术一种用于NGSO卫星终端的空中平台监测能力估计方法，包括以下步骤：
[0008]S1、选择非静止轨道卫星地面终端的类型和位置，确定地面终端的发射功率和天线指标参数以及终端位置的经纬度信息，根据地面终端参数对终端天线进行建模，得到发射天线的方向图；
[0009]S2、根据步骤S1选择的地面终端对应的卫星星座系统确定系统轨道参数，建立卫星星座系统的轨道模型，计算卫星星座系统内所有卫星在设定时间段内每个时刻的位置；
[0010]S3、根据步骤S2的卫星星座系统确定地面终端的跟星方式，并利用步骤S1确定的终端位置经纬度信息和步骤S2中每个时刻卫星的位置计算地面终端在设定时间段内每个时刻的方位角和俯仰角数据，将每个时刻的方位角和俯仰角数据作为指向数据，使用单位向量表示得到指向数据向量；
[0011]S4、以步骤S1选择的地面终端为原点位置，将周围待估计空间以多个球面或平面均匀网格化划分，计算每个网格点的单位坐标向量；
[0012]S5、根据步骤S3的指向数据向量和步骤S4的网格点单位坐标向量，利用向量内积计算每个时刻空间每个网格点相对于地面终端的离轴角，根据步骤S1的终端天线方向图和离轴角计算每个时刻地面终端发射天线在每个网格点方向的增益，并根据步骤S4中的网格点单位坐标向量计算地面终端和每个网格点的距离，根据距离得到地面终端到每个网格点的路径损耗；
[0013]S6、选择待估计的空中平台系统的类型，确定空中平台系统的噪声温度，接收天线类型及增益，根据系统噪声温度计算空中平台系统的背景噪声功率，并根据天线类型对平台接收天线进行建模，得到接收天线的方向图，计算出接收天线在地面终端方向的增益；
[0014]S7、利用步骤S1中地面终端的发射功率参数、步骤S5中每个时刻地面终端发射天线在每个网格点方向的增益和地面终端到每个网格点的路径损耗、步骤S6中接收天线在地面终端方向的增益计算每个时刻地面终端传输到每个网格点的信号功率，结合步骤S6的背景噪声功率确定网格点的信噪比，当网格点的信噪比大于3dB时，空中平台系统能够接收到地面终端的信号；
[0015]S8、根据步骤S7中每个时刻地面终端传输到每个网格点的信号功率计算某个时刻特定球面或平面内接收到地面终端信号的空间概率分布，及所有网格点设定时间段内接收到地面终端信号的时间概率分布，确定空中平台系统的信号发现范围和概率，完成空中平台系统监测能力估计。
[0016]具体的，步骤S1中，地面终端参数包括地面终端与卫星星座系统的工作频率f、地面终端的发射功率P
es
、带宽B、天线最大增益G0、天线方向图、天线口径D、极化方式、波束宽度BW和最低工作仰角Phi0。
[0017]具体的，步骤S2中，卫星星座系统轨道参数包括半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角和平近点角，根据卫星星座系统的轨道模型确定卫星星座系统的轨道数量、卫星总数量、轨道高度、轨道倾角、轨道面数量、每个轨道面卫星数、相邻轨道面相位差、同一轨道内相邻卫星间相位偏移和卫星最大通信范围信息。
[0018]具体的，步骤S3中，地面终端天线指向数据单位向量V
es
(t)为：
[0019]V
es
(t)＝[cos(phi(t))*cos(theta(t))，cos(phi(t))*sin(theta(t))，sin(phi(t))][0020]其中，phi(t)为地面终端在设定时间段内每个时刻的俯仰角，theta(t)为地面终端在设定时间段内每个时刻的方位角。
[0021]具体的，步骤S4中，将地面终端周围待估计空间以多个球面或平面均匀网格化划分具体为：
[0022]球面模型为以地面终端为球心，方位角取值为theta
grid
＝0～360
°
，俯仰角取值为phi
grid
＝0～90
°
，半径R0的半球面，采用六面体网格均匀划分；
[0023]平面模型为平行于地面，离地面高度H0，中心在地面投影离地面终端距离D0、大小为L1*L2的平面，采用线性网格均匀划分。
[0024]具体的，步骤S5中，每个时刻空间每个网格点相对于地面终端的离轴角angle(t)为：
[0025]angle(t)＝arccos(V
es
(t).V
grid
(t))*180/Π
[0026]其中，V
es
(t)为每个时刻地面终端指向数据的单位向量，V
grid
(t)为每个网格点的单位坐标向量。
[0027]具体的，步骤S5中，地面终端到每个网格点的路径损耗采用自由空间传输模型，路径损耗Lbf为：
[0028]Lbf本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于NGSO卫星终端的空中平台监测能力估计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选择非静止轨道卫星地面终端的类型和位置，确定地面终端的发射功率和天线指标参数以及终端位置的经纬度信息，根据地面终端参数对终端天线进行建模，得到发射天线的方向图；S2、根据步骤S1选择的地面终端对应的卫星星座系统确定系统轨道参数，建立卫星星座系统的轨道模型，计算卫星星座系统内所有卫星在设定时间段内每个时刻的位置；S3、根据步骤S2的卫星星座系统确定地面终端的跟星方式，并利用步骤S1确定的终端位置经纬度信息和步骤S2中每个时刻卫星的位置计算地面终端在设定时间段内每个时刻的方位角和俯仰角数据，将每个时刻的方位角和俯仰角数据作为指向数据，使用单位向量表示得到指向数据向量；S4、以步骤S1选择的地面终端为原点位置，将周围待估计空间以多个球面或平面均匀网格化划分，计算每个网格点的单位坐标向量；S5、根据步骤S3的指向数据向量和步骤S4的网格点单位坐标向量，利用向量内积计算每个时刻空间每个网格点相对于地面终端的离轴角，根据步骤S1的终端天线方向图和离轴角计算每个时刻地面终端发射天线在每个网格点方向的增益，并根据步骤S4中的网格点单位坐标向量计算地面终端和每个网格点的距离，根据距离得到地面终端到每个网格点的路径损耗；S6、选择待估计的空中平台系统的类型，确定空中平台系统的噪声温度，接收天线类型及增益，根据系统噪声温度计算空中平台系统的背景噪声功率，并根据天线类型对平台接收天线进行建模，得到接收天线的方向图，计算出接收天线在地面终端方向的增益；S7、利用步骤S1中地面终端的发射功率参数、步骤S5中每个时刻地面终端发射天线在每个网格点方向的增益和地面终端到每个网格点的路径损耗、步骤S6中接收天线在地面终端方向的增益计算每个时刻地面终端传输到每个网格点的信号功率，结合步骤S6的背景噪声功率确定网格点的信噪比，当网格点的信噪比大于3dB时，空中平台系统能够接收到地面终端的信号；S8、根据步骤S7中每个时刻地面终端传输到每个网格点的信号功率计算某个时刻特定球面或平面内接收到地面终端信号的空间概率分布，及所有网格点设定时间段内接收到地面终端信号的时间概率分布，确定空中平台系统的信号发现范围和概率，完成空中平台系统监测能力估计。2.根据权利要求1所述的用于NGSO卫星终端的空中平台监测能力估计方法，其特征在于，步骤S1中，地面终端参数包括地面终端与卫星星座系统的工作频率f、地面终端的发射功率P
es
、带宽B、天线最大增益G0、天线方向图、天线口径D、极化方式、波束宽度BW和最低工作仰角Phi0。3.根据权利要求1所述的用于NGSO卫星终端的空中平台监测能力估计方法，其特征在于，步骤S2中，卫星星座系统轨道参数包括半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角和平近点角，根据卫星星座系统的轨道模型确定卫星星座系统的轨道数量、卫星总数量、轨道高度、轨道倾角、轨道面数量、每个轨道面卫星数、相邻轨道面相位差、同一轨道内相邻卫星间相位偏移和卫星最大通信范围信息。4.根据权利要求1所述的用于NGSO卫星终端的空中平台监测能力估计方法，其特征在
于，步骤S3中，地面终端天线指向数据单位向量V
es
(t)为：V
es
(t)＝[cos(phi(t))*cos(theta(t))，cos(phi(t))*sin(theta(t))，sin(phi(t))]其中，phi(t)为地面终端在设定时间段内每个时刻的俯仰角，theta(t)为地面终端在设定时间段内每个时刻的方位角。5.根据权利要求1所述的用于NGSO卫星终端的空中平台监测能力估计方法，其特征在于，步骤S4中，将地面终端周围待估计空间以多个球面或平面均匀网格化划分具体为：球面模型为以地面终端为球心，方位角取值为theta
grid
＝0～360
°
，俯仰角取值为phi
grid
＝0～90
°
，半径R0的半球面，采用六面体网格均匀划分；平面模型为平行于地面...

【专利技术属性】
技术研发人员：纽莉荣，简晨，杨文丽，陈媛，赵延安，王坦，王本超，
申请(专利权)人：国家无线电监测中心陕西监测站，
类型：发明
国别省市：