一种卫星物联网上行干扰分析方法、装置及存储介质与流程

电子通信装置的制造及其应用技术1.本发明涉及一种卫星物联网上行干扰分析方法、装置及存储介质，属于卫星通信技术领域。背景技术：2.随着卫星通信领域的发展，低轨卫星通信已经成为天基信息系统领域的发展热点，同时由于微小卫星批量化生产技术的不断成熟和重复使用运载火箭、一箭多星等发射技术的迅猛发展，触发了新一轮的低轨卫星物联网星座的发展热潮。oneweb、spacex、亚马逊等国外科技公司纷纷推出了自己的空间物联网计划，国内航天科技、航天科工、中科院、中国电科，以及多家民营企业也相继公布了低轨卫星星座的发展计划，包括鸿雁、行云、天象等系统。然而，卫星星座的爆炸式发展带来的负面效应是频轨资源的紧张。在卫星系统设计和发射部署前，需要根据itu相关规定及频率划分规则进行频率和轨道的申报，并与现有系统进行必要的频轨协调，以保证各系统间的共存共用。由于低轨卫星星座系统下卫星数量众多ngso星座覆盖全球，用户或关口站可视范围内存在多颗干扰卫星，产生较为严重的集总干扰，同时产生共线极端干扰的概率也会增加。此外，ngso卫星星座系统和gso系统相比具有卫星数量众多、卫星的位置和波束指向不断变化、地球站往往接入多颗卫星等特点，同时地面无线通信的快速发展使得在计算ngso系统卫星的干扰时计算量陡增，系统计算量较大。不同于geo系统相对静止的干扰场景，ngso卫星与地面站的相对位置是变化的，从而导致卫星之间以及卫星与地面站之间的空间几何关系的时变性，增加了干扰计算对的复杂程度，而针对ngso星座间的干扰分析，目前已经有了许多研究，周傲松等人对ngso星座间的干扰计算方法进行了研究，但并没有给出相关的仿真证明。李睿等人针对ngso星座时变性的特点对不同采样点上的瞬时干扰进行了计算和仿真，但只考虑了ngso星座与gso卫星间的干扰。对于ngso系统间干扰，靳瑾等人提出了一种通过卫星链路间夹角等效干扰指标的方式并以oneweb系统和o3b系统为例给出了全球范围内系统间的可用概率，但由于不同系统的发射功率以及链路损耗的不同，夹角的门限值也不同，因此对干扰信号无法通过一个统一的夹角进行描述，因此只适用于两个系统间的干扰分析。技术实现要素：3.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种卫星物联网上行干扰分析方法，从同频干扰产生的机理出发，以区域化发射场强作为密集物联网终端上行集总干扰的建模核心，并引入泊松点分布模型对地面终端进行等效建模，使区域化的上行集总干扰仅与分布参数及发射参数有关，而与终端确切位置、数量均无关能够减少干扰计算复杂度，有效降低分析时长，从而实现对区域化的上行集总干扰的高效计算。4.技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：5.第一方面，提供一种卫星物联网上行干扰分析方法，包括：6.步骤1、根据终端分布密度λb采用泊松点分布地面终端进行建模，得到终端分布模型；7.步骤2、根据步骤1得到的终端分布模型，将密集物联网终端上行区域化发射场强进行计算、叠加，得到合场强e；8.步骤3、根据步骤2得到的合场强e，利用链路计算对接受端干扰强度进行计算，得到卫星物联网上行干扰分析结果。9.在一些实施例中，步骤1中，根据终端分布密度λb采用泊松点分布地面终端进行建模，包括：10.1a)卫星物联网上行干扰场景设定为：终端发射功率为pt，采用全向天线发射，接收端采用相同天线模型，卫星运行轨道高度h；一些具体实施例中，接收端天线模型采用itu-r s.1528-0；11.1b)设定具有潜在干扰的地面终端在半径为r的圆分布密度为λb，位置信息为lj(rj,θj)，其中θ1,θ2,θ3,……,θj独立同分布于均匀分布u[0,2π]并且和r1，r2，r3,……,rj独立，j代表第j个终端，rj表示第j个终端距离圆心o的距离，θj表示第j个终端的极角；[0012]1c)假定在圆内存在终端的个数为随机变量mb，则得到mb＝j的概率模型p：[0013][0014]在一些实施例中，步骤2中，将密集物联网终端上行区域化发射场强进行计算，包括：[0015]2a)在终端分布上空区域取n个点，记为s,则s＝{s1,s2,s3,......,sn}，定义ri→j为空域中任意一点si到地面终端lj的水平距离，计算得到链路距离：[0016][0017]其中di→j为点si到第j个终端的空间距离，h为卫星运行轨道高度；[0018]2b)计算ri→j的概率密度函数f(ri→j)：[0019][0020]对于每个ri→j，其角度都服从[0,2π]的均匀分布；[0021]2c)计算第j个终端在点si处的场强ej→i：[0022][0023]其中pj为第j个终端发射功率，gt为终端发射天线增益，本场景下所有终端具有相同天线模型，均为全向发射天线。[0024]在一些实施例中，步骤3中，对接收端干扰强度进行计算，包括：[0025]3a)在低轨卫星系统上行链路受扰场景中，计算接收端在t时刻接收到的干扰源信号功率：[0026][0027]其中i(t)为t时刻收到单个波束的干扰信号功率，pj为第j个终端发射功率，λj为第j个终端的信号频率，gt(θj(t))为干扰信号发射天线在偏离其主轴一定角度上的天线增益，为受干扰系统接收端天线在偏离其主轴一定角度上的天线增益，θj(t)和分别表示t时刻第j个干扰终端发射天线主轴与干扰链路间的夹角以及接收天线主轴与干扰链路间的夹角，dj(t)表示链路距离；[0028]3b)利用通信仰角范围内干扰源造成的干扰功率计算卫星系统受到的集总干扰功率itotal(t)：[0029][0030]其中ni(t)表示当前时刻波束覆盖范围内终端数量，n1表示施扰波束；[0031]3c)利用等效噪声温度构造系统噪声功率：[0032]n＝k·t·w[0033]其中k为玻耳兹曼常数，t为系统等效噪声温度，w为带宽；[0034]3d)计算干噪比：[0035][0036]其中ej表示在t时刻第j个终端产生的场强。[0037]第二方面，提供一种卫星物联网上行干扰分析装置，包括：[0038]终端建模模块，被配置为根据终端分布密度λb采用泊松点分布地面终端进行建模，得到终端分布模型；[0039]干扰场强计算模块，被配置为根据得到的终端分布模型，将密集物联网终端上行区域化发射场强进行计算、叠加，得到合场强e；[0040]干扰分析模块，被配置为根据得到的合场强e，利用链路计算对接受端干扰强度进行计算，得到卫星物联网上行干扰分析结果。[0041]第三方面，提供一种卫星物联网上行干扰分析装置，包括：包括处理器及存储介质；[0042]所述存储介质用于存储指令；[0043]所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面所述方法的步骤。[0044]第四方面，提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。[0045]有益效果：本发明提供的一种基于卫星物联网上行干扰分析方法，以区域化发射场强作为密集物联网终端上行集总干扰的建模核心，并引入泊松点分布模型对地面终端进行等效建模，使区域化的上行集总干扰仅与分布参数及发射参数有关，而与终端确切位置、数量均无关能够减少干扰计算复杂度，有效降低分析时长。附图说明[0046]图1为本发明实施例方法的实施流程框图；[0047]图2为本发明实施例中场强叠加示意图；[0048]图3为本发明实施例方法实现的干噪比绝对误差情况；[0049]图4为本发明实施例方法实现的干噪比相对误差情况。具体实施方式[0050]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。[0051]在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。[0052]本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。[0053]实施例1[0054]一种卫星物联网上行干扰分析方法，包括：[0055]步骤1、根据终端分布密度λb采用泊松点分布地面终端进行建模，得到终端分布模型；[0056]步骤2、根据步骤1得到的终端分布模型，将密集物联网终端上行区域化发射场强进行计算、叠加，得到合场强e；[0057]步骤3、根据步骤2得到的合场强e，利用链路计算对接受端干扰强度进行计算，得到卫星物联网上行干扰分析结果。[0058]参见图1，本发明的具体实现步骤如下：[0059]步骤1、终端建模[0060]1a)卫星物联网上行干扰场景设定为：终端发射功率为pt，采用全向天线发射，接收端天线模型采用itu-r s.1528-0，卫星运行轨道高度h；[0061]1b)设定具有潜在干扰的地面终端在半径为r的圆分布密度为λb，位置信息为lj(rj,θj)，其中θ1,θ2,θ3,……,θj独立同分布于均匀分布u[0,2π]并且和r1，r2，r3,……,rj独立，j代表第j个终端，rj表示第j个终端距离圆心o的距离，θj表示第j个终端的极角；[0062]1c)假定在圆内存在终端的个数为随机变量mb，则得到mb＝j的概率模型p：[0063][0064]步骤2、干扰场强计算，图2为本发明实施例中场强叠加示意图；[0065]2a)在终端分布上空区域取n个点，记为s,则s＝{s1,s2,s3,......,sn}，定义ri→j为空域中任意一点si到地面终端lj的水平距离，计算得到链路距离：[0066][0067]其中di→j为点si到第j个终端的空间距离，h为卫星运行轨道高度；[0068]2b)计算ri→j的概率密度函数f(ri→j)：[0069][0070]对于每个ri→j，其角度都服从[0,2π]的均匀分布；[0071]2c)计算第j个终端在点si处的场强ej→i：[0072][0073]其中pj为第j个终端发射功率，gt为终端发射天线增益，本场景下所有终端具有相同天线模型，均为全向发射天线。[0074]步骤3、干扰分析[0075]3a)在低轨卫星系统上行链路受扰场景中，计算接收端在t时刻接收到的干扰源信号功率：[0076][0077]其中i(t)为t时刻收到单个波束的干扰信号功率，pj为第j个终端发射功率，λj为第j个终端的信号频率，gt(θj(t))为干扰信号发射天线在偏离其主轴一定角度上的天线增益，为受干扰系统接收端天线在偏离其主轴一定角度上的天线增益，θj(t)和分别表示t时刻第j个干扰终端发射天线主轴与干扰链路间的夹角以及接收天线主轴与干扰链路间的夹角，dj(t)表示链路距离；[0078]3b)利用通信仰角范围内干扰源造成的干扰功率计算卫星系统受到的集总干扰功率itotal(t)：[0079][0080]其中ni(t)表示当前时刻波束覆盖范围内终端数量，n1表示施扰波束；[0081]3c)利用等效噪声温度构造系统噪声功率：[0082]n＝k·t·w[0083]其中k为玻耳兹曼常数，t为系统等效噪声温度，w为带宽；[0084]3d)计算干噪比：[0085][0086]其中ej表示在t时刻第j个终端产生的场强。[0087]图3为本发明实施例方法实现的干噪比绝对误差情况；[0088]图4为本发明实施例方法实现的干噪比相对误差情况。[0089]实施例2[0090]第二方面，本实施例提供了一种卫星物联网上行干扰分析装置，包括：[0091]终端建模模块，被配置为根据终端分布密度λb采用泊松点分布地面终端进行建模，得到终端分布模型；[0092]干扰场强计算模块，被配置为根据得到的终端分布模型，将密集物联网终端上行区域化发射场强进行计算、叠加，得到合场强e；[0093]干扰分析模块，被配置为根据得到的合场强e，利用链路计算对接受端干扰强度进行计算，得到卫星物联网上行干扰分析结果。[0094]实施例3[0095]第三方面，本实施例提供了一种卫星物联网上行干扰分析装置，包括处理器及存储介质；[0096]所述存储介质用于存储指令；[0097]所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1所述方法的步骤。[0098]实施例4[0099]第四方面，本实施例提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述方法的步骤。[0100]本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。[0101]本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。[0102]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。[0103]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。[0104]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。









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