一种多星座卫星干扰链路对地面站集总干噪比计算系统及方法

本发明涉及卫星通信和干扰分析，尤其是涉及一种多星座卫星干扰链路对地面站集总干噪比计算系统及方法。

背景技术：

1、随着低轨道卫星（leo）、中轨道卫星（meo）和静止轨道卫星（geo）等多星座卫星系统的迅速发展，卫星通信与导航领域的空间频谱资源利用日益密集，卫星间的干扰问题愈发突出。尤其在复杂的空间任务环境中，不同星座系统之间的下行链路可能对同一地面站产生多重干扰，干扰链路的评估与分析变得至关重要。

2、目前，传统的干扰计算方法大多集中于单一卫星对地面站的干扰评估，缺乏对多卫星干扰环境下接收端集总干扰功率的全面分析。现有技术难以系统性地处理来自多个星座、多条干扰链路的叠加效应，无法为卫星通信、导航等领域提供有效的综合干扰评估方案。这导致在星座间干扰管理、卫星通信优化、导航系统精度提升等实际工程应用中，缺乏可靠的数据支撑和技术手段。

3、因此，亟需一种多星座卫星干扰链路对地面站集总干噪比计算系统及方法，能够对多星座卫星对工作地面站的干扰进行综合分析，精确评估每条干扰链路对地面站的影响，为复杂多星座环境下的干扰管理与系统优化提供有效的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多星座卫星干扰链路对地面站集总干噪比计算系统及方法，通过建立统一的干扰链路模型、数据结构和计算框架，将干扰功率计算、天线增益分析、噪声功率评估、干扰噪声比计算等核心功能深度融合。通过精确的数值算法和模块化设计，本系统能够在复杂的多星座场景中，快速、精准地分析地面站受干扰情况。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种多星座卫星干扰链路对地面站集总干噪比计算系统，包括：

3、干扰功率计算模块，用于计算来自多个干扰卫星的干扰功率；

4、干扰噪声比计算模块，用于汇总逐干扰链路的干扰功率并计算干扰功率与噪声功率的比值，输出系统集总干扰噪声比；

5、干扰功率计算模块包含两个子模块，分别为干扰链路空间位置分析模块、天线增益计算模块；干扰链路空间位置分析模块，用于依据干扰卫星、受扰卫星、干扰卫星配套地面站与受扰地面站四者的空间相对位置，求解干扰角、受扰角以及干扰卫星至地面站的干扰链路传播距离；天线增益计算模块，用于结合干扰角、受扰角与干扰卫星天线类型匹配对应天线增益模型，分别计算干扰卫星发射天线增益、受扰地面站接收天线增益；

6、干扰噪声比计算模块包含两个子模块，分别为汇总干扰功率模块、噪声功率计算模块；汇总干扰功率模块，用于对每一条干扰链路作用于地面站的干扰功率进行累加求和，得到总集总干扰功率；噪声功率计算模块，用于根据地面站系统等效噪声温度、通信带宽参数求解接收端系统噪声功率。

7、优选的，干扰链路空间位置分析模块通过干扰卫星、受扰卫星、干扰卫星配套地面站与受扰地面站之间的空间关系，计算干扰链路长度、干扰角、受扰角，确定干扰链路与地面站的相对位置。其中，干扰角为干扰卫星对应发射波束主轴方向与干扰卫星指向受扰地面站方向之间的夹角，受扰角为受扰地面站接收天线主轴方向与受扰地面站指向干扰卫星方向之间的夹角；

8、其中，设干扰星座包含颗干扰卫星，第颗干扰卫星建立条下行通信链路；第颗干扰卫星、第颗干扰卫星第条下行通信链路对应的配套地面站、受扰卫星以及受扰地面站的位置向量分别为、、和；第颗干扰卫星至受扰地面站的传播距离按照下式计算：

9、；

10、第颗干扰卫星第条下行通信链路的干扰角按照下式计算：

11、；

12、第颗干扰卫星对应的受扰角按照下式计算：

13、；

14、其中，表示第颗干扰卫星第条发射波束的主轴方向，表示该干扰卫星指向受扰地面站的方向，表示受扰地面站接收天线的主轴方向，表示受扰地面站指向第颗干扰卫星的方向；，。

15、优选的，天线增益计算模块根据卫星的类型选择其天线增益模型，根据得到的离轴角，计算出干扰链路的天线增益；

16、其中，天线峰值增益与半个3db波束宽度按照下式确定：

17、；

18、；

19、其中，为天线效率，为天线等效口径，为工作波长，为由天线口径形状及照射方式确定的波束宽度系数；

20、受扰地面站接收天线采用地球站参考方向图，第颗干扰卫星对应的受扰角为时，接收天线增益按照下式计算：

21、；

22、其中，为受扰地面站接收天线的峰值增益，为近旁瓣区增益，为接收天线口径，为接收天线效率，为第颗干扰卫星第条下行通信链路的工作波长；、和为接收方向图的分段边界，并按照下式确定：

23、；

24、；

25、当时，；当时，；

26、当第颗干扰卫星为地球静止轨道卫星时，其第条下行通信链路在干扰角方向上的发射天线增益按照下式计算：

27、 ；

28、gso方向图中增益降至0 dbi时的离轴角按照下式确定：

29、；

30、其中，为峰值增益，为半个3 db波束宽度，为增益降至0 dbi时的离轴角，为近旁瓣电平，a和b由确定；当时，，；

31、当第颗干扰卫星为非地球静止轨道卫星时，其第条下行通信链路在干扰角方向上的发射天线增益按照下式计算：

32、 ；

33、 ；

34、其中，和为发射方向图的分段边界，为主瓣与近旁瓣交界处相对峰值的旁瓣电平，为远旁瓣增益，为第颗干扰卫星第条发射天线的等效口径，为该发射天线的效率；上述方向图输出的和均以dbi表示，角度均以度表示；代入线性功率形式的单链路干扰功率公式前，应按照下式分别转换为线性发射天线增益和线性接收天线增益：

35、。

36、优选的，噪声功率计算模块基于系统的等效噪声温度、带宽、玻尔兹曼常数等参数，计算出受扰地面站接收端等效噪声功率。

37、优选的，干扰噪声比计算模块根据所有干扰链路的干扰功率与受扰地面站接收端等效噪声功率，计算地面站的集总干扰噪声比。

38、其中，全部干扰功率在线性功率域内进行集总，第颗干扰卫星第条下行通信链路到达受扰地面站的干扰功率记为，受扰地面站接收端的等效噪声功率记为n，则集总干扰噪声比按照下式计算：

39、；

40、其中，为干扰星座中的干扰卫星总数，为第颗干扰卫星建立的下行通信链路总数，为第颗干扰卫星第条下行通信链路在受扰地面站引发的单链路干扰噪声比，为受扰地面站的集总干扰噪声比。

41、一种多星座卫星干扰链路对地面站集总干噪比计算方法，包括：

42、s1、接收干扰卫星轨道参数、受扰卫星轨道参数、干扰卫星对应地面站坐标、受扰地面站坐标信息；

43、s2、基于输入的轨道参数与坐标信息，解算干扰卫星、受扰卫星、干扰卫星配套地面站、受扰地面站四者的三维相对位置关系，求解每条干扰链路对应的干扰链路传播距离、干扰角、受扰角；其中，干扰角为干扰卫星对应发射波束主轴方向与干扰卫星指向受扰地面站方向之间的夹角，受扰角为受扰地面站接收天线主轴方向与受扰地面站指向干扰卫星方向之间的夹角；

44、s3、依据步骤s2得到的干扰角、受扰角，匹配对应卫星、地面站天线增益模型，分别计算干扰卫星发射天线增益、受扰地面站接收天线增益；

45、s4、将步骤s3得到并转换为线性量的收发天线增益、步骤s2得到的干扰链路传播距离代入干扰功率计算公式，针对第i颗干扰卫星的第j条下行通信链路，求解该链路到达受扰地面站的干扰功率；

46、s5、基于地面站等效噪声温度、通信带宽、玻尔兹曼常数，计算受扰地面站接收端等效噪声功率；

47、s6、采用卫星索引i和链路索引j构成双层循环，对步骤s4求得的全部在线性功率域内进行双重求和，得到受扰地面站总集总干扰功率；

48、s7、将步骤s6得到的总集总干扰功率与步骤s5 得到的受扰地面站接收端等效噪声功率作比值运算，输出受扰地面站集总干扰噪声比。

49、优选的，计算每条干扰链路的干扰功率时，使用以下公式：

50、；

51、其中，为第颗干扰卫星第条下行通信链路到达受扰地面站的干扰功率；为该链路在重叠频带内的发射功率；为由换算得到的线性发射天线增益；为由换算得到的线性接收天线增益；为工作波长；为第颗干扰卫星至受扰地面站的传播距离。

52、因此，本发明采用上述一种多星座卫星干扰链路对地面站集总干噪比计算系统及方法，具备以下有益效果：

53、（1）通过建立统一的干扰链路模型、数据结构和计算框架，将干扰功率计算、天线增益分析、噪声功率评估、干扰噪声比计算等核心功能深度融合，能够对来自多个星座（leo、meo、geo）、多条干扰链路的叠加干扰进行系统性地综合评估，克服了传统方法仅能分析单一卫星干扰的局限性。

54、（2）基于统一的卫星轨道模型和天线增益模型，结合精确的空间几何解算与数值算法，逐链路计算干扰角、受扰角、传播距离及收发天线增益，并引入玻尔兹曼常数等物理参数计算噪声功率，使得干扰功率和集总干扰噪声比（）的计算结果更加准确、可靠。

55、（3）采用模块化架构，将干扰链路空间位置分析、天线增益计算、干扰功率汇总、噪声功率计算等功能模块化拆分，各模块间耦合度低，便于后续根据实际应用场景进行功能扩展或模型替换，具有良好的工程适用性和可维护性。

56、（4）能够为卫星通信、卫星导航、空间态势感知等领域的星座间干扰管理提供量化的评估依据，有助于系统设计人员提前识别高干扰风险链路，优化卫星波束指向、频率规划及功率控制策略，从而提升整体系统的通信质量和导航精度。

57、（5）适用于多星座卫星环境下的地面站干扰分析，可广泛应用于卫星通信系统设计、频率兼容性分析、星座部署优化等场景，具有显著的工程实用价值和推广前景。

58、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。