具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一实施例

本实施例提供了一种低轨卫星通信系统的同频干扰表征方法，该方法可以由电子设备实现。该方法的执行流程如图1所示，包括以下步骤：

S1，构建低轨卫星通信系统模型；其中，所述低轨卫星通信系统模型包括多颗卫星和与所述卫星进行通信的多个地面终端，所述多颗卫星根据轨道高度被划分为多层，每层均包括多颗卫星；所述多个地面终端符合齐次泊松点分布；

S2，以单卫星的位置信息为矩阵元素，建立各层卫星的时空位置模型矩阵；

S3，基于所述时空位置模型矩阵和目标终端的位置信息，确定可能对所述目标终端形成同频干扰的卫星，得到可能对所述目标终端形成干扰的卫星集合；

S4，基于所述卫星集合，确定目标终端受到的干扰，计算出所述目标终端的接入容量；同时确定卫星覆盖区内终端上行链路对卫星的同频干扰，并给出干扰因子的定义对低轨卫星覆盖区终端上行链路的同频干扰进行表征，计算出卫星的平均容量。

进一步地，所述建立各层卫星的时空位置模型矩阵，包括：

以单个卫星的编号信息为元素，构建分层编队矩阵模型；其中，所述编号信息包括卫星所在层的层号，在当前层内的轨道号和在当前轨道内的位置编号；

基于所述分层编队矩阵模型对各卫星进行位置建模，并转化为地球中心下的笛卡尔坐标系内的单个卫星的位置信息，得到各层卫星的时空位置模型矩阵。

进一步地，基于时空位置模型矩阵和目标终端的位置信息确定可能对目标终端形成同频干扰的卫星，得到可能对目标终端形成干扰的卫星集合，包括：

基于目标卫星所在层对应的时空位置模型矩阵和目标终端的位置信息，计算出所述目标终端与所述目标卫星所在层的其他各卫星之间的距离；

当与所述目标卫星位于同一层的卫星与所述目标终端之间的距离小于第一门限值时，确定当前卫星为可能对所述目标终端形成同频干扰的卫星，得到与所述目标卫星位于同一层的可能对所述目标终端形成干扰的第一卫星集合；

基于不包括目标卫星的其它层对应的时空位置模型矩阵和目标终端的位置信息，计算出所述目标终端与所述其它层中的各卫星之间的距离；

当所述其它层的卫星与所述目标终端之间的距离小于第二门限值时，确定当前卫星为可能对所述目标终端形成同频干扰的卫星，得到所述其它层中可能对所述目标终端形成干扰的第二卫星集合。

基于卫星集合，计算出所述目标终端的接入容量，确定目标终端受到的干扰并给出干扰因子的定义对低轨卫星通信系统的同频干扰进行表征，包括：

计算出星地链路的信道增益，并基于所述信道增益对所述第一卫星集合内的各卫星对所述目标终端的干扰进行整合求解，得到单层系统内同频干扰；

对所述第二卫星集合内的各卫星对所述目标终端的干扰进行整合求解，计算出层间系统内同频干扰；得到所述目标终端的接入容量；

基于单层系统内同频干扰和层间系统内同频干扰，确定平均干扰；

给出干扰因子的定义对低轨卫星通信系统的同频干扰进行表征。

进一步地，所述第一门限值的表达式如下：

其中，h_i为第i层卫星的轨道高度，R_e为地球半径，为卫星覆盖最小仰角。

进一步地，所述目标终端q与第i层编号为m n的卫星的信道增益的表达式如下：

其中，G_t为卫星发射增益，G_r为终端接收增益，为由频率决定的信道衰减指数，表示所述目标终端q到第i层编号为m n的卫星的欧式距离。

进一步地，所述单层系统内同频干扰的表达式如下：

其中，η^DL为系统频率复用策略有关的同频概率因子，p_t为卫星信号的发射功率，表示第i层编号为m n的通信卫星，表示低轨第i层卫星中对目标终端q可能形成干扰的卫星集合。

进一步地，所述层间系统内同频干扰的表达式如下：

其中，表示目标终端q到卫星的信道增益，表示第j层编号为m n的通信卫星，表示低轨第j层卫星中对目标终端q可能形成干扰的卫星集合，表示所述目标终端q到第j层编号为m n的卫星的欧式距离。

所述目标终端q接入容量的表达式如下：

其中，B为信道带宽，N为星地链路的噪声功率，j为存在层间干扰的卫星层数。

进一步地，所述干扰因子的定义如下：

目标卫星覆盖区内终端q的平均上行干扰的表达式如下：

其中，η^UL为与频率复用策略有关的同频概率参数,λ为终端服从的泊松点分布密度(单位为：个数/m²)，P_t′为终端发射信号频率，G_t′为终端天线发射增益，G_r′为卫星接收增益，C_a为卫星的覆盖区。

基于上行链路的第i层卫星平均容量

其中，C_as为卫星覆盖区面积，B为信道带宽。

综上，本实施例针对未来万颗星低轨卫星系统的干扰研究，提出了一种星座编队模型下干扰表征办法，并且提出干扰因子用来表征系统干扰同系统参数的关系，用以实现巨星座系统的复杂干扰分析，揭示巨星座干扰的时空演进机理，可以为巨星座后序有关干扰的相关研究方向提供技术指导。

第二实施例

本实施例提供了一种低轨卫星通信系统的同频干扰表征方法，旨在针对大型复杂低轨卫星系统未来发展，提出系统内复杂干扰时空特性的映射机制。该方法可以由电子设备实现。该方法的执行流程如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：基于Walker星座构型为研究对象，构建整个巨星座系统的分层编队初始化矩阵模型

具体的，在本实施例中，考虑了多层万颗低轨卫星和地面终端用户。如图2所示，同时包括多层低轨卫星系统leo_i，地面若干终端，Q为地面终端集合，考虑地面终端与低轨卫星之间的星地通信链路。

将复杂万颗星S系统进行编号，不失一般性下，处同一轨道高度卫星为同层系统，同层系统内轨道仰角保持一致，依此将复杂系统按轨道高度h_i从高到低进行分层(leo_1,…,leo_i,leo_i+1,…)，层内依据卫星各自轨道平面划分轨道数N_i，进行轨道数N_i编号(1,2…n…,N_i)，一般情况下每同层内每轨卫星数M_i相同，对每轨卫星M_i依据相应位置关系进行M_i个编号(1,2…m…M_i)，由此各层就一一对应的初始化编队模型

步骤2：编队模型完成后，依据双坐标系(角度坐标系和地球中心坐标系)的转化对单星的时空位置进行模型建模，建立各层星座的时空位置模型矩阵

其中，低轨层leo_i的轨道周期为T_i，

式中，R_e为地球半径，G为引力常量；在空间卫星角度坐标系中，轨道倾角为θ_i，Ω_{m n}为升交点赤经，为角度坐标系下轨道平面下初始化位置与升节点夹角，Walker星座中编号(1,2…m…M_i)分别依次对应的初始角，为卫星运行时间t的运行方向与升节点夹角，则单星的角度坐标系下坐标为(Ω_i,ω_{m n},θ_i)。

而转化为地球中心下的笛卡尔坐标系单星位置为：

由此得到各层系统下的所有卫星的时空位置模型矩阵W^leo_i

步骤3：地面终端Q设为密度为λUTs/km²的齐次泊松点分布Φ，系统频率复用策略下的频率因子为K，频率出现概率相同，任意一已知终端q，其位置为w_q，星座对地覆盖的最小仰角门限计算终端q与通信卫星的距离

在本实施例中，为研究星地链路的干扰问题，给定研究对象(包括目的终端q和目的卫星)，已知终端q的位置为w_q＝(x_q,y_q,z_q)^T情况下，在目的卫星所处的低轨层的时空位置模型矩阵W^leo_i查找目的卫星位置信息，并计算二者的三维空间下的欧式距离，终端q与通信卫星的距离为：

步骤4：由步骤2得到leo_i的卫星的时空位置矩阵W^leo_i，和已知的终端q的位置信息w_q，计算该层卫星同终端q的时空距离矩阵

因为卫星系统中邻星干扰存在的条件与邻星和终端的距离有关(稍后介绍)，所以计算出终端与leo_i层内所有卫星的实时位置关系矩阵，即D^leo_i为：

步骤5：根据终端的位置w_q，通信卫星所在低轨层i，计算出同层内可能对终端q形成同频干扰的卫星与终端q的距离上门限

同层邻星干扰条件：终端q处于卫星此刻的覆盖范围(卫星处在地面终端的视距LOS传播范围，并满足卫星覆盖最小仰角要求)，转化为数学位置关系后为二者距离小于由卫星覆盖最小仰角和轨道高度h联合决定下的门限值：

步骤6:将步骤4中时空距离矩阵D^leo_i中各元素与步骤5得到的门限值进行比较(在门限值范围内的邻星则可能形成对目的卫星与目的终端链路的同频干扰)，得到同层内对终端q可能形成干扰的卫星集合

步骤7：根据卫星发射增益G_t，终端接收增益G_r和信号的发射功率p_t，得到星地链路的信道增益(大尺度衰落)；

在得知干扰源集合后，对链路信道增益进行计算(在低轨卫星网络中，终端与卫星之间的距离足够长，LEO卫星的运动对距离的影响可以在短时间内忽略，同时，星地链路的传播延迟较长，信道状态信息经常过时，所以大规模衰落对信号强度的变化影响较大，普遍只考虑存在大规模衰落的问题)：

其中，G_t为卫星发射增益，G_r为终端接收增益，为由频率决定的信道衰减指数

步骤8：由步骤6和步骤7得到终端q受到单层系统内同频干扰

通过对上述干扰源进行整合求解，得到单层系统内同频干扰为

其中，η^DL为与频率复用策略有关的同频概率参数，p_t为卫星信号的发射功率。

至此得到层内邻星对终端到目的卫星的同频干扰的分析。

而针对的层间(可以是巨星座系统层间也可以是其他系统)的分析方法与层内干扰分析类似。具体如下：

步骤9：对于低轨不同卫星层j的层间干扰，重复步骤4：得到该层卫星同终端q的时空距离矩阵重复步骤5：计算出leo_j层内可能对终端q形成同频干扰的卫星与终端q的距离上门限重复步骤6，得到leo_j层对终端q可能形成干扰的卫星集合重复步骤8，计算终端q受到层间系统内同频干扰得到终端q到的接入容量

其中，计算终端q受到层间系统内同频干扰为

依据香农公式在知道信号信干扰比后，终端q到的接入容量为：

步骤10：给出干扰因子φ的定义，推导出所述目标卫星覆盖区内终端q的平均上行干扰的表达式，对低轨卫星覆盖区终端上行链路的同频干扰进行表征，计算出卫星的平均容量。

针对地面终端满足泊松点分布的场景下，用户终端会接入出现的终端数x_UTs满足在对卫星覆盖范围内的数学模型分析后，单星的覆盖区域面积:给出干扰因子的定义：受到轨道高度的参数影响，则所述目标卫星覆盖区内终端q的平均上行干扰

其中，η^UL为系统频率复用策略有关的同频概率因子,λ为终端服从的泊松点分布密度(单位为：个数/m²)，P_t′为终端发射信号频率，G_t′为终端天线发射增益，G_r′为卫星接收增益，C_a为卫星的覆盖区，(a)根据坎贝尔定理(Campbell's theorem)。

由此推导出基于上行链路的第i层卫星平均容量

其中，C_as为卫星覆盖区面积，B为信道带宽。

综上，本实施例的低轨卫星通信系统的同频干扰表征方法通过将巨星座低轨系统进行按轨道高度分层编层，接着对同层卫星按轨道编轨道号，再将同轨卫星进行编号，通过双坐标系转换完成卫星的位置建模，地面用户在地球表面内齐次泊松点分布，在此基础之上分析星地链路中的同频干扰，表征同层系统内干扰，分析其同卫星规模和部署分布之间的时空关系；针对不同层系统，表征出层间系统内干扰，给出其同轨道高度、卫星规模以及部署分布之间的时空关系；然后用巨星座干扰因子对层内领星干扰，层间卫星干扰进行刻画，最后给出接入容量的容量预测。实现了巨星座系统的复杂干扰分析，揭示了巨星座干扰的时空演进机理，可为巨星座后序有关干扰的相关研究方向提供技术指导

第三实施例

本实施例提供了一种低轨卫星通信系统的同频干扰表征装置，该装置包括：

通信系统模型构建模块，用于构建低轨卫星通信系统模型；其中，所述低轨卫星通信系统模型包括多颗卫星和与所述卫星进行通信的多个地面终端，所述多颗卫星根据轨道高度被划分为多层，每层均包括多颗卫星；所述多个地面终端符合齐次泊松点分布；

时空位置模型矩阵构建模块，用于以单个卫星的位置信息为矩阵元素，建立各层卫星的时空位置模型矩阵；

干扰卫星集合构建模块，用于基于所述时空位置模型矩阵构建模块所构建的时空位置模型矩阵和目标终端的位置信息，确定可能对所述目标终端形成同频干扰的卫星，得到可能对所述目标终端形成干扰的卫星集合；

干扰表征模块，用于基于所述干扰卫星集合构建模块所构建的卫星集合，确定目标终端受到的干扰，计算出所述目标终端的接入容量；同时确定卫星覆盖区内目标终端上行链路对卫星的同频干扰，并给出干扰因子的定义对低轨卫星覆盖区目标终端上行链路的同频干扰进行表征，计算出卫星的平均容量。

本实施例的低轨卫星通信系统的同频干扰表征装置与上述实施例的低轨卫星通信系统的同频干扰表征方法相对应；其中，本实施例的低轨卫星通信系统的同频干扰表征装置中的各功能模块所实现的功能与上述实施例的低轨卫星通信系统的同频干扰表征方法中的各流程步骤一一对应；故，在此不再赘述。

第四实施例

本实施例提供一种电子设备，其包括处理器和存储器；其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行，以实现第一实施例的方法。

该电子设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，CPU)和一个或一个以上的存储器，其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行上述方法。

第五实施例

本实施例提供一种计算机可读存储介质，该存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行，以实现上述第一实施例的方法。其中，该计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。其内存储的指令可由终端中的处理器加载并执行上述方法。

此外，需要说明的是，本发明可提供为方法、装置或计算机程序产品。因此，本发明实施例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，本发明实施例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上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(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、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端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终端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。

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终端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。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终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端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终端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。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，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。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。