[發明專利]一種低軌衛星多波束覆蓋區域劃分方法

有效

• 申請號: 202011553560.1
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112672423B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 程鈺間;鐘開源;侯慧穎;樊勇;楊海寧;何宗銳;李廷軍;趙明華;王洪斌;吳亞飛
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W84/06
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 鄒裕蓉

本發明提出一種低軌衛星多波束覆蓋區域劃分方法，采用由外向內的區域劃分策略：先進行最邊緣掃描圈層的覆蓋，確定當前掃描圈層掃描角和覆蓋波束數量完成當前掃描圈層的波束覆蓋，再更新邊緣參數，向內逐層進行掃描圈層的覆蓋，直到覆蓋完成。在滿足通道一致性的條件下，實現了對地等通量大范圍多波束最優覆蓋，大為提升了現有波束成形方法整體效率。在此基礎上，提出了聚類分色算法和基于深度優先搜索的頻率復用分色算法，解決了非均勻多波束間低互擾分色問題。該工作對于解決低軌衛星多波束覆蓋區域劃分與波束成形具有重要意義。

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，特別是涉及一種低軌衛星的多波束區域劃分方法。

背景技術

衛星通信具有覆蓋面積廣、傳輸質量高、部署靈活等優點，可提供較大的地理區域乃至全球范圍的無縫連接，便于快速組網，已成為民用和軍用通信系統的重要組成部分。低軌衛星相比較于地球同步軌道衛星具有通信延遲小等特點，且同時可見3顆以上衛星以避免信號遮擋，也利于實現用戶終端小型化，已成為了目前衛星發展的重要方向。

低軌衛星多采用多波束分區對地面實現覆蓋，即將整個覆蓋區域劃分為若干小區，使用多個獨立點波束覆蓋每個小區。在此基礎上，將整個系統的頻率資源劃分為多個頻段，相鄰波束通過采用頻分或碼分來避免相互間干擾。與單波束覆蓋的衛通系統相比，具備多波束、頻率復用能力的衛通系統能獲得更高的系統容量與靈活性。當然，較少的小區數量可以有效地提高頻譜資源利用率，降低波束間的干擾，減少數字波束成形的復雜度和硬件成本。

地面通信一般采用蜂窩分區，而同步衛星也借鑒了類似地面蜂窩通信的多點波束分區辦法。與地面通信不同，星載多波束天線需滿足等通量覆蓋要求，即衛星到達地面各波束小區的信號強度相等。由于各小區與衛星之間的距離不同，信號傳播的路徑損耗不同。低軌衛星通信仰角大，路徑損耗差異性大。同時，天線波束在大角度掃描時也會產生畸變，使得等點波束難以實現。在滿足等通量覆蓋等條件下，高效合理地規劃分區形狀，并結合頻率復用等技術，提高頻譜資源利用率，減少波束形成復雜度變得非常重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提出了一整套涉及低軌衛星多波束覆蓋區域劃分、多波束方向圖成形與多波束分頻的方法。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是，一種低軌衛星多波束覆蓋區域劃分方法，包括步驟：

采用由外向內的區域劃分策略：先進行最邊緣掃描圈層的覆蓋，確定當前掃描圈層掃描角和覆蓋波束數量完成當前掃描圈層的波束覆蓋，再更新邊緣參數，向內逐層進行掃描圈層的覆蓋，直到覆蓋完成。

具體的，提供了天線陣列為滿陣時完成全覆蓋的多波束覆蓋方法；

具體的，提供了天線陣列為滿陣時完成非全覆蓋的多波束覆蓋方法；

進一步的，為了減少波束覆蓋的圈層數，又提出了子陣式的多波束賦形方案；更進一步的，為了解決因為子陣式的多波束賦形的提出而產生的分色問題，提出基于聚類分色算法和基于深度優先搜索的頻率復用分色方法。

本發明的有益效果是，首先按覆蓋場景建立了全覆蓋和非全覆蓋多波束覆蓋模型，并在此基礎上提出了由外向內的區域劃分策略、基于子陣式的多波束賦形方法，在等通量覆蓋、通道一致的前提下，可快速獲得滿足覆蓋需求的最佳區域分配和方向圖成形方案，提升了現有方法的效果與效率。

附圖說明

圖1為分層覆蓋流程圖；

圖2為分層全覆蓋模型圖；

圖3為分層非全覆蓋模型圖；

圖4為第二圈子陣劃分示意圖；

圖5為第三圈子陣劃分示意圖；

圖6為50°覆蓋區域邊緣覆蓋結果；

圖7為不同參數Δ覆蓋示意圖；