一种NGSO星座系统地面终端用空中平台监测方法及系统与流程

一种ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法及系统
技术领域
1.本发明属于卫星通信及无线电传播技术领域，具体涉及一种ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法及系统。


背景技术：

2.近年来，不断发展的非静止轨道(non-geostationary satellite orbit，ngso)星座系统工作于ku/ka/q/v等频段，星座规模可达上万颗，且使用低地球轨道(leo)，系统中每颗卫星相对地球不断运动，因此地面终端指向为对空且指向快速变化。
3.随着ngso星座系统的蓬勃发展，地面终端的应用会越来越广泛，可能对同频或邻频的其他系统产生有害干扰，因此有必要对地面终端进行无线电监测查找。由于地面终端是与ngso卫星进行通信，常使用ku及以上频段，地面终端天线的主瓣波束窄、方向性强、实时可变且指向空中，采用地面监测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的无线电监测查找是一种可行的方法。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。目前尚没有成熟的针对ngso卫星地面终端的空中平台系统可供使用，且缺乏采用空中平台监测ngso卫星地面终端的方法。


技术实现要素：

4.本发明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ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法及系统，用于解决ngso地面终端干扰其他系统时无法确定干扰源具体位置的技术问题。
5.本发明采用以下技术方案：
6.一种ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，包括以下步骤：
7.s1、基于空中平台接收机系统参数建立空中平台接收机系统模型，根据空中平台接收机特性确定空中平台高度h，计算空中平台接收机系统的信号门限；
8.s2、根据ngso星座系统地面终端参数建立地面终端模型；
9.s3、根据地面终端通信对应的ngso星座系统，确定ngso星座系统中每颗卫星轨道的参数，建立ngso星座系统的轨道模型，计算ngso星座系统内所有卫星从仿真开始时间ts到仿真结束时间te内每个时间点t的位置数据，时间间隔为δt秒；
10.s4、根据步骤s3得到的位置数据，结合地面终端的跟星方式，计算地面终端在ts到te时间段内每个时刻t的方位角φ(t)和俯仰角θ(t)数据，并将每个时刻的指向数据用单位向量表示；
11.s5、根据步骤s2得到的地面终端模型和步骤s4得到的俯仰角θ(t)数据确定实际通信终端最低仰角θ1，根据步骤s1得到的空中平台接收机系统参数确定半功率波束地面到达角θ2，取空中平台覆盖区域波束最低地面到达角θ0；
12.s6、以地面终端为原点位置，根据步骤s1得到的空中平台高度h以及步骤s5得到的覆盖区域波束最低地面到达角θ0，确定主波束覆盖半径r和覆盖区域s；
13.s7、根据步骤s6得到的主波束覆盖半径r和覆盖区域s计算空中平台悬停等待时间累积分布结果t(x％)；
14.s8、空中平台接收机系统在步骤s1得到的高度h悬停步骤s7得到的悬停等待时间累积分布结果t(x％)，若超过步骤s1得到的信号门限，覆盖区域内存在地面终端。
15.具体的，步骤s1中，空中平台接收机系统参数包括系统噪声温度、天线最大增益、天线方向图和波束宽度，根据接收终端信号信噪比门限snr
thr
确定终端能接收到的最小功率p
min
(dbw)如下：
16.p
min
(dbw)＝snr
thr
(db)+n0(dbw)
17.其中，n0(dbw)为空中平台接收机背景噪声功率。
18.具体的，步骤s2中，ngso星座系统地面终端发射功率pe(dbw)为：
19.pe(dbw)＝pe(bmhz)-10log
10
(b
·
106hz)
20.其中，pe(bmhz)为地面终端在bmhz内的发射功率，b为带宽。
21.具体的，步骤s3中，星座中每颗卫星轨道参数包括轨道倾角、升交点赤经、平近点角、近地点辐角、偏心率和半长轴，利用这些信息对卫星星座系统轨道进行建模，计算星座系统内所有卫星从仿真开始时间ts到仿真结束时间te内每个时间点t的位置，时间间隔为δt秒。
22.具体的，步骤s5中，空中平台覆盖区域波束最低地面到达角θ0为：
23.θ0＝max{θ1,θ2}。
24.具体的，步骤s6中，以地面终端为原点位置，φ0＝0
°
为地面终端看向空中平台的初始方位角，φi为地面终端看向空中平台的遍历方位角，地面终端到空中平台距离为固定值l(θ0)，确定路径损耗p
l
(db)，空中平台接收机系统不动，在覆盖区域s的边缘遍历地面终端，获取空中平台接收机系统的覆盖区域s，主波束覆盖半径r为：
[0025][0026]
其中，θ0为空中平台方向的仰角，h为空中平台高度。
[0027]
具体的，步骤s7具体为：
[0028]
s701、确定空中平台方向向量(φi,θ0)，根据终端天线方向图计算每个时刻终端天线在该方向的增益g(φ(t),θ(t),φi,θ0)；
[0029]
s702、根据无线电信号传播特性，计算每个时刻地面终端到空中平台接收功率机功率pr(φi,t)及信噪比snr(φi,t)；
[0030]
s703、遍历时间，记录t时刻时，snr(φi,t)《snr
thr
时的持续时长t(φi，t)，既若t0秒后snr(φi,t+t0)≥snr
thr
且snr(φi,t+t
0-δt)《snr
thr
，则t(φi，t)＝t0，表示在t时刻需要等待t0秒后才能接收到地面终端有效信号；
[0031]
s704、i＝i+1,φi＝φi+δφ，δφ为方位角遍历步进，若φi《360
°
，重复步骤s701至步骤s703，否则进入下一步；
[0032]
s705、n＝i，根据驻留时间t＝{t(φ0，t)，t(φ1，t)，t(φi，t),...,t(φn，t)}，统计计算得到驻留时间累积分布结果t(x％)。
[0033]
进一步的，步骤s702中，每个时刻地面终端到空中平台接收功率机功率pr(φi,t)及信噪比snr(φi,t)具体为：
[0034]
pr(φi,t)(dbw)＝pe+g(φ(t),θ(t),φi,θ0)-p
l
+g0[0035]
snr(φi,t)(db)＝pr(φi,t)(dbw)-n0(dbw)
[0036]
其中，pe为地面终端发射功率，p
l
为自由空间损耗，g0为监测天线最大增益，n0为空中平台接收机系统的背景噪声功率。
[0037]
具体的，步骤s8中，若超过步骤s1得到的接收系统信号门限，覆盖区域内存在地面终端，降低高度h或选取主瓣宽度更窄的空中平台天线，重复步骤s6至步骤s8直至查找到地面终端。
[0038]
第二方面，本发明实施例提供了一种ngso星座系统地面终端用空中平台监测系统，包括：
[0039]
门限模块，基于空中平台接收机系统参数建立空中平台接收机系统模型，计算空中平台接收机系统的信号门限；
[0040]
终端模块，根据ngso星座系统地面终端参数建立地面终端模型；
[0041]
位置模块，根据地面终端通信对应的ngso星座系统，确定ngso星座系统中每颗卫星轨道的参数，建立ngso星座系统的轨道模型，计算ngso星座系统内所有卫星从仿真开始时间ts到仿真结束时间te内每个时间点t的位置数据，时间间隔为δt秒；
[0042]
向量模块，根据位置模块得到的位置数据，结合地面终端的跟星方式，计算地面终端在ts到te时间段内每个时刻t的方位角φ(t)和俯仰角θ(t)数据，并将每个时刻的指向数据用单位向量表示；
[0043]
角度模块，根据终端模块得到的地面终端模型和向量模块得到的俯仰角θ(t)数据确定实际通信终端最低仰角θ1，根据门限模块得到的空中平台接收机系统参数确定半功率波束地面到达角θ2，取空中平台覆盖区域波束最低地面到达角θ0；
[0044]
区域模块，以地面终端为原点位置，根据门限模块得到的空中平台高度h以及角度模块得到的覆盖区域波束最低地面到达角θ0，确定主波束覆盖半径r和覆盖区域s；
[0045]
时间模块，根据区域模块得到的主波束覆盖半径r和覆盖区域s计算空中平台悬停等待时间累积分布结果t(x％)；
[0046]
监测模块，空中平台接收机系统在门限模块得到的高度h悬停时间模块得到的悬停等待时间累积分布结果t(x％)，若超过门限模块得到的信号门限，覆盖区域内存在地面终端。
[0047]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0048]
一种ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，结合仿真分析的统计结果，明确所需悬停时间，给地面终端的监测查找提供确定性的可实施的监测策略及系统。
[0049]
进一步的，空中平台监测接收机需明确噪声温度、天线方向图和信噪比门限等参数，以便计算地面终端到达监测接收机处信号是否可被检测采用空中平台悬停监测模到。
[0050]
进一步的，ngso星座系统地面终端发射功率pe(dbw)需换算为与噪声相同带宽内的功率，以便计算信噪比。
[0051]
进一步的，星座中每颗卫星的位置需明确轨道参数，包括轨道倾角、升交点赤经、平近点角、近地点辐角、偏心率和半长轴，及轨道厉元。星座系统内所有卫星从的位置需明确仿真开始时间ts、仿真结束时间te和仿真时间间隔δt秒，时间间隔δt越短，仿真时长越长，所计算的卫星位置数据越多，即地面终端指向数据越多，统计分析悬停时间越准。
[0052]
进一步的，空中平台覆盖区域波束最低地面到达角θ0为实际地面终端最低通信仰角θ1和半功率波束到达角θ2的较大值，这样可确定地面终端发射主波束可指向升空平台接收主波束方向，排除地面终端位于无法指向升空平台的区域，降低悬停监测等待时间。
[0053]
进一步的，覆盖区域s的边缘指向升空平台平均所需的时间大于覆盖区域s内部所需时间，即终端位于覆盖区域s的边缘时，升空平台监测悬停等待时间大于地面终端位于覆盖区域s内部悬停时间，即悬停位于边缘所需的等待时间是否接收到大于门限信号可确定整个区域s内部是否存在地面终端。
[0054]
进一步的，遍历覆盖区域s的边缘可增加地面终端指向数据，提高统计计算精度，排除特殊情况下地面终端规律指向造成的悬停等待时间不准确。
[0055]
进一步的，获取所有时刻和所有边缘地区所需的悬停等待时间累积分布结果，包括计算地面终端在s边缘不同位置时仿真时间内每个时间间隔发射到空中平台接收机的信噪比及信噪比大于门限的持续时间。
[0056]
进一步的，请根据权利要求8的内容补充说明每个时刻地面终端到空中平台接收功率机功率pr(φi,t)及信噪比snr(φi,t)设置的目的或好处，给出原理分析说明。
[0057]
进一步的，在悬停时间内监测到超过门限信号，通过降低高度h或选取主瓣宽度更窄的空中平台天线，可获取更小的监测覆盖区域s，便于发现地面终端。
[0058]
可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
[0059]
综上所述，本发明可以有效监测到空中平台天线覆盖区域内的地面终端上行信号；通过悬停等待时间的计算方法，监测时可根据实际需求选择不同概率下的悬停时间；基于空中平台悬停监测的监测策略，通过降低高度或改变天线确定更小区域内的地面终端。
[0060]
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。
附图说明
[0061]
图1为计算空中平台驻留时间的流程图；
[0062]
图2为空中平台位于地面终端不同方向的方位角遍历示意图；
[0063]
图3为地面终端方位角遍历的等效示意图；
[0064]
图4为本发明的空中平台悬停监测方法示意图。
具体实施方式
[0065]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0066]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0067]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下
文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0068]
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0069]
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
[0070]
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
[0071]
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0072]
本发明提供了一种ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，空中平台接收机系统在空中某位置驻留一定时间，等待地面终端信号到达超过空中平台接收机系统的门限，判断空中平台接收机系统的天线覆盖区域内是否存在地面终端，通过计算空中平台接收机系统监测到地面终端所需时间的累积分布结果，得到不同时间概率下的悬停时间，根据悬停时间指导空中平台接收机系统的监测策略；若在悬停时间内发现超过门限信号，则降低高度在覆盖区域内进行细化搜测，直至查找到终端，若未发现超过门限信号，则空中平台接收机系统移动至下一区域搜测。
[0073]
请参阅图1和图4，本发明一种ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，包括以下步骤：
[0074]
s1、确定空中平台接收机系统参数，包括系统噪声温度、天线最大增益、天线方向图、波束宽度，建立接收机系统模型，确定空中平台接收机系统的高度h，一般平台高度越高，监测覆盖范围越大，并计算接收系统的信号门限；
[0075]
确定空中平台系统噪声温度t0以及天线增益、天线最大增益g0(dbi)、波束宽度bw1(
°
)参数，计算空中平台接收机系统的背景噪声功率n0，为方便与接收信号功率对比，背景噪声选择带宽为1hz的噪声功率，因此b0取为1hz，根据接收终端信号信噪比门限snr
thr
确定终端能接收到的最小功率p
min
(dbw)如下：
[0076]
n0(dbw)＝10log
10
(k
·
t0·
b0)
[0077]
p
min
(dbw)＝snr
thr
(db)+n0(dbw)
[0078]
其中，k为玻尔兹曼常量，取值为1.38
×
10-23
j/k。
[0079]
本发明用于信号监测，设置snr
thr
＝3db，若用于信号识别，snr
thr
需大于10db以上。
[0080]
s2、确定ngso星座系统地面终端发射功率、天线增益、天线尺寸、工作频率、最低通
信仰角θ
min
参数，建立地面终端模型；
[0081]
确定ngso地面终端的类型和位置，获取工作频率f(ghz)、带宽b(mhz)、地面终端的发射功率pe(dbw)、天线最大增益g0(dbi)、天线方向图、天线口径d(m)、极化方式、波束宽度bw(
°
)、最低工作仰角θ(
°
)等。
[0082]
pe(dbw)＝pe(bmhz)-10log
10
(b
·
106hz)。
[0083]
s3、根据地面终端通信对应的ngso星座系统，确定星座中每颗卫星轨道参数，包括轨道倾角、升交点赤经、平近点角、近地点辐角、偏心率和半长轴，建立该星座系统的轨道模型，计算星座系统内所有卫星从仿真开始时间ts到仿真结束时间te内每个时间点t的位置，时间间隔为δt秒；
[0084]
仿真时间间隔δt越小、仿真时长t
e-ts越长，最终得到的累积分布结果越准确。
[0085]
s4、根据步骤s3中的卫星位置数据结合地面终端的跟星方式，计算地面终端在ts到te时间段内每个时刻t的方位角φ(t)和俯仰角θ(t)数据(指向数据)，并将每个时刻的指向数据用单位向量(φ(t)，θ(t))表示；
[0086]
跟星方式一般包括最长通信时间、最短通信距离和最高通信仰角，具体跟星方式由系统决定。
[0087]
s5、根据步骤s4中的俯仰角数据确定实际通信终端最低仰角θ1，根据步骤s1中的空中平台接收天线方向图确定半功率波束地面到达角θ2，取空中平台覆盖区域波束最低地面到达角θ0＝max{θ1,θ2}；
[0088]
半功率波束地面到达角θ2为：
[0089][0090]
其中，bw1为半功率波束宽度。
[0091]
s6、i＝0，以地面终端为原点位置，根据步骤s2中的空中平台高度h、步骤s5中的覆盖区域波束最低地面到达角θ0，确定空中平台的主波束覆盖半径r和覆盖区域s；
[0092]
主波束覆盖半径r为：
[0093][0094]
i＝0，以地面终端为原点位置，θ0为空中平台方向的仰角，h为空中平台高度，φ0＝0
°
为地面终端看向空中平台的初始方位角，φi为地面终端看向空中平台的遍历方位角，地面终端到空中平台距离为固定值l(θ0)，与方位角无关，确定路径损耗p
l
(db)；
[0095]
p
l
(db)＝92.45+20log(l(θ0)(km))+20log(f(ghz))
[0096]
地面终端不动，空中平台不动在覆盖区域s的边缘遍历地面终端，如图2和图3所示，以此可获取空中平台的覆盖区域s，在s区域边缘的终端监测所需悬停时间大于s区域内部时间，因而悬停时间采用终端位于s区域边缘的结果计算。
[0097]
s7、计算空中平台悬停等待时间累积分布结果t(x％)；
[0098]
s701、确定空中平台方向向量(φi,θ0)，根据终端天线方向图计算每个时刻终端天线在该方向的增益g(φ(t),θ(t),φi,θ0)；
[0099]
s702、根据无线电信号传播特性，计算每个时刻地面终端到空中平台接收功率pr(φi,t)(db)及信噪比snr(φi,t)；
[0100]
pr(φi,t)(dbw)＝pe+g(φ(t),θ(t),φi,θ0)-p
l
+g0[0101]
snr(φi,t)(db)＝pr(φi,t)(dbw)-n0(dbw)
[0102]
s703、遍历时间，记录t时刻时，snr(φi,t)《snr
thr
时的持续时长t(φi，t)，既若t0秒后snr(φi,t+t0)≥snr
thr
且snr(φi,t+t
0-δt)《snr
thr
，则t(φi，t)＝t0，表示在t时刻需要等待t0秒后才能接收到地面终端有效信号；
[0103]
遍历时间得到空平台相对于地面终端的方位角为φi时每一时刻所需的悬停等待时间。
[0104]
s704、i＝i+1,φi＝φi+δφ，δφ为方位角遍历步进，若φi《360
°
，重复步骤s701～步骤s703，否则进入下一步；
[0105]
升空平台相对于地面终端的方位角遍历得到区域s边缘一圈范围内的悬停等待时间。
[0106]
s705、n＝i，根据驻留时间t＝{t(φ0，t)，t(φ1，t)，t(φi，t),...,t(φn，t)}，统计计算得到驻留时间累积分布结果t(x％)，既不同累积时间概率下所需的悬停监测时间，得到不同概率下空中平台所需的监测悬停时间。
[0107]
s8、在步骤s1中的高度h下悬停t(x％)，若未发现超过步骤s1中门限的信号，说明该覆盖区域内不存在地面终端(准确率x％)，移动空中平台进行下一区域悬停监测，若发现超过门限信号，说明该区域内可能存在地面终端；
[0108]
s9、当步骤s6中的区域s超过设定值，在区域s内重新搜测：降低高度h或选取主瓣宽度更窄的空中平台天线，重复步骤s6至步骤s8直至查找到地面终端。
[0109]
本发明再一个实施例中，提供一种ngso星座系统地面终端用空中平台监测系统，该系统能够用于实现上述ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，具体的，该ngso星座系统地面终端用空中平台监测系统包括门限模块、终端模块、位置模块、向量模块、角度模块、区域模块、时间模块以及监测模块。
[0110]
其中，门限模块，基于空中平台接收机系统参数建立空中平台接收机系统模型，根据空中平台接收机特性确定空中平台高度h，计算空中平台接收机系统的信号门限；
[0111]
终端模块，根据ngso星座系统地面终端参数建立地面终端模型；
[0112]
位置模块，根据地面终端通信对应的ngso星座系统，确定ngso星座系统中每颗卫星轨道的参数，建立ngso星座系统的轨道模型，计算ngso星座系统内所有卫星从仿真开始时间ts到仿真结束时间te内每个时间点t的位置数据，时间间隔为δt秒；
[0113]
向量模块，根据终端模块得到的地面终端模型和位置模块得到的位置数据，结合地面终端的跟星方式，计算地面终端在ts到te时间段内每个时刻t的方位角φ(t)和俯仰角θ(t)数据，并将每个时刻的指向数据用单位向量表示；
[0114]
角度模块，根据向量模块得到的俯仰角θ(t)数据确定实际通信终端最低仰角θ1，根据门限模块得到的空中平台接收机系统参数确定半功率波束地面到达角θ2，取空中平台覆盖区域波束最低地面到达角θ0；
[0115]
区域模块，以地面终端为原点位置，根据门限模块得到的空中平台高度h以及角度模块得到的覆盖区域波束最低地面到达角θ0，确定主波束覆盖半径r和覆盖区域s；
[0116]
时间模块，根据区域模块得到的主波束覆盖半径r和覆盖区域s计算空中平台悬停等待时间累积分布结果t(x％)；
[0117]
监测模块，空中平台接收机系统在门限模块得到的高度h悬停时间模块得到的悬停等待时间累积分布结果t(x％)，若超过门限模块得到的信号门限，覆盖区域内存在地面终端。
[0118]
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法的操作，包括：
[0119]
基于空中平台接收机系统参数建立空中平台接收机系统模型，根据空中平台接收机特性确定空中平台高度h，计算空中平台接收机系统的信号门限；根据ngso星座系统地面终端参数建立地面终端模型；根据地面终端通信对应的ngso星座系统，确定ngso星座系统中每颗卫星轨道的参数，建立ngso星座系统的轨道模型，计算ngso星座系统内所有卫星从仿真开始时间ts到仿真结束时间te内每个时间点t的位置数据，时间间隔为δt秒；根据位置数据，结合地面终端的跟星方式，计算地面终端在ts到te时间段内每个时刻t的方位角φ(t)和俯仰角θ(t)数据，并将每个时刻的指向数据用单位向量表示；根据地面终端模型和俯仰角θ(t)数据确定实际通信终端最低仰角θ1，根据空中平台接收机系统参数确定半功率波束地面到达角θ2，取空中平台覆盖区域波束最低地面到达角θ0；以地面终端为原点位置，根据空中平台高度h以及覆盖区域波束最低地面到达角θ0，确定主波束覆盖半径r和覆盖区域s；计算空中平台悬停等待时间累积分布结果t(x％)；空中平台接收机系统在高度h悬停等待时间累积分布结果t(x％)，若超过信号门限，覆盖区域内存在地面终端。
[0120]
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0121]
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：
[0122]
基于空中平台接收机系统参数建立空中平台接收机系统模型，根据空中平台接收机特性确定空中平台高度h，计算空中平台接收机系统的信号门限；根据ngso星座系统地面终端参数建立地面终端模型；根据地面终端通信对应的ngso星座系统，确定ngso星座系统
中每颗卫星轨道的参数，建立ngso星座系统的轨道模型，计算ngso星座系统内所有卫星从仿真开始时间ts到仿真结束时间te内每个时间点t的位置数据，时间间隔为δt秒；根据位置数据，结合地面终端的跟星方式，计算地面终端在ts到te时间段内每个时刻t的方位角φ(t)和俯仰角θ(t)数据，并将每个时刻的指向数据用单位向量表示；根据地面终端模型和俯仰角θ(t)数据确定实际通信终端最低仰角θ1，根据空中平台接收机系统参数确定半功率波束地面到达角θ2，取空中平台覆盖区域波束最低地面到达角θ0；以地面终端为原点位置，根据空中平台高度h以及覆盖区域波束最低地面到达角θ0，确定主波束覆盖半径r和覆盖区域s；计算空中平台悬停等待时间累积分布结果t(x％)；空中平台接收机系统在高度h悬停等待时间累积分布结果t(x％)，若超过信号门限，覆盖区域内存在地面终端。
[0123]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0124]
实施例：
[0125]
本实施例提供了空中平台监测ngso星座系统地面终端的监测方法的示例。该ngso星座系统的轨道参数、地面终端参数和空中平台参数见下述表1：
[0126]
表1ngso星座系统地面终端悬停监测仿真或实验数据或具体应用实例参数
[0127][0128]
[0129]
根据表1中参数，通过数据进一步论述本发明的优点及好处。图1的流程，得到悬停时间计算结果，如表2所示：
[0130][0131]
空中平台全向天线时，覆盖区域内若存在地面终端，168s内能发现地面终端的概率为90％，191s内发现地面终端的概率为95％，210s内发现地面终端的概率为98％，若要排除该区域不存在地面终端，需悬停277s。
[0132]
空中平台定向天线时，覆盖区域内若存在地面终端，5s内能发现地面终端的概率为90％，10s内发现地面终端的概率为95％，17s内发现地面终端的概率为98％，若要排除该区域不存在地面终端，需悬停51s。
[0133]
可通过实施例的结果制定监测策略：采用全向天线或大范围搜索，收到信号后采用定向天线或降低平台高度小范围搜索，可提高搜测效率。
[0134]
综上所述，本发明一种ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法及系统，可高效地对ngso星座系统地面终端进行监测查找，给出的悬停时间计算方法能对地面终端信号指向空中平台所需时间进行有效估计，避免无序盲目监测。结合监测天线覆盖区域可制定可实施的、高效的监测策略。
[0135]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0136]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0137]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0138]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0139]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0140]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0141]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(randomaccess memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等，需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
[0142]
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。
[0143]
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。
[0144]
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。
[0145]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、基于空中平台接收机系统参数建立空中平台接收机系统模型，根据空中平台接收机特性确定空中平台高度h，计算空中平台接收机系统的信号门限；s2、根据ngso星座系统地面终端参数建立地面终端模型；s3、根据地面终端通信对应的ngso星座系统，确定ngso星座系统中每颗卫星轨道的参数，建立ngso星座系统的轨道模型，计算ngso星座系统内所有卫星从仿真开始时间t
s
到仿真结束时间t
e
内每个时间点t的位置数据，时间间隔为δt秒；s4、根据步骤s3得到的位置数据，结合地面终端的跟星方式，计算地面终端在t
s
到t
e
时间段内每个时刻t的方位角φ(t)和俯仰角θ(t)数据，并将每个时刻的指向数据用单位向量表示；s5、根据步骤s2得到的地面终端模型和步骤s4得到的俯仰角θ(t)数据确定实际通信终端最低仰角θ1，根据步骤s1得到的空中平台接收机系统参数确定半功率波束地面到达角θ2，取空中平台覆盖区域波束最低地面到达角θ0；s6、以地面终端为原点位置，根据步骤s1得到的空中平台高度h以及步骤s5得到的覆盖区域波束最低地面到达角θ0，确定主波束覆盖半径r和覆盖区域s；s7、根据步骤s6得到的主波束覆盖半径r和覆盖区域s计算空中平台悬停等待时间累积分布结果t(x％)；s8、空中平台接收机系统在步骤s1得到的高度h悬停步骤s7得到的悬停等待时间累积分布结果t(x％)，若超过步骤s1得到的信号门限，覆盖区域内存在地面终端。2.根据权利要求1所述的ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，其特征在于，步骤s1中，空中平台接收机系统参数包括系统噪声温度、天线最大增益、天线方向图和波束宽度，根据接收终端信号信噪比门限snr
thr
确定终端能接收到的最小功率p
min
(dbw)如下：p
min
(dbw)＝snr
thr
(db)+n0(dbw)其中，n0(dbw)为空中平台接收机背景噪声功率。3.根据权利要求1所述的ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，其特征在于，步骤s2中，ngso星座系统地面终端发射功率p
e
(dbw)为：p
e
(dbw)＝p
e
(bmhz)-10log
10
(b
·
106hz)其中，p
e
(bmhz)为地面终端在bmhz内的发射功率，b为带宽。4.根据权利要求1所述的ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，其特征在于，步骤s3中，星座中每颗卫星轨道参数包括轨道倾角、升交点赤经、平近点角、近地点辐角、偏心率和半长轴，利用这些信息对卫星星座系统轨道进行建模，计算星座系统内所有卫星从仿真开始时间t
s
到仿真结束时间t
e
内每个时间点t的位置，时间间隔为δt秒。5.根据权利要求1所述的ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，其特征在于，步骤s5中，空中平台覆盖区域波束最低地面到达角θ0为：θ0＝max{θ1,θ2}。6.根据权利要求1所述的ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，其特征在于，步骤s6中，以地面终端为原点位置，φ0＝0
°
为地面终端看向空中平台的初始方位角，φ
i
为地面终端看向空中平台的遍历方位角，地面终端到空中平台距离为固定值l(θ0)，确定路径损耗p
l
(db)，空中平台接收机系统不动，在覆盖区域s的边缘遍历地面终端，获取空中平台接
收机系统的覆盖区域s，主波束覆盖半径r为：其中，θ0为空中平台方向的仰角，h为空中平台高度。7.根据权利要求1所述的ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，其特征在于，步骤s7具体为：s701、确定空中平台方向向量(φ
i
,θ0)，根据终端天线方向图计算每个时刻终端天线在该方向的增益g(φ(t),θ(t),φ
i
,θ0)；s702、根据无线电信号传播特性，计算每个时刻地面终端到空中平台接收功率机功率p
r
(φ
i
,t)及信噪比snr(φ
i
,t)；s703、遍历时间，记录t时刻时，snr(φ
i
,t)<snr
thr
时的持续时长t(φ
i
，t)，既若t0秒后snr(φ
i
,t+t0)≥snr
thr
且snr(φ
i
,t+t
0-δt)<snr
thr
，则t(φ
i
，t)＝t0，表示在t时刻需要等待t0秒后才能接收到地面终端有效信号；s704、i＝i+1,φ
i
＝φ
i
+δφ，δφ为方位角遍历步进，若φ
i
<360
°
，重复步骤s701至步骤s703，否则进入下一步；s705、n＝i，根据驻留时间t＝{t(φ0，t)，t(φ1，t)，t(φ
i
，t),...,t(φ
n
，t)}，统计计算得到驻留时间累积分布结果t(x％)。8.根据权利要求7所述的ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，其特征在于，步骤s702中，每个时刻地面终端到空中平台接收功率机功率p
r
(φ
i
,t)及信噪比snr(φ
i
,t)具体为：p
r
(φ
i
,t)(dbw)＝p
e
+g(φ(t),θ(t),φ
i
,θ0)-p
l
+g0snr(φ
i
,t)(db)＝p
r
(φ
i
,t)(dbw)-n0(dbw)其中，p
e
为地面终端发射功率，p
l
为自由空间损耗，g0为监测天线最大增益，n0为空中平台接收机系统的背景噪声功率。9.根据权利要求1所述的ngso星座系统地面终端用空中平台监测方法，其特征在于，步骤s8中，若超过步骤s1得到的接收系统信号门限，覆盖区域内存在地面终端，降低高度h或选取主瓣宽度更窄的空中平台天线，重复步骤s6至步骤s8直至查找到地面终端。10.一种ngso星座系统地面终端用空中平台监测系统，其特征在于，包括：门限模块，基于空中平台接收机系统参数建立空中平台接收机系统模型，根据空中平台接收机特性确定空中平台高度h，计算空中平台接收机系统的信号门限；终端模块，根据ngso星座系统地面终端参数建立地面终端模型；位置模块，根据地面终端通信对应的ngso星座系统，确定ngso星座系统中每颗卫星轨道的参数，建立ngso星座系统的轨道模型，计算ngso星座系统内所有卫星从仿真开始时间t
s
到仿真结束时间t
e
内每个时间点t的位置数据，时间间隔为δt秒；向量模块，根据位置模块得到的位置数据，结合地面终端的跟星方式，计算地面终端在t
s
到t
e
时间段内每个时刻t的方位角φ(t)和俯仰角θ(t)数据，并将每个时刻的指向数据用单位向量表示；角度模块，根据终端模块得到的地面终端模型和向量模块得到的俯仰角θ(t)数据确定实际通信终端最低仰角θ1，根据门限模块得到的空中平台接收机系统参数确定半功率波束
地面到达角θ2，取空中平台覆盖区域波束最低地面到达角θ0；区域模块，以地面终端为原点位置，根据门限模块得到的空中平台高度h以及角度模块得到的覆盖区域波束最低地面到达角θ0，确定主波束覆盖半径r和覆盖区域s；时间模块，根据区域模块得到的主波束覆盖半径r和覆盖区域s计算空中平台悬停等待时间累积分布结果t(x％)；监测模块，空中平台接收机系统在门限模块得到的高度h悬停时间模块得到的悬停等待时间累积分布结果t(x％)，若超过门限模块得到的信号门限，覆盖区域内存在地面终端。

技术总结
本发明公开了一种NGSO星座系统地面终端用空中平台监测方法及系统，空中平台接收机系统在空中某位置驻留一定时间，等待地面终端信号到达超过空中平台接收机系统的门限，明确空中平台接收机系统的天线覆盖区域内是否存在地面终端，若不存在超过门限的信号，空中平台接收机系统移动至下一区域；若存在超过门限的信号，降低空中平台接收机系统的高度，在覆盖区域内重新搜测，直至查找到终端。直至查找到终端。直至查找到终端。


技术研发人员：简晨 纽莉荣 赵延安
受保护的技术使用者：国家无线电监测中心陕西监测站
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/7/18