王星星 徐斌 唐夢(mèng)輝 孟令杰 李輝 閃笑雨

(1 國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局重大專項(xiàng)工程中心，北京 100101)(2 北京羽尋智能科技有限公司，北京 100191)

衛(wèi)星遙感涉及氣象、海洋、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)保等各行各業(yè)，應(yīng)用廣泛。目前，我國(guó)主流遙感衛(wèi)星多為低軌遙感衛(wèi)星，中軌和高軌遙感衛(wèi)星數(shù)量極少，因此本文重點(diǎn)以低軌遙感衛(wèi)星為主要研究對(duì)象，中軌和高軌道遙感衛(wèi)星系統(tǒng)也可參考文中的評(píng)估方法。按照國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)《無(wú)線電規(guī)則》規(guī)定和工程實(shí)際，常規(guī)低軌遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸使用頻段主要集中在X頻段(8025～8400 MHz)，其頻率共用環(huán)境和能否兼容共用直接決定了遙感衛(wèi)星系統(tǒng)的在軌安全和效益發(fā)揮。

我國(guó)無(wú)線電主管部門曾就“十二五”期間國(guó)內(nèi)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)X頻段數(shù)傳頻率兼容性開展專題研究，并基于當(dāng)時(shí)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)量不多，以國(guó)家民用衛(wèi)星系統(tǒng)為主的情況確定了針對(duì)“十二五”期間發(fā)射衛(wèi)星的協(xié)調(diào)方法。目前，面對(duì)國(guó)家大力發(fā)展空間基礎(chǔ)設(shè)施、商業(yè)遙感衛(wèi)星爆發(fā)式增長(zhǎng)的局面，延用已不適用的傳統(tǒng)辦法，甚至出現(xiàn)忽視技術(shù)分析的協(xié)調(diào)趨勢(shì)，給我國(guó)遙感衛(wèi)星穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了巨大的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，針對(duì)遙感衛(wèi)星數(shù)傳頻率的研究，僅限于用頻需求、用頻模式和更高頻段用頻可行性方面，在X頻段數(shù)傳兼容性方面沒有進(jìn)一步的研究成果提出。

鑒于上述情況，本文基于對(duì)ITU相關(guān)建議書中提出的遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳頻段干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，提出適用于我國(guó)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)X頻段數(shù)傳兼容性的評(píng)估方法。不同于以往的只考慮固定的遙感系統(tǒng)干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，本文依據(jù)ITU相關(guān)建議書，結(jié)合我國(guó)在軌遙感衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)際的技術(shù)與操作特性，提出我國(guó)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法，建立更有效的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，不同于當(dāng)前普遍采用的單個(gè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)間兼容性分析，本文提出采用集總干擾計(jì)算的方法，能客觀反映遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳實(shí)際的頻譜共用環(huán)境和兼容形勢(shì)。

1 研究基礎(chǔ)

國(guó)際上，大多數(shù)國(guó)家使用ITU無(wú)線通信部的建議書(ITU-R SA系列)提出的方法和標(biāo)準(zhǔn)作為遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳頻段干擾分析的指導(dǎo)。這種國(guó)際上的通用方法可作為本文的研究基礎(chǔ)，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

(1)干擾保護(hù)限值標(biāo)準(zhǔn)由其自身性能要求決定。建議書給出的干擾保護(hù)限值為被干擾系統(tǒng)在確保自身鏈路必要性能的基礎(chǔ)上所能夠承受的全部干擾，即集總干擾。

(2)干擾保護(hù)限值標(biāo)準(zhǔn)包括功率和時(shí)間限值2個(gè)維度。干擾保護(hù)限值標(biāo)準(zhǔn)既包括同一時(shí)刻來(lái)自不同的干擾源、不同的干擾路徑的所有干擾信號(hào)功率疊加，也包括不同時(shí)刻發(fā)生的干擾持續(xù)時(shí)間的疊加。ITU-R SA.1026[1]建議書表1中note2中明確說(shuō)明，干擾標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)接收時(shí)間的百分比來(lái)確定。

(3)干擾限值標(biāo)準(zhǔn)的適用性。當(dāng)前建議書提出的干擾保護(hù)門限是考慮典型遙感系統(tǒng)的特性，特定衛(wèi)星系統(tǒng)的技術(shù)與操作條件與通用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)情況不同，其可允許的干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)可以不同，但不能比通用情況要求更多的保護(hù)。

(4)基于一定干擾余量的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的必要性。從規(guī)則角度，8025～8400 MHz頻段劃分給衛(wèi)星地球探測(cè)業(yè)務(wù)數(shù)傳鏈路使用[2]，按照ITU的協(xié)調(diào)程序，該業(yè)務(wù)在考慮限值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)必須考慮承受一定干擾。

需要指出的是，建議書使用的方法和標(biāo)準(zhǔn)是基于特定歷史時(shí)期的遙感衛(wèi)星系統(tǒng)頻率使用環(huán)境和特定系統(tǒng)特性(由歐盟國(guó)家主導(dǎo)提出并被采納)，與我國(guó)當(dāng)前遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳使用頻率的形勢(shì)具有一定差異，因此有必要提出適應(yīng)我國(guó)當(dāng)前遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳頻段的干擾評(píng)估方法與標(biāo)準(zhǔn)。

2 X頻段數(shù)傳兼容性評(píng)估方法

2.1 X頻段數(shù)傳鏈路技術(shù)操作特性

遙感衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng)的無(wú)線電頻率兼容仿真模型由遙感衛(wèi)星、地面接收站、數(shù)傳載波鏈路、系統(tǒng)操作特性4個(gè)部分組成[3]，需要考慮的技術(shù)操作特性要素如下。

2.1.1 軌道特性

衛(wèi)星系統(tǒng)所需建模的軌道參數(shù)見表1，一般可以從衛(wèi)星系統(tǒng)申報(bào)單位向ITU申報(bào)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料及衛(wèi)星在軌星歷2個(gè)渠道獲取。其中，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料是當(dāng)前國(guó)內(nèi)所有民用遙感衛(wèi)星系統(tǒng)合法使用頻率的必要條件[4]，其申報(bào)信息可以從ITU數(shù)據(jù)庫(kù)取得，作為衛(wèi)星系統(tǒng)兼容性仿真的數(shù)據(jù)依據(jù)。

表1 衛(wèi)星系統(tǒng)建模所需參數(shù)

2.1.2 遙感衛(wèi)星天線模型

遙感衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng)發(fā)射天線是遙感衛(wèi)星系統(tǒng)的重要組成部分[5]，越來(lái)越多的相控陣掃描天線取代了傳統(tǒng)數(shù)傳天線，輕量化、小型化、靈活化成為其發(fā)展的趨勢(shì)。數(shù)傳分系統(tǒng)發(fā)射天線是頻率兼容性的重要影響因素，典型遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳發(fā)射天線[6]方向圖主要包括兩類，分別描述如下。

(1)等通量天線。它也稱為地球匹配固定波束天線，我國(guó)早期遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳天線大多采用覆球波束數(shù)傳天線，能使數(shù)傳信號(hào)到達(dá)地面接收天線的通量密度大致相同，如圖1所示。

圖1 典型等通量天線方向圖

(2)點(diǎn)波束天線[7]。隨著遙感衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)地觀測(cè)分辨率的提高、幅寬的增大，所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大幅增加，對(duì)數(shù)傳速率要求也大大提高.目前，我國(guó)大多數(shù)低地球軌道(LEO)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)都采用更高的發(fā)射增益和更窄的天線波束寬度的點(diǎn)波束天線，典型的點(diǎn)波束天線方向圖如圖2所示。

圖2 典型點(diǎn)波束天線方向圖

2.1.3 數(shù)傳地面接收站

遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳地面接收站的部署位置、數(shù)量和接收天線特性，是影響遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳鏈路通信質(zhì)量的重要因素。

(1)地面接收站位置。對(duì)于被干擾遙感衛(wèi)星系統(tǒng)，當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)有多個(gè)處于國(guó)內(nèi)的地面接收站，以各站獨(dú)立工作條件下受到的干擾情況進(jìn)行仿真分析。對(duì)于干擾遙感衛(wèi)星系統(tǒng)，當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)有多個(gè)處于國(guó)內(nèi)的地面接收站，以各站協(xié)同工作條件下對(duì)被干擾衛(wèi)星系統(tǒng)指定地面接收站受到的干擾情況進(jìn)行仿真分析。

(2)接收系統(tǒng)特性。考慮到只有在ITU進(jìn)行衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料申報(bào)的衛(wèi)星系統(tǒng)才會(huì)作為有效的研究對(duì)象開展相應(yīng)頻率兼容性研究，因此可利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料中的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2.1.4 載波參數(shù)

(1)載波功率。考慮到只有在ITU進(jìn)行衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料申報(bào)的衛(wèi)星系統(tǒng)才會(huì)作為有效的研究對(duì)象開展相應(yīng)頻率兼容性研究，因此可用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料中的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

(2)傳播模型。考慮到遙感衛(wèi)星系統(tǒng)X頻段鏈路對(duì)我國(guó)國(guó)土所處區(qū)域的正常雨量條件下的雨衰等傳播鏈路影響不敏感，干擾衛(wèi)星系統(tǒng)、被干擾衛(wèi)星系統(tǒng)鏈路傳播環(huán)境近似，當(dāng)前遙感衛(wèi)星系統(tǒng)X頻段信號(hào)傳播模型采用自由空間傳播損耗模型進(jìn)行鏈路計(jì)算。

(3)解調(diào)門限。載波載噪比C/N(C為有用信號(hào)載波功率，N為噪聲功率)門限是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料中用于定義衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)應(yīng)載波的解調(diào)門限，在頻率兼容性分析中可作為被干擾衛(wèi)星系統(tǒng)干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)使用。由于國(guó)內(nèi)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)X頻段數(shù)傳載波鏈路C/N在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料中是必須提供的參數(shù)，但大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)資料并未提供相應(yīng)的調(diào)制方式和對(duì)應(yīng)的誤碼率，使該參數(shù)的使用不具有針對(duì)性。根據(jù)調(diào)研，當(dāng)前我國(guó)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)X頻段接收設(shè)備的典型接收系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)性能如表2所示。

表2 典型接收系統(tǒng)解調(diào)性能

2.1.5 操作策略

1)波束指向策略

通用的非地球靜止軌道(NGSO)衛(wèi)星系統(tǒng)模型，波束指向可以有多種方式。例如：波束指向地心(星下點(diǎn))；波束指向地面固定的特定地面接收站；波束在一定范圍內(nèi)掃描。其中，遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳波束常用的指向策略為前兩種，在一定范圍內(nèi)掃描的模式常見于雷達(dá)載荷等[8]。

2)建鏈策略

通常情況下，遙感衛(wèi)星系統(tǒng)可能有多顆衛(wèi)星和多個(gè)地面接收站，即多星多站操作。數(shù)傳地面接收站與衛(wèi)星建鏈關(guān)系通常是比較復(fù)雜的，在通過(guò)仿真進(jìn)行數(shù)傳頻段兼容性評(píng)估過(guò)程中需要對(duì)其進(jìn)行合理簡(jiǎn)化：①有地面接收站只要與衛(wèi)星可見(滿足一定技術(shù)條件，例如最低工作仰角等)就可以進(jìn)行數(shù)傳接收；②過(guò)境開機(jī)，過(guò)境后則關(guān)機(jī)；③地面接收站有足夠資源與全部可見衛(wèi)星建鏈數(shù)傳。

用于兼容性評(píng)估建模的遙感衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng)在多星多站模式下的操作規(guī)則可包括3種情況。

(1)站選星，即對(duì)遙感衛(wèi)星地面接收站按一定規(guī)則進(jìn)行排序(例如站址從北向南，或者接收站的設(shè)備、功能指標(biāo)優(yōu)越性)，由第1個(gè)接收站開始，在其所有可見衛(wèi)星中選擇可見時(shí)間最長(zhǎng)的衛(wèi)星建鏈，再針對(duì)第2個(gè)接收站，選擇除第1個(gè)接收站已選衛(wèi)星之外的其他可見衛(wèi)星中可見時(shí)間最長(zhǎng)的衛(wèi)星建鏈，依次類推，直到最后1個(gè)接收站，或者無(wú)衛(wèi)星可選。

(2)星選站，即對(duì)遙感衛(wèi)星按一定規(guī)則進(jìn)行排序(例如最先與地面接收站可見)，由第1顆衛(wèi)星開始，在其所有可見接收站中選擇可見時(shí)間最長(zhǎng)的接收站建鏈，再針對(duì)第2顆衛(wèi)星，選擇除第1顆衛(wèi)星已選接收站之外的其他可見接收站中可見時(shí)間最長(zhǎng)的接收站建鏈，依次類推，直到最后1顆可見衛(wèi)星，或無(wú)接收站可選。

(3)最長(zhǎng)可見，即根據(jù)衛(wèi)星軌道外推模型預(yù)報(bào)衛(wèi)星過(guò)境時(shí)間。①計(jì)算遙感衛(wèi)星系統(tǒng)每顆衛(wèi)星過(guò)境時(shí)間內(nèi)對(duì)每個(gè)地面接收站的可見時(shí)間；②選擇其中可見時(shí)間最長(zhǎng)的衛(wèi)星和接收站建立數(shù)傳鏈路；③選擇次長(zhǎng)可見時(shí)間的衛(wèi)星和接收站建立數(shù)傳鏈路；④以此類推，直到無(wú)衛(wèi)星或無(wú)接收站可用；⑤每個(gè)已經(jīng)建立的鏈路保持通信直到建鏈條件不符合(衛(wèi)星和接收站不可見)，釋放鏈路，參與新的建鏈篩選；⑥每個(gè)已經(jīng)建立的鏈路保持通信過(guò)程中，即使出現(xiàn)新的衛(wèi)星或接收站并可能有更長(zhǎng)的可見時(shí)間，也不釋放，即盡量少切換衛(wèi)星。

2.1.6 干擾保護(hù)限值

遙感衛(wèi)星系統(tǒng)頻率兼容性評(píng)估指標(biāo)包括以下幾類。

(1)評(píng)估被干擾衛(wèi)星系統(tǒng)自身信號(hào)強(qiáng)度。只與被干擾衛(wèi)星系統(tǒng)本身的技術(shù)與操作特性相關(guān)，包括有用信號(hào)載波功率C和載噪比C/N。

(2)評(píng)估干擾信號(hào)強(qiáng)度。只與干擾衛(wèi)星系統(tǒng)本身的技術(shù)與操作特性相關(guān)，包括干擾信號(hào)功率I、干擾信號(hào)到達(dá)地球表面的功率通量密度和參考帶寬內(nèi)干擾信號(hào)功率譜密度[9]。

(3)評(píng)估干擾信號(hào)對(duì)被干擾系統(tǒng)造成影響的程度。與干擾信號(hào)強(qiáng)度和被干擾系統(tǒng)性能相關(guān)，例如C/I，I/N，C/N+I。

(4)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。在上述指標(biāo)基礎(chǔ)上，考慮到遙感衛(wèi)星系統(tǒng)的時(shí)變特性，相應(yīng)頻率兼容性也隨時(shí)間變化，通常通過(guò)適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)特性全面反映系統(tǒng)兼容性整體情況，例如干擾信號(hào)超標(biāo)概率，即干擾信號(hào)超過(guò)相應(yīng)功率限值標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間占被干擾系統(tǒng)工作時(shí)間的百分比。

ITU建議書提供了以干擾信號(hào)功率I為參考指標(biāo)的遙感衛(wèi)星系統(tǒng)X頻段數(shù)傳的干擾保護(hù)限值計(jì)算方法[10]。目前大多數(shù)操作單位都在參考使用。

2.2 兼容性評(píng)估方法

2.2.1 仿真場(chǎng)景的建立

仿真場(chǎng)景針對(duì)國(guó)內(nèi)X頻段遙感衛(wèi)星系統(tǒng)同頻數(shù)傳分系統(tǒng)之間的兼容性，所有同頻系統(tǒng)是一個(gè)整體，其中任何單顆衛(wèi)星系統(tǒng)的工作狀態(tài)，都受到其所在環(huán)境中其他同頻衛(wèi)星系統(tǒng)的影響，同時(shí)，任何單個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，也都會(huì)對(duì)其他同頻系統(tǒng)產(chǎn)生潛在影響。也就是說(shuō)，任何一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)，都同時(shí)具有雙重身份：既是被干擾系統(tǒng)，又是干擾系統(tǒng)。

在遙感衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)傳分系統(tǒng)頻率兼容性研究中，被干擾對(duì)象只有一個(gè)，即某個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的某個(gè)地面接收站。因此，當(dāng)干擾系統(tǒng)有多個(gè)數(shù)傳地面接收站時(shí)，需要對(duì)每個(gè)數(shù)傳地面接收站的干擾情況分別進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果是獨(dú)立的，如圖3所示。圖3中：干擾系統(tǒng)X和Y分別有3條和2條鏈路指向各自接收地面站(單鏈路干擾1，2，3，4，5)。當(dāng)考慮單系統(tǒng)干擾，則干擾系統(tǒng)X產(chǎn)生的單系統(tǒng)干擾為單鏈路干擾1+單鏈路干擾2+單鏈路干擾3；干擾系統(tǒng)Y產(chǎn)生的單系統(tǒng)干擾為單鏈路干擾4+單鏈路干擾5。當(dāng)考慮多系統(tǒng)干擾，則有單系統(tǒng)X和單系統(tǒng)Y的所有干擾疊加得到，即單鏈路干擾1+單鏈路干擾2+單鏈路干擾3+單鏈路干擾4+單鏈路干擾5。

圖3 被干擾地面接收站集總干擾模型

2.2.2 兼容性評(píng)估仿真步驟

(1)定義干擾關(guān)系。定義被干擾系統(tǒng)和被干擾地面接收站，建立被干擾系統(tǒng)、干擾系統(tǒng)模型；當(dāng)被干擾系統(tǒng)有多個(gè)接收站，需要分別計(jì)算各接收站獨(dú)立工作受到的集總干擾。

(2)計(jì)算軌道。計(jì)算所有衛(wèi)星系統(tǒng)(包括干擾、被干擾系統(tǒng))軌道參數(shù)，即被干擾系統(tǒng)和所有干擾系統(tǒng)的衛(wèi)星在空間的實(shí)時(shí)位置，用軌道六根數(shù)或位置速度矢量表示。

(3)計(jì)算可見性。計(jì)算所有衛(wèi)星的可見性，形成矩陣，包括：被干擾系統(tǒng)所有衛(wèi)星對(duì)被干擾系統(tǒng)所有接收站的可見性；每個(gè)干擾系統(tǒng)所有衛(wèi)星對(duì)被干擾系統(tǒng)被干擾接收站的可見性；每個(gè)干擾系統(tǒng)所有衛(wèi)星對(duì)自身所有接收站的可見性。

(4)計(jì)算所有衛(wèi)星對(duì)以下各接收站的可見時(shí)間。被干擾系統(tǒng)所有衛(wèi)星對(duì)被干擾系統(tǒng)所有接收站的可見時(shí)間；每個(gè)干擾系統(tǒng)所有衛(wèi)星對(duì)自身所有接收站的可見時(shí)間；每個(gè)被干擾接收站對(duì)所有干擾衛(wèi)星的可見時(shí)間。

(5)建立數(shù)傳鏈路。對(duì)某一時(shí)刻Tx各衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)的可見時(shí)間最長(zhǎng)的組合建立數(shù)傳鏈路：被干擾系統(tǒng)地面接收站選擇可見時(shí)間最長(zhǎng)的衛(wèi)星建鏈；各干擾系統(tǒng)所有鏈路中選擇可見時(shí)間最長(zhǎng)的衛(wèi)星、地面接收站組合建鏈；Tx時(shí)刻，干擾系統(tǒng)其余衛(wèi)星、地面接收站根據(jù)可見時(shí)間的長(zhǎng)短依次組合建鏈。

(6)計(jì)算鏈路參數(shù)。計(jì)算Tx時(shí)刻各系統(tǒng)每條可見鏈路的鏈路參數(shù)，包括：被干擾信號(hào)的發(fā)射偏離角、發(fā)射天線旁瓣及增益、信號(hào)傳播距離、在被干擾接收站的接收增益、被干擾信號(hào)的接收功率；干擾系統(tǒng)每條可見鏈路的鏈路參數(shù)，包括：干擾衛(wèi)星發(fā)射天線在被干擾接收站接收方向的發(fā)射偏離角、發(fā)射天線旁瓣角及增益、傳播距離、被干擾接收站在該衛(wèi)星方向的接收偏離角、接收旁瓣角及增益、干擾信號(hào)功率、干擾信號(hào)功率通量密度。

(7)計(jì)算集總干擾功率。計(jì)算在Tx時(shí)刻所有干擾信號(hào)在被干擾接收站接收機(jī)輸入端的功率總和，并進(jìn)行記錄。

(8)計(jì)算鏈路保持時(shí)間。計(jì)算Tx時(shí)刻可見持續(xù)時(shí)間中持續(xù)最短時(shí)長(zhǎng)n后的結(jié)束時(shí)刻Tx+n，并于Tx+n+1時(shí)刻開始進(jìn)行下一組可見持續(xù)時(shí)間的計(jì)算。Tx+n時(shí)刻，判斷每個(gè)干擾系統(tǒng)、被干擾系統(tǒng)每個(gè)地面接收站，選擇以下3種狀態(tài)中的1種。①保持已有鏈路(繼續(xù)可見)。②釋放已有鏈路(狀態(tài)變?yōu)椴豢梢?，需要在當(dāng)前可見衛(wèi)星中還沒被其他接收站占用的衛(wèi)星中選最長(zhǎng)可見的；可能有新可見的衛(wèi)星，也有可能是被釋放出來(lái)的衛(wèi)星。③原來(lái)處于空閑狀態(tài)，判斷是否有衛(wèi)星(包括新衛(wèi)星)可見，根據(jù)可見時(shí)間選擇衛(wèi)星并建鏈。

(9)計(jì)算Tx+n時(shí)刻各衛(wèi)星和地面接收站間可見鏈路時(shí)間，重復(fù)步驟(5)～(8)，直到仿真時(shí)間結(jié)束。

3 仿真驗(yàn)證

本文首先針對(duì)在ITU登記的我國(guó)115顆在軌遙感衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行兼容共用集總干擾形勢(shì)分析。其中，以高分多模衛(wèi)星系統(tǒng)(衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)名稱GC-10)在喀什站接收作為被干擾系統(tǒng)，其他114顆在軌遙感衛(wèi)星系統(tǒng)作為干擾系統(tǒng)；隨后考慮到未來(lái)發(fā)展新增衛(wèi)星GC-new，其技術(shù)特性與當(dāng)前GC-10相同，分析后續(xù)增加新的干擾衛(wèi)星系統(tǒng)后對(duì)當(dāng)前干擾參考形勢(shì)的影響及兼容共用可能的策略。需要說(shuō)明的是，本文所述仿真參數(shù)均來(lái)自ITU的登記信息，實(shí)際在軌衛(wèi)星系統(tǒng)及地面接收站在使用本文方法時(shí)還要考慮本系統(tǒng)的一些差損情況，以便仿真結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3.1 GC-10的干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)ITU公布的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料技術(shù)參數(shù)，計(jì)算GC-10喀什站數(shù)傳載波鏈路余量。GC-10衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料中提供的用于鏈路計(jì)算的參數(shù)見表3。根據(jù)ITU-R SA.1026建議書提供的公式，計(jì)算GC-10衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的集總干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果見表4。

表3 GC-10衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料中提供的用于鏈路計(jì)算的參數(shù)

表4 GC-10衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的集總干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算

3.2 115顆衛(wèi)星集總干擾仿真

利用本文方法，通過(guò)ITU網(wǎng)絡(luò)資料和衛(wèi)星在軌星歷查詢到的115顆衛(wèi)星參數(shù)開展仿真，仿真步長(zhǎng)為1 min，仿真開始時(shí)間為2021-11-27T00：00：00，仿真結(jié)束時(shí)間為2021-12-28T00：00：00。GC-10衛(wèi)星系統(tǒng)(喀什站)受到集總干擾，集總干擾信號(hào)功率譜密度仿真結(jié)果見圖4。其中，集總干擾信號(hào)最大值為-189.776 6 dBW/Hz，已接近短時(shí)干擾保護(hù)限制，從一個(gè)側(cè)面反映了目前大量在軌遙感衛(wèi)星系統(tǒng)的運(yùn)行，即將達(dá)到兼容共用的極限，需要采取必要的措施才能使各系統(tǒng)用頻兼容。

圖4 集總干擾信號(hào)功率譜密度仿真結(jié)果

3.3 116顆衛(wèi)星集總干擾仿真

以上述集總分析場(chǎng)景為基礎(chǔ)模型，即GC-10為被干擾系統(tǒng)，與其他114顆衛(wèi)星同時(shí)在軌受到集總干擾為基礎(chǔ)參考形勢(shì)，假設(shè)新增1顆技術(shù)特性與GC-10完全相同的衛(wèi)星GC-new(衛(wèi)星軌道、地面接收站、天線和發(fā)射功率等鏈路參數(shù)完全一致)，模擬對(duì)被干擾系統(tǒng)的集總增量干擾最強(qiáng)的一種最壞場(chǎng)景,即116顆衛(wèi)星的場(chǎng)景。仿真結(jié)果如圖5所示，干擾情況嚴(yán)重惡化。但如果通過(guò)仿真選取優(yōu)化衛(wèi)星發(fā)射天線(點(diǎn)波束)、調(diào)整地面接收站位置、改變衛(wèi)星軌道參數(shù)等措施，即可大幅降低干擾情況，如圖6～8所示。

圖5 115顆對(duì)比116顆衛(wèi)星集總干擾

圖6 優(yōu)化天線對(duì)比

圖7 調(diào)整地面接收站位置對(duì)比

圖8 調(diào)整軌道對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前我國(guó)遙感衛(wèi)星大量部署在軌運(yùn)行，后續(xù)還有多個(gè)規(guī)劃系統(tǒng)將投入使用，兼容性環(huán)境日益復(fù)雜，多星、近軌、同頻的共用形勢(shì)不容忽視。使用本文方法針對(duì)我國(guó)在軌遙感衛(wèi)星X頻段數(shù)傳兼容性進(jìn)行仿真可以看到，衛(wèi)星系統(tǒng)具體技術(shù)與操作特性不同，得到的干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)差距很大，需要分別計(jì)算，而不是采用固定標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，多系統(tǒng)集總干擾對(duì)單顆衛(wèi)星的干擾影響，比單個(gè)系統(tǒng)間的干擾計(jì)算結(jié)果明顯惡化，這更能客觀地反映實(shí)際頻率使用環(huán)境。本文方法可作為開發(fā)相應(yīng)軟件工具的基礎(chǔ)，以便于政府部門科學(xué)決策，衛(wèi)星系統(tǒng)合理規(guī)劃，運(yùn)營(yíng)單位有效統(tǒng)籌，規(guī)避我國(guó)遙感衛(wèi)星工程建設(shè)和在軌使用風(fēng)險(xiǎn)，提升無(wú)線電頻率使用效率。

遙感衛(wèi)星數(shù)傳頻段兼容性評(píng)估方法的落實(shí)，還需要基于技術(shù)與管理多方面的條件聯(lián)動(dòng)實(shí)施，例如，建立完備的在軌衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)與鏈路參數(shù)管理系統(tǒng)，明確落實(shí)衛(wèi)星操作單位、衛(wèi)星工程研制單位、各級(jí)管理部門相關(guān)的責(zé)任分工。開展系統(tǒng)兼容共用研究和兼容性評(píng)估，需要在ITU相關(guān)研究基礎(chǔ)上，從原理上掌握其兼容性評(píng)估方法，而在具體標(biāo)準(zhǔn)的制定和方法的實(shí)施上，則應(yīng)結(jié)合我國(guó)當(dāng)前遙感衛(wèi)星X頻段數(shù)傳使用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)技術(shù)與操作特性，建立適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和方法，有的放矢地開展系統(tǒng)規(guī)劃論證和頻率協(xié)調(diào)，確保系統(tǒng)在軌兼容工作。