技术摘要：
本发明涉及一种基于空频混合多址方式的卫星互联网系统设计方法。所述方法包括：根据空间粒子辐射带高度和预先设置的系统性能要求，确定卫星的轨道高度参数；根据卫星轨道高度参数和单颗卫星天线覆盖张角设计覆盖全球的星座；根据单颗卫星天线覆盖张角设置子波束数量参  全部
背景技术：
天基互联网是指利用位于地球上空的各类空基平台提供给地面和空中终端宽带 互联网服务的新型网络，其中空基平台的主要类型包括卫星、高空气球、高空无人机等。在 各类空基平台中，宽带卫星通信网络具有容量大、不受地域限制、受地形影响小、覆盖范围 广、具备信息广播优势等特点，并且不易受自然灾害影响，因此是理想的空基互联网平台。 利用宽带卫星通信网络，可向边远散、海上、空中等的用户提供持续稳定的高速网络接入能 力。 现有的卫星互联网系统按其卫星轨道高度可分为四大类，即高、中、低轨卫星互联 网系统，以及混合轨道卫星互联网系统。其中低轨卫星互联网系统因其系统通信容量大、网 络时延小、多星组网可实现全球无缝覆盖、能保证复杂地形区域的持续通信等优点，成为了 近年来卫星互联网领域的发展热点。 但是，低轨卫星互联网系统的卫星轨道低、单星覆盖范围较小，实现全球无缝覆盖 往往需要成百上千颗卫星组成庞大的星座。另一方面，低轨卫星互联网系统占用的频率必 须符合国际和全球各国的频率管理规定，且为保证星地链路电平余量，星上载荷需采用多 波束天线，各相邻波束之间频率不能重合。因此在卫星频率资源日益紧张的情况下，在确保 系统中相邻波束之间频率不重合的前提下减少整个系统占用的频率资源是低轨卫星互联 网系统设计中面临的重要问题。
技术实现要素：
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种通用的卫星互联网系统设计方法，能 在确保系统全球覆盖能力的前提下，减少系统占用的频率资源。 一种基于空频混合多址方式的卫星互联网系统设计方法，包括以下步骤： 根据空间粒子辐射带高度和预先设置的系统性能要求，确定卫星的轨道高度参 数。其中，性能要求包括对地覆盖能力、星地通讯链路延迟、卫星运载能力。 获取卫星的多波束天线覆盖张角α，根据所确定的卫星轨道高度参数和所获得的 卫星多波束天线的覆盖张角，得到系统中所有卫星覆盖全球所需的卫星轨道数量参数和卫 星数量参数。 设置卫星的多波束天线的子波束排列方式。根据设置的排列方式、获取到的卫星 多波束天线覆盖张角α，得到卫星多波束天线的子波束数量参数和子波束覆盖张角参数。 根据设置的子波束排列方式和子波束数量参数，在相邻子波束的收发频带参数不 相同且不交叠的条件下，得到系统的收发频带参数和频率复用次数参数。其中，收发频带参 数是指系统使用的收发频带的个数和各个收发频带的频率范围值。频率复用次数参数表示 一个卫星多波束天线占用的收发频带的频率范围值的个数。 4 CN 111585635 A 说　明　书 2/7 页 在其中一个实施例中还包括：设置子波束排列方式为蜂窝式排列方式。子波束的 蜂窝排列方式可以描述为：以一个指向地心的子波束为中心，围绕中心子波束排列的第n圈 的6n个所述子波束的中心偏离星地连线的倾斜角为n×β,方位角依次为[60°/n，120°/n， 180°/n，……，60°×i/n]，i＝1、2、3、……、6n。其中n＝1、2、3、……、N，N为根据多波束天线 覆盖张角α和所述子波束覆盖张角参数确定的一个整数值，β为第1圈子波束的倾斜角，β小 于所述子波束覆盖张角参数，且β×(2N 1)≥α。 在其中一个实施例中还包括：确定卫星轨道高度参数为高倾角轨道，包括倾角为 90°的极地轨道。采用高倾角轨道的优点包括使系统的光照条件稳定，在极地地区建立单个 地面站就可覆盖全部轨道，系统后期星座部署升级更加便利等。 在其中一个实施例中还包括：在保证系统全球覆盖且不发生通信干扰的情况下， 得到系统的收发频带的个数为8个以上。 在其中一个实施例中还包括：设置卫星互联网系统的运行策略，该运行策略可以 描述为：根据另一个实施例中的蜂窝式排列方式将子波束划分为M个子波束组，第1组子波 束为蜂窝式排列子波束的中心子波束，第m个子波束组为蜂窝式排列子波束的第n圈的子波 束。其中m＝2、3、……、M，且m＝n 1。根据相位差值将卫星轨道划分为P个区域。相位差值是 指卫星的当前位置和距离最近的轨道交点间的相位差，其范围为0°至90°。第1个区域为包 括了相位差值为0°的轨道区间，第P个区域为包括了相位差值为90°的轨道区间。当卫星运 行于第p个区域时，该卫星的多波束天线开启第1个至第m个子波束组，关闭剩余子波束，其 中p＝m。 在其中一个实施例中还包括：当获取卫星的多波束天线覆盖张角α为64°时，确定 所述卫星互联网系统的优化参数，包括所述轨道数量参数为17，卫星数量参数为578。 一种基于空频混合多址方式的卫星互联网系统设计装置，包括星座设计模块、单 颗卫星波束设计模块和多址方式设计模块。 其中，星座设计模块用于根据空间粒子辐射带高度和预先设置的对地覆盖能力、 星地通讯链路延迟、卫星运载能力等系统性能要求，确定卫星的轨道高度参数。还用于获取 卫星的多波束天线覆盖张角α，根据所确定的卫星轨道高度参数和所获得的卫星多波束天 线的覆盖张角，得到系统中所有卫星覆盖全球所需的卫星轨道数量参数和卫星数量参数。 单颗卫星波束设计模块用于设置卫星的多波束天线的子波束排列方式，根据设置 的排列方式和卫星的多波束天线覆盖张角α，得到多波束天线的子波束数量参数和子波束 覆盖张角参数； 多址方式设计模块用于根据子波束排列方式和子波束数量参数，在相邻子波束的 收发频带参数不相同且不交叠的条件下，得到系统的收发频带参数和频率复用次数参数。 其中，收发频带参数包括收发频带的个数和各个收发频带的频率范围值；频率复用次数参 数表示一个卫星多波束天线占用的收发频带的频率范围值的个数。 在其中一个实施例中，该装置的单颗卫星波束设计模块中还包括蜂窝排列方式设 计模块，用于将多波束天线的子波束设置为蜂窝排列方式。具体排列方式可以描述为：以一 个指向地心的子波束为中心，围绕中心子波束排列的第n圈的6n个所述子波束的中心偏离 星地连线的倾斜角为n×β,方位角依次为[60°/n，120°/n，180°/n，……，60°×i/n]，i＝1、 2、3、……、6n。其中n＝1、2、3、……、N，N为根据多波束天线覆盖张角α和所述子波束覆盖张 5 CN 111585635 A 说　明　书 3/7 页 角参数确定的一个整数值，β为第1圈子波束的倾斜角，β小于所述子波束覆盖张角参数，且β ×(2N 1)≥α。 在其中一个实施例中，该装置的星座设计模块设定的星座的轨道高度参数为高倾 角轨道，其中包括倾角为90°的极地轨道。 在其中一个实施例中，该装置还包括运行策略模块，用于设置所述卫星互联网系 统的运行策略。该运行策略可以描述为：根据另一个实施例中的蜂窝式排列方式将子波束 划分为M个子波束组，第1组子波束为蜂窝式排列子波束的中心子波束，第m个子波束组为蜂 窝式排列子波束的第n圈的子波束。其中m＝2、3、……、M，且m＝n 1。根据相位差值将卫星轨 道划分为P个区域。相位差值是指卫星的当前位置和距离最近的轨道交点间的相位差，其范 围为0°至90°。第1个区域为包括了相位差值为0°的轨道区间，第P个区域为包括了相位差值 为90°的轨道区间。当卫星运行于第p个区域时，该卫星的多波束天线开启第1个至第m个子 波束组，关闭剩余子波束，其中p＝m。 关于一种基于空频混合多址方式的卫星互联网系统设计装置的具体限定可以参 见上文中对于一种基于空频混合多址方式的卫星互联网系统设计方法的限定，在此不再赘 述。上述一种基于空频混合多址方式的卫星互联网系统设计装置中的各个模块可全部或部 分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备 中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执 行以上各个模块对应的操作。 上述基于空频混合多址方式的卫星互联网系统设计方法和装置考虑空间粒子辐 射带等运行环境因素的影响，根据所述系统对地覆盖能力、星地通讯链路、卫星运载能力与 搭载机会等性能要求，确定卫星轨道高度；根据轨道高度和卫星天线参数获得系统的卫星 轨道、卫星数量等参数，确保了系统的全球覆盖能力；根据子波束排列方式，利用空分多址 技术在不相邻的所述子波束上重复使用相同的频率，降低了系统占用的频率资源量，还能 够提高系统的通信容量。 附图说明 图1为本发明提供的一种基于空频混合多址方式的卫星互联网系统设计方法的步 骤流程图； 图2为一个实施例中单颗卫星多波束天线采用蜂窝覆盖方式的示意图； 图3为一个实施例中单颗卫星对地天线的采用19波束蜂窝式设计的示意图； 图4为一个实施例中系统对地覆盖情况示意图； 图5为一个实施例中的系统运行策略示意图； 图6为一个实施例中的系统频率复用方式示意图； 图7为一个实施例中优化设计的星座局部示意图； 图8为一个实施例中优化设计的星座整体示意图； 图9为一个实施例中单颗卫星的收发频带的个数和频率复用次数示意图； 图10为一个实施例中位于同一轨道的相邻卫星的子波束频带交错分布的示意图。 6 CN 111585635 A 说　明　书 4/7 页