一种静止轨道卫星网络轨位自动化选取方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别是一种静止轨道卫星网络轨位自动化选取方法。

背景技术

随着无线通信技术的突飞猛进，推动了物联网、智慧交通、大数据等多种行业的快速发展，而这种多样化的业务使人们对通信服务质量有了越来越高的需求，例如通信的稳定性和范围等。然而，传统的通信技术受到地理条件和核心技术的约束很难实现质的飞跃，相比之下，卫星通信凭借着不可比拟的优势开始受到越来越多的关注。一方面，理论上一颗静止轨道卫星可以覆盖40％的地球表明，三颗即可实现地球的全面覆盖，传输范围较广；另一方面，卫星通信基本不会因山川河流、建筑物遮挡等产生严重的信道衰落，传输质量较好。

卫星通信经过在十九世纪六十年代首次试用后，在七八十年代逐渐壮大，到如今卫星通信已经发展的较为成熟，其中空间频率轨道资源是卫星系统运行不可或缺的重要资源，由于其具有有限性和独占性，因此国际上对频率轨道资源的争夺非常激烈。此外，一方面频率轨道资源先登先占，另一方面申报一份资料价格昂贵，所以快速的选取最合适的轨道资源是推动卫星业务发展的重要保障。

现有的轨道资源选取完全依靠人工，由申报频率资源的专家根据多年的申报经验，结合ITU(International Telecommunication Union，国际电信联盟)出版的轨道申报情况来选取，但是该方法过于依赖人工，必须由专门人才操作，难以实现大规模轨位的申报。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静止卫星网络的轨位选取方法，从而快速选取满足覆盖范围和频率的最优轨位。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种静止轨道卫星网络轨位自动化选取方法，包括以下步骤：

步骤1、建立频段信息表；

步骤2、根据所选择的卫星发展中大国，建立国家弧段表；

步骤3、确定卫星覆盖国家，得到目标弧段，在目标弧段内建立在轨卫星信息表；

步骤4、通过网站资料查找，建立国际传统运营商轨位表；

步骤5、在目标弧段上依次删除不满足条件的轨位；

步骤6、建立候选轨位表，确定每个候选轨位需要评估的范围，并在评估范围内筛选需要协调的轨位，记录需要协调的最近轨位间隔；

步骤7、在候选轨位表中，根据需求个数选取轨位。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)可以筛选出符合适合申报的最优轨位，方法运行时间短并且运行结果准确，不会产生遗漏问题；(2)操作简单、方便快捷，只需确定卫星覆盖国家和申报频段就可以进行筛选，大大降低了该工作对人才的依赖性，具有较强的工程可实现性。

附图说明

图1是本发明一种静止轨道卫星网络轨位自动化选取方法。

具体实施方式

结合图1，本发明一种静止轨道卫星网络轨位自动化选取方法，包括以下步骤：

步骤1、建立频段信息表；

步骤2、根据所选择的卫星发展中大国，建立国家弧段表；

步骤3、确定卫星覆盖国家，得到目标弧段，在目标弧段内建立在轨卫星信息表；

步骤4、通过网站资料查找，建立国际传统运营商轨位表；

步骤5、在目标弧段上依次删除不满足条件的轨位；

步骤6、建立候选轨位表，确定每个候选轨位需要评估的范围，并在评估范围内筛选需要协调的轨位，记录需要协调的最近轨位间隔；

步骤7、在候选轨位表中，根据需求个数选取轨位。

进一步地，步骤1所述建立频段信息表，具体如下：

根据数据调查和对历史轨位协调范围的分析，依据无线电频段的划分建立频段信息表，如表1所示：

表1频段信息表

表中字段依次包括序号id、频段frequency、频率最低值freq_from、频率最高值freq_to、风险间隔risk_interval_deg、周边弧段评估范围around_eval，其中freq_from和freq_to的单位均为MHz，risk_interval_deg和around_eval的单位均为度。

进一步地，步骤2所述根据所选择的卫星发展中大国，建立国家弧段表，具体如下：

选择包括中国CHN、日本J、韩国KOR、俄罗斯RUS、美国USA、英国G、阿拉伯UAE、法国F、马来西亚MLA、澳大利亚AUS的卫星发展中大国，建立国家弧段表，如表2所示：

表2国家弧段表

表中字段依次包括国家admin、最左侧经度Left_long、最左侧经度的纬度Left_lati、最右侧经度Right_long、最右侧经度的纬度Right_lati、卫星完全覆盖该国家范围时的最左侧轨位经度arc_from、卫星完全覆盖该国家范围时的最右侧轨位经度arc_to；

国家的最左、最右侧经度值通过地图查找确定，卫星覆盖国家时的最左、最右侧经度值通过计算获得，地球站天线俯仰角、地球站经度和卫星经度之间的计算关系如下：

其中，E表示地球站天线的俯仰角，α表示卫星与地球站的经度值差，B

设置地球站天线的俯仰角E为10°，r/R＝0.1511；将每个国家的纬度值代入上式得到α，arc_from＝Left_long+α，arc_to＝Right_long－α。

进一步地，步骤3所述确定卫星覆盖国家，得到目标弧段，在目标弧段内建立在轨卫星信息表，具体如下：

根据卫星需求，在国家弧段表内选择覆盖国家，得到目标弧段，即arc_from～arc_to，arc_from表示卫星完全覆盖该国家范围时的最左侧轨位经度、arc_to表示卫星完全覆盖该国家范围时的最右侧轨位经度；在目标弧段上建立在轨卫星信息表，在轨卫星信息表的构建过程如下：

(1)查找ITU的N资料中已登记且与预申报频段相同的轨位

N资料是指卫星使用主管部分向ITU提供的卫星网络简要实际使用的通知登记信息；查找N资料登记到总表的轨位，过程如下：查找ITU提供的srs数据库geo表的轨位经度long_nom字段，当arc_from≤long_nom≤arc_to时，记录此时对应的ntc_id，将ntc_id代入notice表中查找该ntc_id对应的ntf_rsn值是否为N，N表示该轨位已经登记过N资料；其中，srs数据库是频轨资源数据库，geo是对地静止空间电台表，long_nom表示空间电台的经度，notice是通知的通用资料表，ntc_id表示notice的唯一标识符，ntf_rsn表示提交通知的依据；

判断轨位频段是否与预申报频段相同：当轨位登记过N资料时，将ntc_id代入到s_beam表中查找该ntc_id对应所有的beam_name，每个beam_name分别对应freq_min和freq_max，将[freq_min，freq_max]代入表1，获得该beam_name对应的frequency，判断与预申报频段是否相同；其中，s_beam是卫星天线波束表，beam_name是卫星天线波束标识，freq_min是波束的最低频率，freq_max是波束的最高频率，frequency是频段；

(2)查找已激活N资料但未登记到ITU总表且与预申报频段相同的轨位

查找激活N资料但未登记到ITU总表轨位的过程如下：查找ITU提供的srs数据库geo表的轨位经度long_nom字段，当arc_from≤long_nom≤arc_to时，记录此时对应的ntc_id，将ntc_id代入notice表中查找该ntc_id对应的ntf_rsn值是否为C，C表示已具有卫星网络协调资料，当为C时将此时的ntc_id代入com_el表，记录com_el的adm字段和sat_name字段并代入ITU网站中的biu表中，查找具有相同adm和sat_name下的status字段是否为C，当status为C时表示该轨位N资料已激活但未登记到总表；其中，com_el是公共内容表，adm是主管部门的国家符号，sat_name是空间电台的名称，biu是通知资料的指配表，status是通知资料的状态；

判断轨位频段是否与预申报频段相同：当轨位N资料已激活时，将ntc_id代入到s_beam表中查找该ntc_id对应所有的beam_name，每个beam_name分别对应freq_min和freq_max，将[freq_min，freq_max]代入表1，获得该beam_name对应的frequency，判断与预申报频段是否相同；

(3)将以上查找到的N资料中已登记且与预申报频段相同的轨位、已激活N资料但未登记到ITU总表且与预申报频段相同的轨位，存储到在轨卫星信息表中，在轨卫星信息表的内容包括notice的唯一标识符ntc_id、主管部门的国家符号adm、轨位orbit、空间电台的名称sat_name。

进一步地，步骤4所述通过网站资料查找，建立国际传统运营商轨位表，具体如下：

通过在国际传统运营商网站查找，建立国际传统运营商轨位表，针对每个运营商分别取一颗卫星，如表3所示，其中第1至6列均通过在国际传统运营商网站上调查获取，第7列填写规则如下：

依次获取每一行的frequency，当frequency值包括预申报频段时，在表1中获取该频段对应的风险间隔risk_interval_deg并记录到国际传统运营商轨位表的第7列，设预申报频段为Ka，结果如表3：

表3国际传统运营商轨位表

表中字段依次包括运营商operator、卫星网络名称sat_name、状态status、寿命lifetime、频段frequency、轨位orbit、风险间隔risk_interval_deg，运营商operator一列均为国际上传统的运营商名称。

进一步地，步骤5所述在目标弧段上依次删除不满足条件的轨位，具体如下：

在步骤3确定的目标弧段上，依次排除满足以下三个条件之一的轨位：

条件1：该轨位处于在轨卫星表的[orbit-risk_interval_deg，orbit+risk_interval_deg]范围内，其中risk_interval_deg值通过在表1中查询预申报频段对应的risk_interval_deg获得；其中orbit表示轨位，risk_interval_deg表示风险间隔，orbit±risk_interval_deg表示风险弧段；

条件2：该轨位与国际传统运营商轨位表中的orbit相等，且该orbit具有协调资料；判断是否具有协调资料的方法如下：将该轨位与srs数据库中geo表的long_nom字段匹配，获取对应的ntc_id，之后将ntc_id与srs数据库中come_el表匹配，获取对应的ntf_rsn，当ntf_rsn为C时，表示该轨位具有协调资料；其中，ntc_id表示通知表的唯一标识符，com_el是公共内容表，ntf_rsn表示提交通知的依据；

条件3：对于国际传统运营商轨位表中任意一条risk_interval_deg字段不为空且该轨位具有协调资料的记录，该轨位位于[orbit-risk_interval_deg+1，orbit+risk_interval_deg-1]范围内；判断轨位是否具有协调资料的方法与条件2中相同。

进一步地，步骤6所述建立候选轨位表，确定每个候选轨位需要评估的范围，并在评估范围内筛选需要协调的轨位，记录需要协调的最近轨位间隔，具体如下：

建立候选轨位表，存储经过步骤5筛除操作后的所有剩余轨位，以0.02度为步进值；对于每个候选轨位，根据预申报频段，查找表1的around_eval字段，确定下一步要评估的范围，即[轨位-around_eval，轨位+around_eval]；

在srs数据库中geo表long_nom字段内进行筛选，当long_nom值在候选轨位表中一个候选轨位x的评估范围内且与在轨卫星表内所有的orbit均不相同时，记录该条记录的ntc_id，代入com_el表，查找对应的ntf_rsn，当ntf_rsn为C时，将该long_nom记录在轨位x的coord_set字段中，并将|long_nom-x|存储在候选轨位间隔coord_set_inter字段；由于一个候选轨位的评估范围内可能存在多个轨位，所以coord_set和coord_set_inter字段的类型均为数组；之后记录每一行中coord_set_inter数组内的最小值到字段inter_min；将候选轨位表按照inter_min的值从大到小排列，当存在值相等的情况时，按照轨位申报时间由新申报到老申报的时间倒序排列；申报的时间通过与srs数据库中geo表的long_nom匹配获取对应ntc_id，代入到grp表中查找对应d_prot_eff的值确定；

其中，long_nom表示经度，orbit表示轨位，ntc_id表示通知表的唯一标识符，com_el是公共内容表，ntf_rsn表示提交通知的依据，coord_set表示待协调轨位集合，coord_set_inter表示候选轨位间隔，inter_min表示最小轨位间隔，d_prot_eff表示指配列表的日期。

进一步地，步骤7所述在候选轨位表中，根据需求个数选取轨位，具体如下：

在候选轨位表中，根据需求个数选取inter_min值最大的几个轨位。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

如图1所示，为本方法的总体运行框架，包括以下步骤：

步骤1、根据数据调查和对历史轨位协调范围的分析，依据无线电频段的划分建立频段信息表，如上述表1所示。字段依次包括id(序号)、frequency(频段)、freq_from(频率最低值)、freq_to(频率最高值)、risk_interval_deg(风险间隔)、around_eval(周边弧段评估范围)，其中freq_from和freq_to的单位均为MHz，risk_interval_deg和around_eval的单位均为度；

步骤2、以卫星发展中的大国为主，建立国家弧段表，如上述表2所示。字段依次包括admin(国家)、Left_long(最左侧经度)、Left_lati(最左侧经度的纬度)、Right_long(最右侧经度)、Right_lati(最右侧经度的纬度)、arc_from(卫星完全覆盖该国家范围时的最左侧轨位经度)、arc_to(卫星完全覆盖该国家范围时的最右侧轨位经度)。其中，国家的左右侧经度值通过地图查找确定，卫星覆盖国家时的左右侧经度值通过计算获得。考虑到地球形状、垂线偏差和大气折射的影响，地球站天线俯仰角、地球站经度和卫星经度之间的计算关系如下：

其中，E表示地球站天线的俯仰角，α表示卫星与地球站的经度值差，B

步骤3、根据卫星需求，在国家弧段表内选择覆盖国家，得到目标弧段，即arc_from～arc_to。以卫星覆盖目标为CHN(中国)为例，得到的目标弧段为73.39～139.1。

在目标弧段上建立在轨卫星信息表，如上述表3所示，在轨卫星信息表的构建过程如下：

(1)查找N资料已登记且与预申报频段相同的轨位

查找N资料登记到总表的轨位过程：查找ITU(International TelecommunicationUnion，简称国际电信联盟)提供的srs数据库geo表的long_nom(轨位经度)字段，当arc_from≤long_nom≤arc_to时，记录此时对应的ntc_id，将ntc_id代入notice表中查找该ntc_id对应的ntf_rsn值是否为N，为N时表示该轨位登记过N资料。

判断轨位频段是否与预申报频段相同过程：当轨位登记过N资料时，将ntc_id代入到s_beam表中查找该ntc_id对应所有的beam，每个beam分别对应freq_min和freq_max，将[freq_min，freq_max]代入频段信息表，获得该beam对应的frequency，判断与预申报频段是否相同。

经过上述查找，符合条件的轨位有89个。

(2)查找已激活N资料但未登记到ITU总表且与预申报频段相同的轨位

查找激活N资料但未登记到ITU总表轨位过程：查找ITU提供的srs数据库geo表的long_nom(轨位经度)字段，当arc_from≤long_nom≤arc_to时，记录此时对应的ntc_id，将ntc_id代入notice表中查找该ntc_id对应的ntf_rsn值是否为C，当为C时将此时的ntc_id代入com_el表，记录com_el的adm字段和sat_name字段并代入ITU网站中的biu表中，查找具有相同adm和sat_name下的status字段是否为C，当status为C时表示该轨位N资料已激活但未登记到总表。

判断轨位频段是否与预申报频段相同过程：当轨位登记过N资料时，将ntc_id代入到s_beam表中查找该ntc_id对应所有的beam，每个beam分别对应freq_min和freq_max，将[freq_min，freq_max]代入频段信息表，获得该beam对应的frequency，判断与预申报频段是否相同。

以卫星覆盖目标为中国CHN且使用频段是Ka为例，建立在轨卫星信息表。首先在表2中获取目标弧段，为73.39～139.1。之后经过查找，该弧段内N资料已登记且与预申报频段相同的轨位共有89个，已激活N资料但未登记到ITU总表且与预申报频段相同的轨位共有47个。将以上查找到的136个轨位存储到在轨卫星信息表中，如表4所示，为在轨卫星信息表的部分内容。

表4在轨卫星信息表

步骤4、考虑到国际上传统运营商对卫星轨位利用率较高，并且使用频段更换性较大，所以在在轨卫星表的基础上，建立国际传统运营商轨位表，由于该表内容较多，针对每个运营商分别取一颗卫星为例，如上述表3所示。其中第1至6列均通过在传统运营商网站上调查获取，传统运营商网站包括INMARSAT的https://www.inmarsat.com/en/index.html网站、measat的https://www.measat.com等；第7列填写规则如下：

依次获取每一列的frequency，当其值包括预申报频段时，在频段信息表中获取该频段对应的risk_interval_deg并记录到国际传统运营商轨位表的第7列，以预申报频段为Ka为例，结果如表3。

步骤5、轨位筛选。在步骤2确定的目标弧段上，即73.39～139.1，依次排除满足以下三个条件之一的轨位。

条件1：该轨位处于在轨卫星表的[orbit-risk_interval_deg，orbit+risk_interval_deg]范围内，其中risk_interval_deg值通过在频段信息表查询预申报频段对应的risk_interval_deg获得；

条件2：该轨位与国际传统运营商轨位表中的orbit值相等，且该orbit值具有协调资料，判断是否具有协调资料的方法如下：

将该轨位与srs数据库中geo表的long_nom字段匹配，获取对应的额ntc_id，之后与srs数据库中come_el表匹配，获取对应的ntf_rsn，当ntf_rsn为C时，表示该轨位具有协调资料。

条件3：对于国际传统运营商轨位表中任意一条risk_interval_deg字段不为空且该轨位具有协调资料的记录，该轨位位于[orbit-risk_interval_deg+1，orbit+risk_interval_deg-1]范围内。判断轨位是否具有协调资料的方法与条件2中相同。

排除以上轨位后，得到12个可用轨位，依次为86.19、86.39、86.59、86.79、86.99、96.19、96.39、96.59、96.79、96.99、114.19、114.39。

步骤6、建立候选轨位表，存储经过步骤5筛除操作后的所有剩余轨位，以0.02度为步进值；对于每个候选轨位，根据预申报频段，查找表1的around_eval字段，确定下一步要评估的范围，即[轨位-around_eval，轨位+around_eval]；

在srs数据库中geo表long_nom字段内进行筛选，当long_nom值在候选轨位表中一个候选轨位x的评估范围内且与在轨卫星表内所有的orbit均不相同时，记录该条记录的ntc_id，代入com_el表，查找对应的ntf_rsn，当ntf_rsn为C时，将该long_nom记录在轨位x的coord_set字段中，，并将|long_nom-x|存储在coord_set_inter(候选轨位间隔)字段；由于一个候选轨位的评估范围内可能存在多个轨位，所以coord_set和coord_set_inter字段的类型均为数组；之后记录每一行中coord_set_inter数组内的最小值到字段inter_min。将候选轨位表按照inter_min的值从大到小排列，当存在值相等的情况时，按照轨位申报时间由新申报到老申报的时间倒序排列。申报的时间通过与srs数据库中geo表的long_nom匹配获取对应ntc_id，代入到grp表中查找对应d_prot_eff的值确定。其中，long_nom表示经度，orbit表示轨位，ntc_id表示通知表的唯一标识符，com_el是公共内容表，ntf_rsn表示提交通知的依据，coord_set表示待协调轨位集合，coord_set_inter表示候选轨位间隔，inter_min表示最小轨位间隔，d_prot_eff表示指配列表的日期。

经过以上操作，排序结果及部分信息如表5所示其中，cand_orb表示候选轨位，around_eval_set表示评估范围。

表5候选轨位表

步骤7、轨位选取。在候选轨位表中，根据需求个数，选取inter_min值最大的几个轨位。

综上所述，本发明可以筛选出符合适合申报的最优轨位，方法运行时间短并且运行结果准确，不会产生遗漏问题；同时，操作简单、方便快捷，只需确定卫星覆盖国家和申报频段就可以进行筛选，大大降低了该工作对人才的依赖性，具有较强的工程实现性。