基于matlab分析卫星星座对通信链路的干扰

一、前言

此示例说明如何分析从中地球轨道（MEO）中的卫星星座到位于太平洋的地面站的下行链路上的干扰。干扰星座由低地球轨道（LEO）的40颗卫星组成。此示例确定下行链路闭合的时间、载波噪声加干扰比以及链路裕量。

此示例需要卫星通信工具箱。如果您还有天线工具箱™，则可以使用此示例了解如何将天线工具箱导入卫星方案。如果您还有相控阵系统工具箱，则可以使用此示例了解如何将天线从相控阵系统工具箱™导入卫星场景，并使用波束成形来提高载波噪声干扰比（CNIR）。

二、创建卫星方案

创建附属方案。定义方案的开始时间和停止时间。将采样时间设置为 60 秒。

三、添加中地球轨道卫星

通过指定其开普勒轨道元素在 MEO 中添加卫星。该卫星是数据下行链路的卫星。

四、添加干扰卫星星座

从双线元素（TLE）文件添加干扰卫星星座。这些卫星放置在LEO中。

五、将发射器添加到 MEO 卫星

将发射器添加到 MEO 卫星。该发射器用于下行链路。定义天线规格并将工作载波频率设置为 3 GHz。

六、将发射器添加到LEO卫星

为LEO星座中的每颗卫星添加一个发射器，然后定义天线规格。这些发射器是干扰MEO卫星下行链路的发射器。将干扰卫星的工作载波频率设置为 2.99 GHz。该示例为每个干扰卫星分配一个随机功率，范围为 10 到 20 dBW。

七、添加地面站

通过指定地面站的纬度和经度将地面站添加到卫星方案中。

八、指定地面站天线类型

对于此示例，您可以选择以下天线之一：

高斯天线

来自天线工具箱的抛物面反射器

相控阵系统工具箱中的均匀矩形阵列

九、将接收器添加到地面站

将接收器添加到地面站。如果选择了高斯天线或抛物面反射器，请将接收器连接到万向节，万向节又连接到地面站。配置云台跟踪MEO卫星，使天线也跟踪MEO卫星。如果选择了“统一矩形阵列”，请将接收器直接连接到地面站。适当指定云台和接收器的安装位置和安装角度，以及天线规格。

十、创建干扰卫星星座和地面站之间的访问分析

在干扰星座中的每颗卫星和地面站之间添加访问分析。此分析可在稍后启动的卫星方案查看器中可视化干扰。每当星座中的卫星对地面站可见时，该可见卫星都会受到一定程度的干扰。

十一、设置卫星跟踪目标

设置卫星以跟踪地面站。这确保了每颗卫星上的发射天线跟踪地面站。设置干扰卫星发射器以跟踪地面站会导致下行链路受到最坏情况的干扰。

十二、计算均匀矩形数组的权重

如果选择“均匀矩形阵列”作为地面站天线，请计算将主瓣指向 MEO 卫星所需的权重，将零点指向干扰卫星所需的权重，从而消除干扰。使用分配计算的权重。

十三、创建所需的下行链路

创建从 MEO 卫星上的发射器到地面站上的接收器的下行链路。该链路是遇到LEO星座干扰的下行链路。

十四、创建干扰链接

在LEO星座中每颗卫星上的发射器和地面站上的接收器之间创建链接。这些链路是具有所需下行链路的干扰源链路。

十五、启动卫星方案查看器

启动卫星方案查看器，设置为 false。当该属性设置为时，将仅显示卫星、地面站、访问和链接。标签和轨道将被隐藏。将鼠标悬停在卫星和地面站上以显示其标签。单击MEO卫星，使其投影到场景的轨道和标签可见，而无需将鼠标悬停在上面。单击地面站，使其标签可见，而无需将鼠标悬停在上面。MEO卫星上的发射器和地面站上的接收器之间存在绿线，这意味着假设不存在来自卫星星座的干扰，下行链路可以成功关闭。星座中的给定卫星和地面站之间存在黄线表示它们可以相互访问，因此存在来自该卫星的干扰。

十六、可视化下行链路中涉及的天线的辐射方向图

可视化MEO卫星上的发射器天线和地面站上的接收器的辐射方向图。

MEO卫星天线辐射方向图

设置摄像机以查看地面站天线辐射方向图

高斯天线

抛物面反射器

十七、模拟场景并可视化

带高斯天线或抛物面反射器

如果选择了“高斯天线”或“抛物面反射器”（需要“天线工具箱”），请使用将方案可视化为。这将在播放可视化效果之前自动模拟方案。请注意，当万向节跟踪 MEO 卫星时，天线指向是如何变化的。

带高斯天线

具有均匀的矩形阵列

如果选择了“统一矩形阵列”（需要相控阵系统工具箱），则必须手动逐步完成仿真，以便可以根据MEO卫星和干扰LEO卫星的新位置重新计算每个时间步的权重。若要手动单步执行模拟，请先设置为 false。在此之后，您可以调用以将模拟移动一个时间步长。第一次调用将在处计算模拟状态。后续调用会将时间步长提前 1 并相应地计算状态。

十八、绘图下行闭合状态忽略干扰

确定来自 MEO 卫星的所需下行链路的关闭状态。该功能可忽略来自其他发射器的干扰。每当下行链路关闭时，状态为 true。否则，状态为 false。状态在图中分别由 1 和 0 表示。

十九、计算有干扰的下行链路闭路状态

通过首先计算地面站接收器输入端的MEO下行链路和干扰信号功率电平，计算具有干扰的下行链路闭合状态接收功率测量和损耗的位置如下面的地面站接收器图所示。

计算接收器输入端的总干扰信号功率。通过对干扰LEO卫星的各个功率水平求和（以瓦特为单位）来获得此数量。

按照以下步骤计算导致信号带宽干扰的总干扰信号功率量。

1）计算信号带宽与干扰源带宽的重叠部分。本示例将干扰卫星和 MEO 卫星的发射功率在各自 MEO 卫星和干扰卫星的整个带宽上视为恒定。

2）计算对信号带宽的干扰功率量。

该图显示了功率谱密度（PSD）图，该图显示了传输带宽和干扰带宽重叠时的实际干扰功率和建模的干扰功率。实际干扰功率是重叠带宽区域中干扰功率密度所占用的区域。然后，该实际干扰功率分布在整个传输带宽上，并假定为类似噪声。

此示例假设 MEO 卫星的传输（或信号）带宽为 30 MHz，干扰信号的带宽为 20 MHz。

通过将重叠带宽中干扰信号功率的贡献视为噪声来建模干扰。因此，将此量添加到地面站接收器输入端的热噪声中。请注意，干扰和噪声功率电平必须以瓦特为单位添加。

二十、绘制具有干扰的下行闭合状态

绘制考虑干扰的新下行链路闭合状态。将新链路状态与忽略干扰的先前情况进行比较。

选择高斯天线或抛物面反射器

图显示，晚上10点54分，由于干扰过大，下行链路无法关闭。这是因为LEO星座飞过头顶，其传输被其主瓣拾取。这也可以通过将查看器的当前时间设置为 10：54 PM 并单击天线主瓣附近的卫星来目视确认。请注意，您需要天线工具箱才能选择抛物面反射器。

高斯天线

选择具有干扰消除功能的均匀矩形阵列

如果选择了“统一矩形阵列”（需要相控阵系统工具箱），则图显示下行链路可以在场景持续时间内关闭，因为阵列指向干扰LEO卫星的方向为空。这也可以通过将查看器的当前时间设置为 10：54 PM 和 10：55 PM 来直观地确认。为了能够手动设置查看器，您必须更改为 true。请注意，这将清除模拟数据。此外，您还需要重新计算这些时间的权重，并使用将它们分配给数组。飞越地面站的卫星是.单击它以查看其名称和轨道。在按住鼠标左键或滚动按钮的同时拖动鼠标，使相机达到所需的位置和方向。旋转滚轮以控制相机变焦。此外，使辐射图不透明，以清楚地看到相对于瓣的位置。你可以看到，在这两个时候，都在叶之间。这是因为阵列将零指向卫星，从而抵消了来自它的干扰。

世界协调时晚上 10：54

您可以在时间设置为 10：55 PM 的情况下运行上述代码，并观察指向干扰卫星新位置的空点。

二十一、比较有干扰和无干扰的链路裕量

绘制有干扰和无干扰的链路裕量。

只要链路裕量大于或等于 0 dB，下行链路就会关闭。在没有干扰消除的情况下，使用高斯天线、抛物面反射器（需要天线工具箱）和均匀矩形阵列（需要相控阵系统工具箱），有时链路裕量会因干扰而降至 0 dB 以下。此时，下行链路已断开。

二十二、进一步探索

此示例演示如何分析卫星通信链路上的干扰。链路闭合时间是以下参数的函数：

卫星的轨道

地面站的位置

发射器和接收器的规格

发射器和接收器天线的规格

使用统一矩形数组时的权重

信号和干扰带宽

修改这些参数以观察它们对链路干扰级别的影响。您还可以从天线工具箱和相控阵系统工具箱中选择不同的天线，用于发射器和接收器，并观察链路性能。使用相控阵时，如果您只对使主瓣跟踪单个目标而不处理指向零点感兴趣，则可以使用自动跟踪其他卫星、地面站和地理位置，而无需通过设置为 false 进行手动仿真。使用动态控制相控阵时调用的限制是，您无法可视化其辐射图在仿真过程中的变化。