STK 特定问题建模(五)频谱分析(第一部分)

发布时间:2024年01月10日


简介

本篇对卫星通信中的频谱利用率、潜在干扰对频谱的影响进行分析,以LEO卫星信号对GEO通信链路影响为例,分析星地链路频谱。

建模将从以下几个部分开展:
1、GEO星地通信收发机及天线设计
2、LEO卫星星座、发射机天线设计
3、星地链路仿真、频谱分析

本篇对应1、2部分内容。

一、GEO星地通信收发机设计

考虑地面一艘船舶与同步轨道卫星(GEO)间的通信,创建卫星发射机以及船舶接收机模型。

1.1 GEO卫星仿真

首先以STK默认轨道参数,插入一颗同步轨道卫星
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插入发射机Transmitter,并将其固连在GEO卫星下。由于GEO通信信号传输距离远、信号能量衰减大,因此卫星发射端需采用高增益、定向天线。本次仿真中天线类型设置为抛物面天线(parabolic antenna),发射信号通过抛物面天线反射后集中到天线焦点处。
打开发射机属性,首先将发射机类型选择为Complex Transmitter Model在这里插入图片描述
其次,在天线类型中(Antenna—Type),选中抛物面天线(parabolic antenna),设置Diameter为2 m。
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设置天线朝向,(这里预先根据星地连线进行设置)。Azimuth为244.0529°,Elevation为83.92558°。
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打开Modulator,对信号调制进行设置。选中功率谱密度Signal PSD,PSD选项允许STK通信模块基于调制、数据速率等对传输信号的实际频谱形状进行建模。Spectrum null 谱零点(主瓣和副瓣降为零)设置为3。由于数据速率默认为16 Mb/s,BPSK调制,可以看到设置后信号上边带宽为48MHz。
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发射机3D Graphics中选中Show Volume,在3D窗口中,右键卫星,选择Zoom to,可以查看创建完毕的发射机天线如下
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1.2 地面接收机仿真

创建一艘船舶,插入Ship对象,并对其位置进行设置。航迹选择根据时间设置(Specify Time)。海拔参考(Altitude Reference)选择地心地固WGS-84坐标系。插入两个航迹点,经纬度相同,但时间相差一天(相当于船舶原地停留一天)。纬度设置为33.65°,经度设置为-119.56°。
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插入接收机Receiver,将其固连在Ship上。船舶具有相控阵天线。编辑Receiver,类型选择为Complex Receiver Model,频点设置为14.5GHz。点击Antenna,设置天线类型为Phased Array,阵元X为9,Y为9:
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船舶接收机的相控阵天线需要指向GEO卫星,以接收信号。在Beam Direction Provider中,选中Beam Steering选项,而后在下方指向目标中选中GEO卫星,并将其移动至右边列表中。
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进一步,点击Filter选项,将带宽设置为96MHz。
为了在3D窗口中显示接收天线,在3D Graphics - Attributes中,选中Show Volume,设置最小显示天线增益Minimum Displayed Gain:为-10dB,设置天线显示方位角分辨率为1°
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在3D窗口中,可以看到船舶接收机天线指向GEO卫星
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完成星地收发机设计后,可以先对链路进行简单分析。点击Access计算可见性,双方目标为船舶接收机与GEO发射机。点击计算
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在Link Budget中,可以对Eb/No (dB)等指标进行查看
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二、LEO星座及天线设计

星地链路创建完后,创建潜在干扰源,即LEO卫星,后续查看LEO卫星对星地链路频谱的影响。

首先创建一颗LEO种子卫星,后续在其基础上创建Walker星座。以orbit wizard方式插入种子卫星,类型选择为太阳同步Sun Synchronous,其轨道参数采用默认配置。在该卫星下,插入发射机,将频点设置为14.51GHz(与星地通信链路频点接近,会产生干扰)。在调制栏中,选中Signal PSD并设置谱零点数为3。
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基于创建的种子卫星,创建Walker星座。右键LEO卫星,Satellite—Walker,创建均匀分布的卫星星座。轨道平面数设置为2,每个轨道平面卫星数目设置为10。星座创建完成后,将种子卫星删除掉。
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可以看出,创建的每颗LEO卫星下,都包含与种子卫星同样参数的发射机模型。

由此完成环境搭建。在后一篇中,对星地链路频谱进行分析,并分析LEO信号对GEO通信链路的影响。

未完待续

更多仿真内容,可以关注公众号“STK建模”查看
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文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_42695504/article/details/135499337
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