卫星覆盖及卫星扰动预警方法、系统、设备和存储介质与流程

本发明涉及卫星移动通信领域，具体涉及一种卫星覆盖及卫星扰动预警方法、系统、设备和存储介质。

背景技术：

1、卫星围绕地球运行，它的运动轨迹叫卫星轨道。不论什么用途的卫星，都有一个共同点，就是它们的轨道位置都在通过地球重心的一个平面内，卫星运动所在的轨道面叫轨道平面。如果卫星的轨道平面在赤道平面内，则称此轨道为赤道轨道；如果轨道平面与赤道平面有一定的夹角，则称之为倾斜轨道，这个夹角叫轨道倾角；轨道平面通过地球两极的轨道被称为极轨道。卫星环绕地球运转一周，所需的时间是卫星运行周期，静止卫星的运行周期为23h56min4.09s。一个卫星移动通信系统究竟采用哪种卫星轨道，取决于系统的覆盖区域、服务业务、管理方式和投资强度等因素，它是在系统可行性研究与论证阶段要解决的问题。

2、引起人造地球卫星扰动的原因有以下几个方面：

3、太阳、月亮引力的影响。对于低高度卫星，地球引力的影响占绝对优势，太阳、月亮引力的影响可忽略。对于较高高度的卫星，地球引力虽仍是主要的影响因素，但太阳、月亮的引力也有一定的影响。以静止卫星为例，太阳和月亮对卫星的引力分别为地球引力的137和1/6800。这些引力使卫星的轨道位置矢径每天都发生微小摆动，还使轨道倾角发生积累性的变化，其平均偏离速率约为0.55年，如果不进行校正，那么在26.6年内，轨道倾角偏移角度将从0°变为14.63°，然后经同样时间又减少到0°。从地球上看，这种扰动会使静止卫星在南北方向上缓慢地“漂移”。

4、由于地球不是理想的标准球体，而是略呈椭球状(赤道部分有些鼓胀)，且地球表面起伏不平，所以地球四周等高度处的引力不是常数，即使在静止轨道上，地心引力仍有微小的起伏。显然，地心引力的不均匀性将使卫星的瞬时速度偏离理论值，从而在轨道平面内产生扰动，对静止卫星而言，瞬时速度的起伏将使它在东西方向上缓慢“漂移”。

5、地球引力场不均匀的影响。超高度卫星处于高度真空的环境中，因此大气层阻力对其的影响可被忽略。但是大气阻力可能对低高度卫星有一定的影响，它将使卫星的机械性能受到损耗，从而使轨道日渐缩小。例如椭圆轨道卫星受大气的阻力影响，其近地点高度和远地点高度都将逐渐减小。

6、地球大气层阻力的影响。对于一般卫星来说，太阳辐射压力的影响均不予考虑，但对于表面积较大(例如带有大面积的太阳能电池帆板)且定点精度要求高的静止卫星来说，就必须考虑由太阳辐射压力引起的静止卫星在东西方向上的位置漂移。

7、太阳辐射压力的影响。扰动对静止卫星定点位置的保持非常不利，为此，在静止卫星通信系统中必须采取位置保持技术以克服扰动的影响，使卫星位置的、差始终保持在允许的范围内。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种卫星覆盖及卫星扰动预警方法、系统、设备和存储介质。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种空中基站卫星覆盖及卫星扰动预警方法，包括以下步骤：

4、根据开普勒三定律对卫星分类，采集各类型卫星的日志数据并分析获得卫星覆盖范围，对各类型卫星的覆盖范围进行排序；

5、根据卫星的覆盖范围排序，依次遍历各类型卫星，测量所有类型的卫星的信号增益达到3db的概率，调整概率不高于阈值的卫星的轨道层级，概率高于阈值的卫星的轨道层级保持不变，使得所有卫星的信号增益达到3db的概率均高于阈值或者移动的层级数已达到限定值，并得到新的各类型卫星的覆盖范围排序，卫星的覆盖范围排序与卫星轨道高度排序一致；

6、根据卫星轨道高度排序得到理想条件下各类型卫星的正常运动轨道，通过空中基站发射太赫兹探测信号，领航卫星接收所述太赫兹探测信号后计算接收功率与发射功率的差值功率，计算接收功率与发射功率的差值功率时考虑天气情况引起的衰减，根据差值功率判断各类型卫星实际运动轨道偏离正常运动轨道的概率，若所述实际运动轨道偏离正常运动轨道的概率高于阈值，则触发告警。

7、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

8、进一步地，所述得到新的各类型卫星的覆盖范围排序，具体过程为：

9、根据卫星的覆盖范围排序，从最远覆盖范围的卫星开始，依次遍历各类型卫星，对各类型卫星依次进行如下处理：

10、对于排序在第n位的卫星，1≤n≤n，n表示类型总数，首先进行信号增强，并利用无线信号增强预测模型预测该类型卫星的信号增益达到3db的概率；若所述信号增益达到3db的概率高于阈值，则该类型卫星的覆盖范围正确且保持轨道位置不变，否则，将该类型卫星向下移动一层轨道，并在新的轨道层级中重复上述处理，直至该类型卫星的信号增益达到3db的概率高于阈值或者移动的层级数已达到限定值；

11、完成1～n所有类型卫星的处理，得到正确的各类型卫星的覆盖范围排序。

12、进一步地，所述无线信号增强预测模型基于马尔可夫链建立，预测卫星的信号增益的公式为：

13、x(k+1)＝x(k)×p

14、式中，x(k)表示预测对象在k时刻的状态向量，p表示一步转移概率矩阵，x(k+1)表示预测对象在k+1时刻的状态向量。

15、进一步地，所述天气情况为雨水气候，所述太赫兹探测信号的衰减率用下式计算：

16、yr＝kra

17、式中，γr为降雨导致的太赫兹探测信号的衰减率，k为水平极化的参数，a为垂直极化的参数，r为降水量。

18、进一步地，所述天气情况为云雾气候，所述太赫兹探测信号的衰减率用下式计算：

19、

20、式中，γc&f表示云雾气候导致的太赫兹探测信号的衰减率，单位为db/km，f为工作频率，vm为能见度。

21、进一步地，所述天气情况为降雪气候，所述太赫兹探测信号的衰减率用下式计算：

22、γs＝7.47×10-5f×i(1+5.77×10-5f3i0.6)

23、式中，γs表示降雪气候导致的太赫兹探测信号的衰减率，f为工作频率，i为降雪强度。

24、进一步地，所述天气情况为沙尘气候，根据频率的变化求得太赫兹探测信号的衰减率。

25、本发明还提出一种空中基站卫星覆盖及卫星扰动预警系统，包括：

26、分类排序模块，用于根据开普勒三定律对卫星分类，采集各类型卫星的日志数据并分析获得卫星覆盖范围，对各类型卫星的覆盖范围进行排序；

27、迭代计算模块，用于根据卫星的覆盖范围排序，依次遍历各类型卫星，测量所有类型的卫星的信号增益达到3db的概率，调整概率不高于阈值的卫星的轨道层级，概率高于阈值的卫星的轨道层级保持不变，使得所有卫星的信号增益达到3db的概率均高于阈值或者移动的层级数已达到限定值，并得到新的各类型卫星的覆盖范围排序，卫星的覆盖范围排序与卫星轨道高度排序一致；具体为：

28、根据卫星的覆盖范围排序，从最远覆盖范围的卫星开始，依次遍历各类型卫星，对各类型卫星依次进行如下处理：

29、对于排序在第n位的卫星，1≤n≤n，n表示类型总数，首先进行信号增强，并利用无线信号增强预测模型预测该类型卫星的信号增益达到3db的概率；若所述信号增益达到3db的概率高于阈值，则该类型卫星的覆盖范围正确且保持轨道位置不变，否则，将该类型卫星向下移动一层轨道，并在新的轨道层级中重复上述处理，直至该类型卫星的信号增益达到3db的概率高于阈值或者移动的层级数已达到限定值；

30、完成1～n所有类型卫星的处理，得到正确的各类型卫星的覆盖范围排序；

31、告警触发模块，用于根据卫星轨道高度排序得到理想条件下各类型卫星的正常运动轨道，通过空中基站发射太赫兹探测信号，领航卫星接收所述太赫兹探测信号后计算接收功率与发射功率的差值功率，计算接收功率与发射功率的差值功率时考虑天气情况引起的衰减，根据差值功率判断各类型卫星实际运动轨道偏离正常运动轨道的概率，若所述实际运动轨道偏离正常运动轨道的概率高于阈值，则触发告警。

32、本发明还提出一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如上所述的空中基站卫星覆盖及卫星扰动预警方法。

33、本发明还提出一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序使计算机执行如上所述的空中基站卫星覆盖及卫星扰动预警方法。

34、本发明的有益效果是：

35、本发明依据开普勒三定律对卫星轨道的分类进行精细化优化。通过空中基站发射太赫兹探测信号，领航卫星接收后计算差值功率。从而预测卫星扰动的概率。创新性的针对太赫兹等无线电波被自然环境吸收的不同自然场景分别进行了对应阈值的设置，从而使得干扰触发更加精准。而这种阈值的触发随着太赫兹在6g中的广泛应用，使得现有的卫星扰动原因层面的数据分析后告警触发更加科学高效。