两个地面站之间的多跳卫星通信链路

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本例演示了如何在两个地面站之间建立多跳卫星通信链路。第一个地面站位于印度(地面站1)，第二个地面站位于澳大利亚(地面站2)。链路通过两颗卫星(卫星1和卫星2)路由。每颗卫星都充当再生中继器。再生中继器接收传入信号，然后解调、再调、放大并重传接收到的信号。确定一天中地面站1向地面站2发送数据的时间。

创建卫星场景

使用satelliteScenario创建一个卫星场景。使用datetime定义场景的开始时间和结束时间。设置采样时间为60秒。

startTime = datetime(2020,8,19,20,55,0);2020年8月19日晚上8:55 UTCstopTime = startTime +天数(1);2020年8月20日晚上8:55 UTCsampleTime = 60;%秒sc = satellite escenario (startTime,stopTime,sampleTime);

发射卫星场景查看器

使用satelliteScenarioViewer来启动卫星场景查看器。

satelliteScenarioViewer (sc);

添加卫星

使用卫星将卫星1和卫星2添加到场景中，指定它们对应于场景开始时间的开普勒轨道元素。

semmaijoraxis = 10000000;%米偏心距= 0;倾角= 0;%度rightAscensionOfAscendingNode = 0;%度argumentOfPeriapsis = 0;%度trueexception = 0;%度Sat1 =卫星(sc，.．.semiMajorAxis,.．.怪癖,.．.倾向,.．.rightAscensionOfAscendingNode,.．.argumentOfPeriapsis,.．.trueAnomaly,.．.“名称”，“卫星1号”，.．.“OrbitPropagator”，“two-body-keplerian”）;

semmaijoraxis = 10000000;%米偏心距= 0;倾角= 30;%度rightAscensionOfAscendingNode = 120;%度argumentOfPeriapsis = 0;%度trueAnomaly = 300;%度Sat2 =卫星(sc，.．.semiMajorAxis,.．.怪癖,.．.倾向,.．.rightAscensionOfAscendingNode,.．.argumentOfPeriapsis,.．.trueAnomaly,.．.“名称”，“卫星2”，.．.“OrbitPropagator”，“two-body-keplerian”）;

在卫星上添加框架

使用常平架在卫星上增加框架。每颗卫星由卫星两侧的两个框架组成。一个万向节固定接收天线，另一个万向节固定发射天线。安装位置以卫星体坐标系中的笛卡尔坐标指定，由 $（ {x_{}^{ˆ}}_{年代} ， {y_{}^{ˆ}}_{年代} ， {z_{}^{ˆ}}_{年代} ）$ ,在那里 ${x_{}^{ˆ}}_{年代}$ ， ${y_{}^{ˆ}}_{年代}$ 而且 ${z_{}^{ˆ}}_{年代}$ 分别是卫星的滚轴、俯仰轴和偏航轴。固定接收机的万向节的安装位置为 $- {y_{}^{ˆ}}_{年代} + 2 {z_{}^{ˆ}}_{年代}$ 米和万向节，持有发射机是 ${y_{}^{ˆ}}_{年代} + 2 {z_{}^{ˆ}}_{年代}$ 米，如下图所示。

gimbalSat1Tx = gimbal(sat1，.．.“MountingLocation”, (0, 1, 2));%米gimbalSat2Tx = gimbal(sat2，.．.“MountingLocation”, (0, 1, 2));%米gimbalSat1Rx = gimbal(sat1，.．.“MountingLocation”, (0, 1, 2));%米gimbalSat2Rx = gimbal(sat2，.．.“MountingLocation”, (0, 1, 2));%米

将接收器和发射机添加到框架中

每颗卫星由一台接收机和一台发射机组成一个再生中继器。使用接收机在框架上加一个接收器gimbalSat1Rx而且gimbalSat2Rx．接收天线相对于万向节的安装位置为 ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ 米，如上图所示。接收机增益与噪声温度比为3dB/K，所需Eb/No为4 dB。

sat1Rx =接收器(gimbalSat1Rx，.．.“MountingLocation”[0, 0, 1],.．.%米“GainToNoiseTemperatureRatio”3,.．.%分贝/开尔文“RequiredEbNo”4);%分贝sat2Rx =接收器(gimbalSat2Rx，.．.“MountingLocation”[0, 0, 1],.．.%米“GainToNoiseTemperatureRatio”3,.．.%分贝/开尔文“RequiredEbNo”4);%分贝

使用gaussianAntenna设置卫星接收天线碟形直径为0.5米。如下图所示，高斯天线的辐射模式在其视距处达到峰值，并在远离视距时基于高斯分布径向对称衰减。峰值增益是碟形直径和孔径效率的函数。

gaussianAntenna (sat1Rx.．.“DishDiameter”, 0.5);%米gaussianAntenna (sat2Rx.．.“DishDiameter”, 0.5);%米

使用发射机在万向节上加一个发射机gimbalSat1Tx而且gimbalSat2Tx．发射天线相对于万向节的安装位置为 ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ 米, $（ {x_{}^{ˆ}}_{G} ， {y_{}^{ˆ}}_{G} ， {z_{}^{ˆ}}_{G} ）$ 定义框架的主体框架。天线的镗孔对准 ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ ．两颗卫星的发射功率均为15 dBW。卫星1上的发射机用于交联，以30千兆赫的频率向卫星2发送数据。卫星2上的发射机以27千兆赫频率用于到地面站2的下行链路。

sat1Tx =发射器(gimbalSat1Tx，.．.“MountingLocation”[0, 0, 1],.．.%米“频率”, 30 e9,.．.%赫兹“权力”15);%分贝瓦sat2Tx =发射器(gimbalSat2Tx，.．.“MountingLocation”[0, 0, 1],.．.%米“频率”、27日e9.．.%赫兹“权力”15);%分贝瓦

像接收器一样，发射器也使用高斯天线。设置卫星发射天线碟形直径为0.5 m。

gaussianAntenna (sat1Tx.．.“DishDiameter”, 0.5);%米gaussianAntenna (sat2Tx.．.“DishDiameter”, 0.5);%米

增加地面站

使用groundStation增加印度(地面站1)和澳大利亚(地面站2)的地面站。

纬度= 12.9436963;%度经度= 77.6906568;%度gs1 =地面站.．.纬度,.．.经度,.．.“名称”，“地面站1”）;

纬度= -33.7974039;%度经度= 151.1768208;%度gs2 =地面站(sc，.．.纬度,.．.经度,.．.“名称”，“地面站2”）;

每个地面站增加万向节

使用常平架为地面站1和地面站2增加一个云台。地面站1的万向节装有发射机，地面站2的万向节装有接收机。万向节位于各自地面站上方5米，如下图所示。因此，它们的安装位置是 $- 5 {z_{}^{ˆ}}_{G 年代}$ 米, $（ {x_{}^{ˆ}}_{G 年代} ， {y_{}^{ˆ}}_{G 年代} ， {z_{}^{ˆ}}_{G 年代} ）$ 确定地面站的体轴。 ${x_{}^{ˆ}}_{G 年代}$ ， ${y_{}^{ˆ}}_{G 年代}$ 而且 ${z_{}^{ˆ}}_{G 年代}$ 总是分别指向北，东和下。因此, ${z_{}^{ˆ}}_{G 年代}$ 万向节的组成部分是-5米，因此它们被放置在地面站的上方而不是下方。此外，默认情况下，万向节的安装角度是这样的，他们的身体轴 $（ {x_{}^{ˆ}}_{G} ， {y_{}^{ˆ}}_{G} ， {z_{}^{ˆ}}_{G} ）$ 是否与父节点(在本例中为地面站)体轴对齐 $（ {x_{}^{ˆ}}_{G 年代} ， {y_{}^{ˆ}}_{G 年代} ， {z_{}^{ˆ}}_{G 年代} ）$ ．因此，当万向节不被操纵时，它们的 ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ 轴指向垂直向下，天线也使用默认的安装角度连接到它。因此，必须将安装俯仰角设置为180度，这样才能 ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ 当万向节不被操纵时，指向笔直。

gimbalGs1 = gimbal(gs1，.．.“MountingAngles”(0; 180; 0),.．.%度“MountingLocation”, (0, 0; 5));%米gimbalGs2 = gimbal(gs2，.．.“MountingAngles”(0; 180; 0),.．.%度“MountingLocation”, (0, 0; 5));%米

将发射机和接收机添加到地面站框架

使用发射机在地面站1的万向节上增加一个发射机。上行发射机以30 GHz频率和30 dBW功率向卫星1发送数据。发射机天线安装在 ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ 米相对于万向节。

gs1Tx =发射器(gimbalGs1，.．.“名称”，“地面站1发射机”，.．.“MountingLocation”[0, 0, 1],.．.%米“频率”, 30 e9,.．.%赫兹“权力”, 30);%分贝瓦

使用gaussianAntenna设置发射机天线的碟形直径为2米。

gaussianAntenna (gs1Tx.．.“DishDiameter”2);%米

使用接收机在地面站2的云台上增加接收器，以接收卫星2的下行数据。接收机增益与噪声温度比为3 dB/K，所需Eb/No为1 dB。接收天线安装位置为 ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ 米相对于万向节。

gs2Rx = receiver(gimbalGs2，.．.“名称”，“地面接收站2”，.．.“MountingLocation”[0, 0, 1],.．.%米“GainToNoiseTemperatureRatio”3,.．.%分贝/开尔文“RequiredEbNo”1);%分贝

使用gaussianAntenna设置接收天线的碟形直径为2m。

gaussianAntenna (gs2Rx.．.“DishDiameter”2);%米

为框架设置跟踪目标

为了获得最佳的链路质量，天线必须连续指向各自的目标。这些框架可以独立于它们的父级(卫星或地面站)，并配置为跟踪其他卫星和地面站。使用pointAt设置万向节的跟踪目标，使:

地面站1的发射机天线指向卫星1
卫星1上的接收天线指向地面站1
卫星1上的发射机天线指向卫星2
卫星2上的接收天线指向卫星1
卫星2上的发射机天线指向地面站2
地面站2的接收天线指向卫星2

pointAt (sat1 gimbalGs1);pointAt (gimbalSat1Rx gs1);pointAt (sat2 gimbalSat1Tx);pointAt (sat1 gimbalSat2Rx);pointAt (gimbalSat2Tx gs2);pointAt (sat2 gimbalGs2);

当一个万向节的目标被设置，它 ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ Axis将跟踪目标。既然天线开着 ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ 它的视距与 ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ ，天线也会跟踪所需的目标。

添加链路分析和可视化场景

使用链接向地面站1的发射机添加链路分析。链路是再生中继器类型，起源于gs1Tx结束于gs2Rx，被路由到sat1Rx，sat1Tx，sat2Rx而且sat2Tx．

lnk = link(gs1Tx,sat1Rx,sat1Tx,sat2Rx,sat2Tx,gs2Rx);

卫星场景查看器自动更新以显示整个场景。使用查看器来视觉确认场景已经正确设置。绿线表示链接，并确认链接已关闭。

确定时间，当链接关闭和可视化链接关闭

使用linkIntervals方法确定链接关闭的时间。的linkIntervals方法输出链路闭合的启动和停止时间表，表示地面站1向地面站2发送数据的时间间隔。源和目标是链接中的第一个和最后一个节点。如果源或目标中的一个在卫星上，StartOrbit和EndOrbit将从场景开始时间开始提供直接或通过框架连接的源或目标卫星的轨道计数。如果Source和Target都连接到一个卫星，StartOrbit和EndOrbit提供Source所连接的卫星的轨道计数。由于源和目标都连接到地面站，StartOrbit和EndOrbit是NaN。

linkIntervals (lnk)

ans =6×8表源目标IntervalNumber开始时间EndTime时间StartOrbit EndOrbit  ______________________________ ___________________________ ______________ ____________________ ____________________ ________ __________ ________ " 地面站1发射机”“地面站2接收机“1 8月19 - - 2020 20:55:00 19 - 1500年8月- 2020年21:20:00南南”地面站1发射机”“地面站2接收机“2 19日- 8月- 2020 23:38:00 20 - 2580年8月- 2020年00:21:00南南”地面站1发射机”“地面站2接收机“3 2020年8月20日09:34:00 -2020年8月20日09:50:00 960 NaN NaN“地面站1发射机”“地面站2接收机”4 2020年8月20日12:26:00 -2020年8月20日12:58:00 1920 NaN NaN“地面站1发射机”“地面站2接收机”5 2020年8月20日15:25:00 -2020年8月20日16:05:00 2400 NaN NaN“地面站1发射机”“地面站2接收机”6 2020年8月20日18:28:00 -2020年8月20日19:13:00 2700 NaN NaN

使用玩从开始时间到停止时间可视化场景模拟。当链接无法关闭时，绿色线就会消失。

玩(sc);

第2地面站的土地连接边缘

接收器上的链路裕度是接收器上每比特能量与噪声功率谱密度之比(Eb/No)与其之间的差值RequiredEbNo．对于成功的链路闭合，链路裕度必须在所有接收节点上为正。链接裕度越高，链接质量越好。计算最后节点(即地面站2接收机)的链路裕度，使用ebno得到地面站2接收器的Eb/No历史，并减去它RequiredEbNo从这个量得到连杆裕度。此外,使用情节绘制计算链接边距。

[e, time] = ebno(lnk);margin = e - gs2Rx.RequiredEbNo;情节(时间、保证金“线宽”2);包含(“时间”）;ylabel (“连接裕度(dB)”）;网格在；

图中包含一个轴对象。axis对象包含一个line类型的对象。

图中的间隙暗示了链路在到达链路中的最后一个节点之前就断裂了，或者在最后一个节点和它之前的节点之间的视线，即卫星2号之间的视线断裂了。在所有其他时间，链接边缘是正的。这意味着卫星2号发射机的功率和地面站2号接收机的灵敏度总是足够的。它还意味着在链接的所有其他跳点上边际都是正的。

修改所需Eb/No，观察对链路间隔的影响

增加了RequiredEbNo将地面站2的接收器的频率从1分贝提高到10分贝，并重新计算链路间隔。增加RequiredEbNo基本上降低了地面站2号接收机的灵敏度。这会对链接关闭时间产生负面影响。关闭链路间隔的次数从6个减少到5个，关闭链路间隔的持续时间缩短。

gs2Rx。RequiredEbNo = 10;%分贝linkIntervals (lnk)

ans =5×8表源目标IntervalNumber开始时间EndTime时间StartOrbit EndOrbit  ______________________________ ___________________________ ______________ ____________________ ____________________ ________ __________ ________ " 地面站1发射机”“地面站2接收机“1 8月19 - - 2020 20:55:00 19 - 1380年8月- 2020年21:18:00南南”地面站1发射机”“地面站2接收机“2 19日- 8月- 2020 23:43:00 20 - 1920年8月- 2020年00:15:00南南”地面站1发射机”“地面站2接收机“3 2020年8月20日12:30:00 2020年8月20日12:58:00 1680 NaN NaN“地面站1发射机”“地面站2接收机”4 2020年8月20日15:29:00 2020年8月20日16:05:00 2160 NaN NaN“地面站1发射机”“地面站2接收机”5 2020年8月20日18:32:00 2020年8月20日19:13:00 2460 NaN NaN

此外，的增加RequiredEbNo负面影响链接边缘。要观察到这一点，请重新计算并绘制新的链接边距，并将其与之前的图进行比较。链路裕度总体上减小了，这意味着链路质量下降了，因为通过增加来降低接收器的灵敏度RequiredEbNo．在某些情况下，链路裕度为负，这表明有时在地面站2接收器上的链路确实中断了，即使它与卫星2有视线。这意味着链接闭包有时受到链接边距的限制，而不仅仅是相邻节点之间的视线。

[e, newTime] = ebno(lnk);newMargin = e - gs2Rx.RequiredEbNo;情节(newMargin新时期,“r”、时间、保证金、“b”，“线宽”2);包含(“时间”）;ylabel (“连接裕度(dB)”）;传奇(“新链接边距”，“旧链接边距”，“位置”，“北”）;网格在；