STK 特定问题建模（五）频谱分析（第一部分）

本文主要是介绍STK 特定问题建模（五）频谱分析（第一部分），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

简介
一、GEO星地通信收发机设计
- 1.1 GEO卫星仿真
- 1.2 地面接收机仿真
二、LEO星座及天线设计

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
在这里插入图片描述
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。

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°。

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

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：

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°

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

在Link Budget中，可以对Eb/No (dB)等指标进行查看

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。
在这里插入图片描述
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。

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。