一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法

摘要

本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法。针选星链低轨卫星通信系统，设计了一种场景转换选星组合模型，使得选星流程可以根据场景变换随机组合，同时通过场景转换选星组合的模型计算出最高效率的选星流程，从而保障了选星的时效性和均衡性；另外，本发明能够实现星链卫星通信网最高效率的卫星地面站多对多选星，确保被选星链路在各种场景下都能稳定完成多对多卫星地面站的选星，极大地提高了星链卫星通信系统卫星地面站多对多的选星效率。

说明书

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法。

背景技术

随着美国GPS的现代化，俄罗斯GLONASS系统的复兴及中国北斗卫星导航系统(BDS)和欧盟Galileo系统的建成，多系统进行组合导航和定位已成为目前国内外研究和应用的热点。如今，GPS和GLONASS已处于满星座正常运行状态，BDS和Galileo正处于建设阶段，可见卫星数总体上低于前两个系统。待四系统完全建成时，天空中总的卫星数将超过100颗，接收机可同时观测到的卫星数将超过50颗。相对于单系统而言，多系统组合定位具有更好的可靠性和稳定性。例如在城市峡谷地区，多系统组合可以明显提高可见卫星数等。

但是，当卫星数量超过一定的数目时，定位性能并不会继续得到提高，反而过多的卫星数量将带来计算量的显著增加，进而使得卫星地面站的选星流程时间较长，效率偏低，进而对定位的时效性产生影响。

鉴于此，本发明为解决上述问题，设计一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对目前技术中的不足，提供了一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供了一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法，步骤如下：

S1.对卫星地面站的选星场景和星链各个子星场景之间切换的情况进行建模；

S2.对卫星地面站进行多对多选星之间的关系进行分析并建模；

S3.列出星链通信系统选星在各个场景变换过程中的效率矩阵，并将场景转换选星组合模型抽象为0-1整数规划问题；

S4.对场景转换选星组合模型进行求解，并给出求解算法，得出可行的最快选星流程。

进一步的，在所述步骤S1中的建模过程为：卫星地面站的使用场景是基于状态、特定表达和转化模式的一个有机整体，被记作Ω＝；

S代表使用场景Ω中的带宽余量状态和功率余量状态，是由所有可能的离散状态组成，记作S＝(s

E代表使用场景Ω中S状态所对应的影响，记作E＝{E

进一步的，状态切换矩阵T被记为：

状态和影响之间的关系表示为：

则有：

进一步的，在所述步骤S2中的建模过程为：假设选星为x

进一步的，结合所述步骤S1中的场景切换模型和所述步骤S3中的效率矩阵，在每个选星场景切换的背景下，T时段的效率评价矩阵可以表示为如下矩阵：

v

选星在T个时间段形成的所有场景的平均值被表示为

则，整个选星流程X的整体效率v

进一步的，在所述步骤S3中，选星的效率最大值计算公式如下：

其中AX≤B，表示选星流程的时间约束条件，被设置为一个无量化的数值；如果选星流程能得到效率最大值，则得到最可行的选星方案，记为X

进一步的，在所述S4中，具体步骤如下：

S11：随机生成选星流程X

S12：初始化选星流程X

S13：计算的

S14：如果存在一个选星

S15：如果

S16：遍历选星，直至得到最大的max v

S17：此时，得到可行的最快选星流程X

有益效果：针选星链低轨卫星通信系统，设计了一种场景转换选星组合模型，使得选星流程可以根据场景变换随机组合，同时通过场景转换选星组合的模型计算出最高效率的选星流程，从而保障了选星的时效性和均衡性；另外，本发明能够实现星链卫星通信网最高效率的卫星地面站多对多选星，确保被选星链路在各种场景下都能稳定完成多对多卫星地面站的选星，极大地提高了星链卫星通信系统卫星地面站多对多的选星效率。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明不同的S，对应的P及其E之间的转移关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1，根据图1-图2作进一步解释说明。

本发明提供一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法，步骤如下：

S1.对卫星地面站的选星场景和星链各个子星场景之间切换的情况进行建模；

对卫星地面站的使用场景和各个场景之间切换的情况进行建模，建模过程为：卫星地面站的使用场景是基于状态、特定表达和转化模式的一个有机整体，被记作Ω＝；

S代表使用场景Ω中的带宽余量状态和功率余量状态，是由所有可能的离散状态组成，记作S＝(s

E代表使用场景Ω中S状态所对应的影响，记作E＝{E

根据上述的基于场景转换选星组合模型，不同的状态S，对应的发生概率P及其影响E之间的转移关系如图二所述；

根据图二，状态切换矩阵T被记为：

状态和影响之间的关系表示为：

则有：

S2.对卫星地面站进行多对多选星之间的关系进行分析并建模；

根据基于场景转换选星组合模型，对于卫星地面站进行多对多选星之间的关系进行分析并建模，选星切换之间存在依赖关系，例如，多对多选星必须在保证所选星链的子星带宽空闲，同保证所选星链的子星功率未饱和，这是属于依赖关系；同时，不通多对多选星的组合，对于整体选星流程的执行成本也有影响，比如，拆开多对多链路必须放在整个选星流程的最后，如果出现顺序在选星流程的中间位置，则会影响后续选星的时间成本。因此，对于多个选星组合的选星流程，不同组合顺序对于选星时间成本的有着不通的影响，通过对所有选星的成本影响总和进行折扣添加来表示多个选星的协同效应，则通过建模来描述不同的选星之间相互作用。

在步骤S2中的建模过程为：假设选星为x

S3.列出星链通信系统选星在各个场景变换过程中的效率矩阵，并将场景转换选星组合模型抽象为0-1整数规划问题；

结合步骤S1中的场景切换模型和步骤S3中的效率矩阵，在每个选星场景切换的背景下，T时段的效率评价矩阵可以表示为如下矩阵：

v

为了结合卫星地面站的实际使用情况，选星在T个时间段形成的所有场景的平均值被表示为

则，整个选星流程X的整体效率v

卫星地面站多对多的选星方法的最终目的是最大化场景变换下选星的效率值，并充分降低选星过程的时间损耗，这个问题可以抽象为一个0-1整数规划问题对其进行解决。用公式描述如下：

其中AX≤B，表示选星流程的时间约束条件，被设置为一个无量化的数值。如果选星流程能得到效率最大值，则可以得到最可行的选星方案，记为X

S4.对场景转换选星组合模型进行求解，并给出求解算法，得出可行的最快选星流程，具体步骤如下：

S11：随机生成选星流程X

S12：初始化选星流程X

S13：计算的

S14：如果存在一个选星

S15：如果

S16：遍历选星，直至得到最大的maxv

S17：此时，得到可行的最快选星流程X

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。