[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于球面數(shù)字相控陣系統(tǒng)的海洋衛(wèi)星通信組網(wǎng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810312113.3
• 申請(qǐng)日: 2018-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108736956B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋春毅;夏麗輝;鄭強(qiáng)穩(wěn);謝亞平;楊李杰;徐志偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04B7/185
• 分類(lèi)號(hào): H04B7/185;H04W72/04
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開(kāi)一種基于球面數(shù)字相控陣系統(tǒng)的海洋衛(wèi)星通信組網(wǎng)方法，該方法首先構(gòu)建海基組網(wǎng)，選擇合適的節(jié)點(diǎn)作為簇首，使得該網(wǎng)絡(luò)能利用更多低軌衛(wèi)星資源，然后建立海基終端?衛(wèi)星通信鏈路，當(dāng)工作在同一工作頻段時(shí)，計(jì)算最優(yōu)衛(wèi)星數(shù)目；不完全工作在同一工作頻段時(shí)，一種是遵循相同工作頻率時(shí)的方式進(jìn)行建立，另一種從資源均等角度出發(fā)，使所有衛(wèi)星均能同步進(jìn)行通信，且存在復(fù)用陣元，并給出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中適合的復(fù)用陣元數(shù)求解方法；最后，構(gòu)建基于球面數(shù)字相控陣系統(tǒng)的海洋衛(wèi)星通信系統(tǒng)模型。本發(fā)明的海洋衛(wèi)星組網(wǎng)方法充分利用資源，能夠保證所有通信鏈路均滿足所有類(lèi)型業(yè)務(wù)需求，該方法對(duì)未來(lái)海洋衛(wèi)星通信發(fā)展具有重大意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于球面數(shù)字相控陣系統(tǒng)的海洋衛(wèi)星通信組網(wǎng)方法。

背景技術(shù)

2016年，我國(guó)提出了“智慧海洋”的戰(zhàn)略，需要將分布在不同平臺(tái)上的各種資源數(shù)據(jù)連通協(xié)同，才能實(shí)現(xiàn)真正的智慧化。然而同步軌道資源有限，目前海上通信仍然以2G語(yǔ)音通信為主，不能滿足日益增長(zhǎng)的海洋通信帶寬需求。隨著技術(shù)發(fā)展，大規(guī)模發(fā)射低軌衛(wèi)星成為可能，海洋通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展有了契機(jī)。因此，全球的傳統(tǒng)海洋強(qiáng)國(guó)都積極投身到低軌衛(wèi)星發(fā)展浪潮中，如DAPAR的戰(zhàn)略技術(shù)辦公室于2017年12月發(fā)布了“海上物聯(lián)網(wǎng)”的跨部門(mén)研究項(xiàng)目；我國(guó)的航天科工集團(tuán)有限公司提出“虹云工程”，計(jì)劃于2025年發(fā)射156顆小衛(wèi)星提供覆蓋全球的Internet服務(wù)。現(xiàn)有典型的低軌衛(wèi)星系統(tǒng)，如銥星和全球星系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)全球覆蓋，且能使某些區(qū)域同時(shí)被至少兩顆衛(wèi)星覆蓋。考慮未來(lái)低軌衛(wèi)星數(shù)目增多，分布更為密集，某區(qū)域同時(shí)與多顆低軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)通信成為可能。與此同時(shí)，集成電路集成系統(tǒng)的迅猛進(jìn)步掀起了基于低軌道移動(dòng)衛(wèi)星通信發(fā)展的第二次浪潮，以多波束形成技術(shù)為核心的集成相控陣技術(shù)將以其高集成度和低成本驅(qū)動(dòng)移動(dòng)衛(wèi)星通信的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。如何很好得基于現(xiàn)有技術(shù)利用更多可用衛(wèi)星資源是一個(gè)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于球面數(shù)字相控陣系統(tǒng)的海洋衛(wèi)星通信組網(wǎng)方法，具體技術(shù)方案如下：

一種基于球面數(shù)字相控陣系統(tǒng)的海洋衛(wèi)星通信組網(wǎng)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1：構(gòu)建海基組網(wǎng)；

將海上一定范圍內(nèi)所有船只艦隊(duì)節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)簇結(jié)構(gòu)的海基網(wǎng)絡(luò)，在位于較多顆低軌衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)的某一船只上搭載球面數(shù)字相控陣系統(tǒng)，作為該海基網(wǎng)絡(luò)簇首，其他船只節(jié)點(diǎn)只能通過(guò)該節(jié)點(diǎn)與低軌衛(wèi)星進(jìn)行通信；

S2：建立海基終端-衛(wèi)星通信鏈路，共分為兩種情況：

(1)當(dāng)所有衛(wèi)星工作頻段都相同時(shí)，需要在增加同步通信衛(wèi)星數(shù)目時(shí)保障網(wǎng)絡(luò)流通量不隨信道數(shù)增加而減少；鏈路建立通過(guò)分配給衛(wèi)星通信一定的陣元總數(shù)進(jìn)而求解最優(yōu)鏈路數(shù)目，即求解衛(wèi)星數(shù)目；具體實(shí)現(xiàn)如下：

(1.1)計(jì)算任意一條信道的網(wǎng)絡(luò)流通量q_i＝l×log₂p_i，其中，單個(gè)波束功率p_i＝v_i·k_i·p_max，k_i為合成該波束所需陣元數(shù)，v_i為包含合成波束損耗以及掃描角造成的增益損耗，p_max為單個(gè)陣元最大發(fā)射功率，l為常數(shù)；

(1.2)求解最優(yōu)的同步通信衛(wèi)星數(shù)目N，使得衛(wèi)星-船只通信鏈路總流通量Q最大，具體的求解方程如下：

maximize

subject to q_i＝l·log₂(v_i·k_i·p_max)

其中，M為分配給衛(wèi)星通信的陣元數(shù)，N為同步通信的衛(wèi)星數(shù)目；