[發明專利]一種多軌道器中繼通信方法

在審

• 申請號: 202010796289.8
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111917459A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 詹亞鋒;萬鵬;謝浩然
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;胡曉男

本發明提供一種多軌道器中繼通信方法，包括：業務協調階段，包括利用預設軌道器接入優選函數進行博弈計算，生成軌道器服務計劃并廣播發送；其中，所述預設軌道器接入優選函數用于確定每個工作時隙以單位傳輸容量條件下系統成本最低為目標用戶終端選擇接入的軌道器；業務服務階段，包括各軌道器與用戶終端之間根據所述軌道器服務計劃建立數據傳輸通道，完成中繼通信服務。在兼容原有鄰近空間協議的基礎上，通過博弈計算與信息交互實現了吞吐量、公平性、存儲成本、傳輸成本等方面系統綜合性能優化，進一步提升中繼通信的使用效益，實現信息傳輸容量效益的最優化。

技術領域

本發明屬于深空通信技術領域，具體涉及一種多軌道器中繼通信方法。

背景技術

目前，地外行星表面探測任務已成為國內外關注的重點，未來還有可能實施載人登陸任務，信息傳輸需求量很大。在行星表面探測任務中，用戶終端(如火星車)通常采用兩種方式實現數據收發：第一種是采用S頻段全向天線，通過直接對地鏈路與地球深空站建立連接，實現點對點直接通信；第二種是采用UHF頻段全向天線，通過近距無線鏈路與軌道器建立連接，通過CCSDS Proximity-1協議(簡稱鄰近空間協議)實現端到端中繼通信。

在現有技術體制下，直接對地鏈路信息傳輸能力十分有限，可作為傳輸關鍵狀態信息的備份鏈路以提高任務可靠性，大容量業務應用數據主要采用近距無線鏈路承載即采用中繼通信技術實現數據回傳。行星中繼通信系統主要由地球深空站、軌道器和行星表面的用戶終端組成。多顆軌道器組網運行可對行星表面用戶實現較高覆蓋率，并為用戶提供靈活可靠的數據中繼傳輸服務。地球深空站由分布于地球不同經度位置的大口徑天線或天線陣構成，可以實現對天方向接近4π立體角的指向覆蓋。除行星上合期間凌日干擾等惡劣空間環境影響外，地球深空站構成的深空測控網可以實現對于行星的準連續通信支持。多軌道器由多個航天機構的異構軌道器群組成，各軌道器具有不同的軌道參數與通信條件，在執行行星中繼通信的同時還要兼顧行星表面及大氣的勘查任務，其中繼轉發能力具有動態變化的特點。

目前，國內外在軌或即將發射的行星探測器等用戶終端均在近距無線鏈路上部署了鄰近空間協議，用來實現用戶終端與軌道器之間的中繼通信，其中：

1)物理層支持自適應調制編碼技術，信息傳輸速率可根據信道質量分檔自動設置，在信道利用率方面可實現信息傳輸容量效益的最優化；

2)鏈路層采用單址接入方式，當同時有多個軌道器具備接入條件時，用戶終端采用先到先得策略選擇接入點，即僅與首個建立握手信號的軌道器通信，在接納控制方面并未實現信息傳輸容量效益的最優化。

發明內容

本發明提供一種多軌道器中繼通信方法，在兼容原有鄰近空間協議的基礎上，通過博弈計算與信息交互實現了吞吐量、公平性、存儲成本、傳輸成本等方面系統綜合性能優化，進一步提升中繼通信的使用效益，實現信息傳輸容量效益的最優化。

本發明的技術方案是這樣實現的，一種多軌道器中繼通信方法，包括：

業務協調階段，包括利用預設軌道器接入優選函數進行博弈計算，生成軌道器服務計劃并廣播發送；其中，所述預設軌道器接入優選函數用于確定每個工作時隙以單位傳輸容量條件下系統成本最低為目標用戶終端選擇接入的軌道器；

業務服務階段，包括各軌道器與用戶終端之間根據所述軌道器服務計劃建立數據傳輸通道，完成中繼通信服務。

進一步地，所述系統成本，是根據軌道器的航天機構間權重因子、軌道器的在軌存儲狀態權重因子、軌道器的鄰近空間距離權重因子、軌道器存儲成本、用戶終端與軌道器近距無線鏈路的信息傳輸成本計算得到的。

進一步地，所述預設軌道器接入優選函數如下：