[發明專利]一種面向空中移動目標跟蹤的空天地一體化組網方法

有效

• 申請號: 202110324955.2
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113098583B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 蔣定德;劉博;張唯炯;王志浩;王豐
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W4/024;H04W4/029;H04W40/02;H04W84/06
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 張冉

1.一種面向空中移動目標跟蹤的空天地一體化組網方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：場景信息收集；

收集空天地一體化網絡場景信息，其中主要元素包括：地面站，在設定時間內，地面站能夠獲取其探測范圍內的近地衛星和無人機的信息并與其建立通信鏈路；近地衛星，每顆近地衛星都能夠與其覆蓋范圍內存在的地面站、無人機以及同軌道和相鄰軌道的近地衛星建立通信鏈路；無人機，在設定時間內從源節點飛往目的節點；近地衛星檢測到無人機后，通過近地衛星-衛星鏈路和近地衛星-地面鏈路與地面站建立通信，地面站通過近地衛星控制無人機進行導航與制導；地面站、近地衛星和無人機之間進行動態組網；地面站、近地衛星和無人機的運動導致動態組網連接關系切換；

步驟二：近地衛星信息讀取和分類；

空天地一體化網絡的時變圖模型定義為G(V,E(t))，其中V是由所有節點組成的頂點集，節點包括地面站、近地衛星和無人機；E(t)表示圖中的邊，代表節點之間的連接關系；根據衛星軌道的參數，計算每一個時刻每顆近地衛星在地心三維空間坐標系下的三維坐標，根據三維坐標計算近地衛星的經度，按照近地衛星的經度對近地衛星進行分類；

步驟三：最佳軌道選擇；

計算每個近地衛星經度與無人機的經度之間的差，找到其中的最小值，得到最接近無人機的衛星軌道，為最佳軌道；

步驟四：最優在軌衛星選擇；

覆蓋無人機的近地衛星讀取無人機的經度和緯度，計算最佳軌道上的近地衛星與無人機之間的距離；距離最近的三顆近地衛星作為接入衛星節點，建立接入衛星節點與無人機之間的通信鏈路，三顆接入衛星節點能夠保證實現無人機的三維信息獲取以及對無人機的導航與制導；

步驟五：最短路徑計算；

無人機和地面站均通過接入衛星節點進入網絡，實現空天地一體化網絡動態組網；空天地一體化網絡的拓撲在某個時間點是固定的，使用Dijsktra算法計算和無人機相連的三個接入衛星節點與和地面站相連的接入衛星節點之間的最短路徑；在時變圖G(V,E(t))中根據每條邊的長度找到三個接入衛星節點到其他節點的最短路徑；

其中，Dijsktra最短路徑算法，具體包括如下步驟：

步驟A：令和地面站相連的接入衛星節點為初始節點v，初始化集合S使其僅包含初始節點v，即S＝{v}，初始距離為0；初始化集合U包含除v外的所有近地衛星節點；

步驟B：在集合U中選擇一個與v距離最近的頂點k，并將其添加到集合S中；

步驟C：選擇頂點k作為新的中間頂點，更新集合U中每個頂點的距離：如果從初始節點v經過頂點k到集合U中的頂點u的路徑長度經過集合U中除頂點k外的頂點的路徑長度，則更新頂點u的距離為頂點k的距離加頂點k到頂點u的距離，將頂點u加入至集合S中；

步驟D：重復步驟B和步驟C，直到集合U中三個接入衛星節點都已經包含在集合S中，集合S中包括接入衛星節點和用于連接不同接入衛星節點的中繼衛星節點，按照循環順序依次連接集合S中的接入衛星節點和中繼衛星節點，得到當前時刻下的鏈路連接模式；

步驟六：下一時刻位置預測；

計算鏈接切換時間，預測后續時刻的空天地一體化網絡頂點集中的節點位置和鏈路連接模式；

步驟六的具體過程為：

根據當前時刻的衛星與無人機位置和無人機的速度，計算無人機飛行到不同經度的衛星軌道的時間即鏈接切換時間；當下一時刻到達當前時刻+鏈接切換時間時，執行步驟三-步驟五，得到下一時刻下的鏈路連接模式；

步驟七：判斷無人機與目的節點的路徑距離是否小于10公里，若是，結束；否則，返回步驟三。

2.根據權利要求1所述的面向空中移動目標跟蹤的空天地一體化組網方法，其特征在于，步驟二中按照近地衛星的經度對近地衛星進行分類的具體過程為：

每個近地衛星的運行軌道是不變的，每個軌道上的近地衛星數量也是不變的，根據相同或不同的衛星軌道，將近地衛星進一步劃分為：

其中，S_m代表m號軌道上所有近地衛星的集合，1≤m≤M，M為軌道數量，k_m為m號軌道上的近地衛星數量，表示第m號軌道上的第1,2,…,k_m個近地衛星。