[發(fā)明專利]一種面向空中移動目標(biāo)跟蹤的空天地一體化組網(wǎng)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110324955.2
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113098583B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣定德;劉博;張唯炯;王志浩;王豐
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 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(xué)專利中心 51203
• 代理人: 張冉

本發(fā)明公開了一種面向空中移動目標(biāo)跟蹤的空天地一體化組網(wǎng)方法，屬于空天地一體化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法包括以下步驟：場景信息收集、近地衛(wèi)星信息讀取和分類、最佳軌道選擇、最優(yōu)在軌衛(wèi)星選擇、最短路徑計(jì)算、下一時刻位置預(yù)測和根據(jù)路徑距離閾值判斷是否結(jié)束方案。本發(fā)明所述方法解決了空天地一體化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇焖僮兓膯栴}，能夠獲取不同時刻的確切的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约靶l(wèi)星軌道的運(yùn)動約束情況，可以獲得最優(yōu)的鏈路切換決策條件。本發(fā)明所述方法減少了大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，能夠通過簡單的計(jì)算獲得最佳的網(wǎng)絡(luò)鏈路和鏈路的切換時間，僅僅利用簡單的查找最短路的算法就能在多個軌道、多個衛(wèi)星中尋找到最適合與無人機(jī)進(jìn)行通信的最佳節(jié)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空天地一體化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向空中移動目標(biāo)跟蹤的空天地一體化組網(wǎng)方法。

背景技術(shù)

隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)和人類的活動變得密不可分。特別是在當(dāng)前，5G技術(shù)正在飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人類正在邁入萬物互聯(lián)的新時代。大量的數(shù)據(jù)和信息資源正在涌入互聯(lián)網(wǎng)，對這些資源的利用將改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活方式。然而，在地球上的一些極端地區(qū)，如沙漠、海洋和山脈等，地理環(huán)境惡劣導(dǎo)致地面通信基站等基礎(chǔ)設(shè)施無法建設(shè)或建設(shè)成本高昂。這種限制使網(wǎng)絡(luò)不能僅僅通過地面基站覆蓋整個地球，因此需要一種技術(shù)來構(gòu)建一個能夠快速覆蓋全世界的網(wǎng)絡(luò)。目前，基于衛(wèi)星的空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在迅速發(fā)展，衛(wèi)星寬帶接入、衛(wèi)星移動數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)正在逐步實(shí)現(xiàn)。衛(wèi)星網(wǎng)在覆蓋范圍和移動接入方面可以與地面網(wǎng)絡(luò)形成良好的互補(bǔ)關(guān)系，二者的結(jié)合是解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋全球問題的良好方案之一。因此，由地面網(wǎng)絡(luò)、無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢。

為應(yīng)對這一發(fā)展趨勢，國內(nèi)外各大互聯(lián)網(wǎng)巨頭已經(jīng)開始將研究重點(diǎn)放在空間網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上。目前，世界各國都將空天地一體化網(wǎng)絡(luò)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，加大了對空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的研究。但目前的研究還存在一些問題有待解決。對于具有動態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)，其高動態(tài)特性是目前的主要問題之一。如何克服其高動態(tài)特性，決定了它能否對運(yùn)動中的網(wǎng)絡(luò)做出良好的動態(tài)規(guī)劃。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)不同于地面上的固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樾l(wèi)星在地球外的軌道上以高速周期運(yùn)動，導(dǎo)致衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因運(yùn)動而改變。由于需要選擇最佳的通信鏈路，衛(wèi)星間的鏈路將周期性地建立和中斷。當(dāng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)向地面某個地點(diǎn)提供接入服務(wù)時，由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，當(dāng)前衛(wèi)星可能并不是最佳接入點(diǎn)。因此，有必要設(shè)計(jì)合理的節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)算法，將業(yè)務(wù)切換到其他具有良好接入條件的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，通過這些衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)為地面提供服務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對空天地一體化網(wǎng)絡(luò)中通信方式的缺點(diǎn)，提供在高動態(tài)特性的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的高效連接組網(wǎng)方式，提供一種面向空中移動目標(biāo)跟蹤的空天地一體化組網(wǎng)方法，快速、高效地實(shí)現(xiàn)空天地一體化網(wǎng)絡(luò)之間的動態(tài)鏈路切換。

本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的：

一種面向空中移動目標(biāo)跟蹤的空天地一體化組網(wǎng)方法，包括以下步驟：

步驟一：場景信息收集；

收集空天地一體化網(wǎng)絡(luò)場景信息，其中主要元素包括：地面站，在設(shè)定時間內(nèi)，地面站能夠獲取其探測范圍內(nèi)的近地衛(wèi)星和無人機(jī)的信息并與其建立通信鏈路；近地衛(wèi)星，每顆近地衛(wèi)星都能夠與其覆蓋范圍內(nèi)存在的地面站、無人機(jī)以及同軌道和相鄰軌道的近地衛(wèi)星建立通信鏈路；無人機(jī)，在設(shè)定時間內(nèi)從源節(jié)點(diǎn)飛往目的節(jié)點(diǎn)；近地衛(wèi)星檢測到無人機(jī)后，通過近地衛(wèi)星-衛(wèi)星鏈路和近地衛(wèi)星-地面鏈路與地面站建立通信，地面站通過近地衛(wèi)星控制無人機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航與制導(dǎo)；地面站、近地衛(wèi)星和無人機(jī)之間進(jìn)行動態(tài)組網(wǎng)；地面站、近地衛(wèi)星和無人機(jī)的運(yùn)動導(dǎo)致動態(tài)組網(wǎng)連接關(guān)系切換；

步驟二：近地衛(wèi)星信息讀取和分類；