[發(fā)明專利]一種基于時變圖的低軌衛(wèi)星星間切換預測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111290032.6
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN114157337B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設計）人: 白衛(wèi)崗;曹琦軒;劉曉東;盛敏;周笛;李浩然;朱彥
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學;中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種低軌衛(wèi)星星間切換預測方法，其特征在于，在低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)中，衛(wèi)星對用戶的覆蓋性可以使用時變圖表征；其中，所述時變圖中節(jié)點集表示一段時間內(nèi)覆蓋用戶的衛(wèi)星；衛(wèi)星對用戶的覆蓋關系采用弧集表征；切換選擇關注的參數(shù)表征為權(quán)重值集合；

所述低軌衛(wèi)星星間切換預測方法包括以下步驟：

步驟一，當用戶在衛(wèi)星的覆蓋邊緣時，衛(wèi)星與用戶間的地心角為臨界角；通過用戶和衛(wèi)星的位置計算地心角，判斷用戶是否被衛(wèi)星覆蓋；

步驟二，通過預測用戶與衛(wèi)星未來各時隙的位置，計算出未來各時隙用戶與各衛(wèi)星的地心角，從而得出未來一定時間內(nèi)各衛(wèi)星覆蓋用戶的起止時間；

步驟三，針對用戶，將各覆蓋衛(wèi)星表征為時變圖中的節(jié)點；根據(jù)各衛(wèi)星對用戶終端的覆蓋時長關系，建立時變圖中各節(jié)點間的有向連接弧；

步驟四，用戶時變圖的權(quán)重值與其他用戶時變圖的切換路徑相關聯(lián)，確定其他用戶在該時刻對切換衛(wèi)星信道的占用情況，預測切換衛(wèi)星的空閑信道數(shù)；

步驟五，采用貪婪算法選擇切換路徑；每當有新用戶接入或用戶切換失敗或用戶和衛(wèi)星雙移動導致拓撲變化時，周期性更新時變圖；

步驟四中，所述空閑信道數(shù)的預測，包括：

將各用戶在初始時刻占用衛(wèi)星的起止時間存儲在表中；最先發(fā)生切換的用戶根據(jù)自己的時變圖得到該用戶可以切換的衛(wèi)星；查詢衛(wèi)星節(jié)點對應的表項中各用戶占用該衛(wèi)星的起止時間；若有其他用戶占用該衛(wèi)星的開始時間在切換時刻之前，結(jié)束時間在切換時刻之后，則此用戶在切換時刻占用該衛(wèi)星的信道；根據(jù)切換時刻占用衛(wèi)星信道的用戶總數(shù)，即可得到各目標衛(wèi)星的空閑信道數(shù)；發(fā)生切換的用戶根據(jù)最大空閑信道數(shù)準則選擇最佳衛(wèi)星后，將該用戶將占用該衛(wèi)星的時間加入該衛(wèi)星所在的表項內(nèi)，同時按照切換時間發(fā)生順序，采用同樣的方法預測其他用戶發(fā)生切換時的目標衛(wèi)星空閑信道數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述低軌衛(wèi)星星間切換預測方法，其特征在于，步驟一中，所述衛(wèi)星對用戶覆蓋性的判斷，包括：

通過用戶的經(jīng)緯度位置(Lat_user,Lon_user)和衛(wèi)星位置(Lat_sat,Lon_sat)，計算出地心角β＝arccos(sin(Lat_user)sin(Lat_sat)+cos(Lat_user)cos(Lat_sat)cos(Lon_user-Lon_sat))；當用戶處在衛(wèi)星覆蓋邊緣時，用戶關于衛(wèi)星的地心角為β_max；若β≤β_max，衛(wèi)星覆蓋用戶，否則衛(wèi)星未覆蓋用戶。

3.如權(quán)利要求1所述低軌衛(wèi)星星間切換預測方法，其特征在于，步驟三中，所述針對用戶，將各覆蓋衛(wèi)星表征為時變圖中的節(jié)點；根據(jù)各衛(wèi)星對用戶終端的覆蓋時長關系，建立時變圖中各節(jié)點間的有向連接弧，包括：

針對用戶，將各覆蓋衛(wèi)星表征為時變圖中的節(jié)點，節(jié)點集Sa＝{Sa₁,Sa₂,…,Sa_n,…,Sa_M}，其中第i顆衛(wèi)星記為Sa_i,i∈1,2,…,M；根據(jù)各衛(wèi)星對用戶終端的覆蓋時長關系，建立時變圖中各節(jié)點之間的有向連接弧，表征用戶的星間切換，弧集A＝{A_(1,1),A_(1,2),…,A_(n,m),…,A_(M,M)}，其中第i個節(jié)點到第j個節(jié)點的有向弧定義為A_(i,j),i,j∈1,2,…,M，表示用戶從衛(wèi)星i切換到衛(wèi)星j。