[發明專利]一種多波束低軌衛星空間能源分配方法、裝置和電子設備

有效

• 申請號: 202211015730.X
• 申請日: 2022-08-24
• 公開（公告）號: CN115103449B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 王琰;袁虎;李樹;張濤
• 申請（專利權）人: 橢圓時空（北京）科技有限公司
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04B7/185;H04W72/10;G06N3/12;H04W84/06
• 代理公司: 北京動力號知識產權代理有限公司 11775
• 代理人: 梁艷

本發明公開了一種多波束低軌衛星空間能源分配方法、裝置和電子設備，涉及航空衛星技術領域。通過獲取衛星的星下點運動軌跡劃分地理柵格接入優先級，建立分區域業務特征模型；并基于遺傳算法對波束功率進行動態分配；利用深度學習算法對業務量進行預測；并將多次業務信息進行迭代，更新分區域業務特征模型；依據分區域業務特征模型，將負載重的波束中的邊緣用戶根據地理柵格劃分的接入優先級分配給周邊負載輕的波束。上述方案在考慮容量、時延和CCI等約束條件下使用遺傳算法與深度學習結合的方式進行波束功率的動態分配以及業務預測，提高了衛星進行功率動態分配的效率；同時通過制作分區域業務特征模型，優化了利用深度學習進行業務預測的能力。

技術領域

本發明涉及航空衛星技術領域，尤其涉及一種多波束低軌衛星空間能源分配方法、裝置和電子設備。

背景技術

隨著全球信息化的不斷發展，衛星移動通信以其具有的通信覆蓋范圍廣、通信服務機動靈活等特點成為了全球通信中的重要組成部分。而由于衛星通信技術的廣泛應用，以及人們對衛星功能（如通信、遙感、導航）和星上處理能力要求的逐漸提高，星上極其有限的能源成為了限制衛星通信發展的瓶頸，通過功率分配提升系統資源利用率已成為當前研究熱點。

針對多波束衛星通信系統，在其帶寬分配與功率分配方面均已開展相關研究。然而，由于衛星終端在地理空間上的非均勻分布導致其業務量的非均勻分布，導致LEO波束間的業務量分布差異較大。負載較重的波束由于缺乏通信資源可能導致該波束內用戶下行容量下降，而負載較輕波束內的資源利用率也會不足。如何考慮到業務量的分布情況對星上資源進行分配管理是當前亟需解決的問題。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了如下技術方案。

本發明一方面提供了一種多波束低軌衛星空間能源分配方法，包括：

獲取衛星的星下點運動軌跡，并根據運動軌跡劃分地理柵格接入優先級，結合初始業務開啟區域建立分區域業務特征模型；

基于遺傳算法，根據星歷信息和波束業務量對波束功率進行動態分配；

利用深度學習算法，根據業務量與波束功率之間的對應關系、星歷信息及用戶位置信息，對業務量進行預測；并將多次業務信息進行迭代，更新分區域業務特征模型；

依據分區域業務特征模型，將負載重的波束中的邊緣用戶根據地理柵格劃分的接入優先級分配給周邊負載輕的波束。

優選地，還包括：判斷衛星所在地區的緯度，若衛星所在地區的緯度達到閾值，則關閉所有波束，直到衛星所在地區的緯度小于閾值，則根據星歷信息和波束業務量對波束功率進行動態調節。

優選地，所述基于遺傳算法，根據星歷信息和波束業務量對波束功率進行動態分配包括：

以衛星緩存、最大允許時延、業務需求和信道容量的關系和同頻干擾約束作為初始條件，計算出初始種群；

計算當前種群中染色體的適應度值，并選取適應度值超過閾值的染色體形成新種群，其中，用于計算適應度值的適應度函數為業務需求與分配容量的差值平方的倒數；

在新種群中隨機選取兩個染色體，并將該兩個染色體的信息進行局部交換形成新染色體；

在新種群中隨機抽取一個染色體并對其任意位基因進行“變異操作”；

計算新種群中染色體的適應度值，判斷是否滿足優化原則：若滿足，則得到最優解或次優解，若不滿足，則跳至步驟：計算當前種群中染色體的適應度值。

優選地，考慮同頻干擾功率情況下的波束容量為：

其中，表示波束的帶寬，為分配給波束的功率，為分配給波束的功率，表示對天線增益做歸一化處理，為噪聲功率譜密度，為信道衰減系數，為波束容量；