一种面向低轨星座的星地资源规划选择算法的制作方法

1.本发明属于应用于星地资源规划领域，特别涉及一种面向低轨星座的星地资源规划选择算法。


背景技术：

2.低轨星座卫星主要用于军事目标探测，利用低轨道卫星容易获得目标物高分辨率图像。低轨道卫星也用于手机通讯，卫星的轨道高度低使得传输延时短，路径损耗小。多个卫星组成的通讯系统可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效。蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。低轨道卫星是最新最有前途的卫星移动通信系统。而在低轨卫星的星地资源划分选择，决定了整个低轨星座的数据交互效率，为此我们提出一种面向低轨星座的星地资源规划选择算法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种面向低轨星座的星地资源规划选择算法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向低轨星座的星地资源规划选择算法，包括如下步骤：
5.s1、确定星座构型和地面站位置；
6.s2、基于地面站与卫星的遥控与数据互传需求，需计算卫星过境时段，以此保证在时间窗口内进行有效的数据互传；
7.s3、由于卫星在经过时间窗口时会处于多个地面站的天线捕获范围，而卫星仅能与一个地面站建立星地链路，故而需要基于时间窗口大小进行星地链路冲突消解；
8.s4、输出计算结果。
9.优选的，步骤s1的星座构型与底面位置具体操作方法为，设定轨道面数、每个轨道面的卫星数量及轨道高度，而后初始化所有卫星的星历信息，同时加载各地面站的位置信息，包括经度、纬度和高度。
10.优选的，步骤s2中的卫星过境时段计算方法如下：
11.s201、输入：起始计算时间t
start
、结束计算时间t
end
、天线接收的最低仰角e
min
、是否回退起始计算时间if back；
12.s202、通常地，地面站天线可捕获范围不会超过卫星轨道的四分之一，如果在起始计算时刻卫星已处于地面站可建链范围内，此时需要回退到卫星未进入天线捕获范围之前的某个时刻t1才可计算出这一圈的时间窗口，因此，可选择回退四分之一轨道：
13.t1＝t
start-2460/meanmotion/4
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
14.其中，t
start
是起始计算时间，单位为分钟，meanmotion为卫星的平均运动速度，单位为圈/天；
15.s203、判断卫星当前仰角是否高于约束的最低仰角，如果高于最低仰角，说明此时
卫星在地面站的可建链范围内，则以60秒的步长不断推进时间，直至当前仰角低于最低仰角，说明卫星已离开天线可捕获的范围，为了能够更快找到下一圈的进站时间，在卫星出站时刻t
out
加上四分之三的轨道时间，得到计算下一个时间窗口的起始计算时间t2：
16.t2＝t
out
+2460/meanmotion0.75
ꢀꢀ
(2)
17.s204、如果卫星当前仰角低于约束的最低仰角，说明此时卫星还未到地面站的可建链范围内，则开始计算进入天线捕获范围的时刻，以60秒的步长推进时间，当仰角等于或超过最低仰角时，表明此时已进入天线捕获范围内，记录当前时间t
in
；
18.s205、前述第4步以60秒的步长计算进站时间，主要目的是为了减小系统的计算复杂度，当计算出大致进站时间之后，为了更精确，回退60秒，以5秒的步长推进时间，直到卫星当前仰角再次等于或超过最低仰角，同时更新进站时间t
in
。
19.s206、在进入地面站可建链范围后，开始计算卫星离开地面站覆盖范围的时间，以30秒的步长推进时间，同时将每次推进后的时间与最初输入的结束计算时间进行比较，如果未超过结束计算时间且当前仰角还在覆盖范围内，则继续推进时间；
20.如果超过结束计算时间，则立即结束计算，在计算过程中比较每一次的仰角大小，计算完成后输出卫星过境时的最大仰角e
max
。
21.s207、基于第5步，为更精确计算出卫星出站时间，回退30秒，以5秒的步长推进时间，直到卫星当前时间超过结束计算时间或当前仰角再次超过最低仰角，同时更新出站时间t
out
；
22.s208、判断当前时间是否超出了结束计算时间，如果未超出，说明此次计算出的卫星过境时段在任务要求范围内，可正常输出；
23.如果当前时间超出了结束计算时间，说明此次计算出的卫星出站时间不在任务要求范围内，此时应该以计算出的进站时间和结束计算时间作为一个时间窗口进行输出；
24.s209、每计算出一个时间窗口，将输出的进站时间与结束计算时间进行比较，如果进站时间超过了结束计算时间，则此组结果作废，并立即结束计算；
25.如果未超过，则更新下一次计算的起始计算时间，从前述第2步再次开始计算。
26.优选的，步骤s3采用的具体方法是比较卫星和不同地面站的建拆链时间窗口长度，如果有冲突时段，则选择时间窗口长度更大的地面站建立星地链路，以此进行冲突消解。
27.优选的，步骤s4中输出的计算结果包括卫星、地面站、建链时间、拆链时间、时间窗口长度与最大仰角，并进行表格制作。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.本方案为多星任务规划提供了一种星地资源规划选择算法，能够根据卫星的星历信息和地面站的地理位置计算出卫星的过境时段，通过比较卫星相对于不同地面站的时间窗口长度，可自主选择需要建立星地链路的地面站，解决卫星建链冲突问题，更充分、有效地利用星地资源。
附图说明
30.图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.实施例
33.本实施例基于15个轨道面，每个轨道面16颗卫星，轨道高度为600km的walkef星座为例进行描述：
34.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种面向低轨星座的星地资源规划选择算法，包括如下步骤：
35.s1、确定星座构型和地面站位置；
36.s2、基于地面站与卫星的遥控与数据互传需求，需计算卫星过境时段，以此保证在时间窗口内进行有效的数据互传；
37.s3、由于卫星在经过时间窗口时会处于多个地面站的天线捕获范围，而卫星仅能与一个地面站建立星地链路，故而需要基于时间窗口大小进行星地链路冲突消解；
38.s4、输出计算结果。
39.具体而言，步骤s1的星座构型与底面位置具体操作方法为，设定15个轨道面，每个轨道面的卫星数量为16颗，轨道高度为600km，而后初始化240颗卫星的星历信息，同时加载各地面站的位置信息，包括经度、纬度和高度。
40.具体而言，步骤s2中的卫星过境时段计算方法如下：
41.s201、输入：起始计算时间t
start
、结束计算时间t
end
、天线接收的最低仰角e
min
、是否回退起始计算时间if back；
42.s202、通常地，地面站天线可捕获范围不会超过卫星轨道的四分之一，如果在起始计算时刻卫星已处于地面站可建链范围内，此时需要回退到卫星未进入天线捕获范围之前的某个时刻t1才可计算出这一圈的时间窗口，因此，可选择回退四分之一轨道：
43.t1＝t
start-2460/meanmotion/4
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
44.其中，t
start
是起始计算时间，单位为分钟，meanmotion为卫星的平均运动速度，单位为圈/天；
45.s203、判断卫星当前仰角是否高于约束的最低仰角，如果高于最低仰角，说明此时卫星在地面站的可建链范围内，则以60秒的步长不断推进时间，直至当前仰角低于最低仰角，说明卫星已离开天线可捕获的范围，为了能够更快找到下一圈的进站时间，在卫星出站时刻t
out
加上四分之三的轨道时间，得到计算下一个时间窗口的起始计算时间t2：
46.t2＝t
out
+2460/meanmotion0.75
ꢀꢀ
(2)
47.s204、如果卫星当前仰角低于约束的最低仰角，说明此时卫星还未到地面站的可建链范围内，则开始计算进入天线捕获范围的时刻，以60秒的步长推进时间，当仰角等于或超过最低仰角时，表明此时已进入天线捕获范围内，记录当前时间t
in
；
48.s205、前述第4步以60秒的步长计算进站时间，主要目的是为了减小系统的计算复杂度，当计算出大致进站时间之后，为了更精确，回退60秒，以5秒的步长推进时间，直到卫星当前仰角再次等于或超过最低仰角，同时更新进站时间t
in
。
49.s206、在进入地面站可建链范围后，开始计算卫星离开地面站覆盖范围的时间，以30秒的步长推进时间，同时将每次推进后的时间与最初输入的结束计算时间进行比较，如果未超过结束计算时间且当前仰角还在覆盖范围内，则继续推进时间；
50.如果超过结束计算时间，则立即结束计算，在计算过程中比较每一次的仰角大小，计算完成后输出卫星过境时的最大仰角e
max
。
51.s207、基于第5步，为更精确计算出卫星出站时间，回退30秒，以5秒的步长推进时间，直到卫星当前时间超过结束计算时间或当前仰角再次超过最低仰角，同时更新出站时间t
out
；
52.s208、判断当前时间是否超出了结束计算时间，如果未超出，说明此次计算出的卫星过境时段在任务要求范围内，可正常输出；
53.如果当前时间超出了结束计算时间，说明此次计算出的卫星出站时间不在任务要求范围内，此时应该以计算出的进站时间和结束计算时间作为一个时间窗口进行输出；
54.s209、每计算出一个时间窗口，将输出的进站时间与结束计算时间进行比较，如果进站时间超过了结束计算时间，则此组结果作废，并立即结束计算；
55.如果未超过，则更新下一次计算的起始计算时间，从前述第2步再次开始计算。
56.具体而言，步骤s3采用的具体方法是比较卫星和不同地面站的建拆链时间窗口长度，如果有冲突时段，则选择时间窗口长度更大的地面站建立星地链路，以此进行冲突消解。
57.具体而言，步骤s4中输出的计算结果包括卫星、地面站、建链时间、拆链时间、时间窗口长度与最大仰角，并进行表1的制作：
[0058][0059]
表1面向低轨星座的星地资源规划选择算法输出结果表格
[0060]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。