一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法与流程

本发明属于卫星通信，具体涉及一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法。

背景技术：

1、随着美国gps的现代化，俄罗斯glonass系统的复兴及中国北斗卫星导航系统(bds)和欧盟galileo系统的建成，多系统进行组合导航和定位已成为目前国内外研究和应用的热点。如今，gps和glonass已处于满星座正常运行状态，bds和galileo正处于建设阶段，可见卫星数总体上低于前两个系统。待四系统完全建成时，天空中总的卫星数将超过100颗，接收机可同时观测到的卫星数将超过50颗。相对于单系统而言，多系统组合定位具有更好的可靠性和稳定性。例如在城市峡谷地区，多系统组合可以明显提高可见卫星数等。

2、但是，当卫星数量超过一定的数目时，定位性能并不会继续得到提高，反而过多的卫星数量将带来计算量的显著增加，进而使得卫星地面站的选星流程时间较长，效率偏低，进而对定位的时效性产生影响。

3、鉴于此，本发明为解决上述问题，设计一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是针对目前技术中的不足，提供了一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明提供了一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法，步骤如下：

3、s1.对卫星地面站的选星场景和星链各个子星场景之间切换的情况进行建模；

4、s2.对卫星地面站进行多对多选星之间的关系进行分析并建模；

5、s3.列出星链通信系统选星在各个场景变换过程中的效率矩阵，并将场景转换选星组合模型抽象为0-1整数规划问题；

6、s4.对场景转换选星组合模型进行求解，并给出求解算法，得出可行的最快选星流程。

7、进一步的，在所述步骤s1中的建模过程为：卫星地面站的使用场景是基于状态、特定表达和转化模式的一个有机整体，被记作ω＝<s，e，t>；

8、s代表使用场景ω中的带宽余量状态和功率余量状态，是由所有可能的离散状态组成，记作s＝(s1，s2，…，sn)，任意两种s的状态是不能同时存在的；

9、e代表使用场景ω中s状态所对应的影响，记作e＝{e1，…，em}，而每个影响都不是单一的一种状态影响，而是不同的状态s和其对应发生概率的集合，所以有em＝(<s1，p1>，<s2，p2>，…，<sn，pn>)m，其中而pi是不同状态si发生的概率。

10、进一步的，状态切换矩阵t被记为：

11、其中即pij表示状态si切换到状态sj的概率；

12、状态和影响之间的关系表示为：

13、其中，πi表示未来的未知状态的概率分布，λi表示基于历史数据统计或者经验知识计算得到的状态影响的概率，st表示当前状态，st-1表示上一次状态，则状态变化的影响表示为：

14、

15、则有：

16、

17、

18、进一步的，在所述步骤s2中的建模过程为：假设选星为xi取值为xi∈{0,1}值，xi＝1表示第i个选星被选星流程选中，xi＝0表示第i个选星没被选星流程选中，定义x为选星流程，x＝{xi|xi＝1}；同时定义二元变量x(1,2)＝1来描述选星x1在x2选星前面的顺序关系，同理，二元变量x(2,1)＝1来描述选星x2在x1选星前面的顺序关系；如果x(1,2)＝x(2,1)＝1则表示两个选星的顺序是可以随便调换的。

19、进一步的，结合所述步骤s1中的场景切换模型和所述步骤s3中的效率矩阵，在每个选星场景切换的背景下，t时段的效率评价矩阵可以表示为如下矩阵：

20、

21、v(i，j)t是第i个选星在场景中的第j个状态在t时刻的效率，vxt是选星流程x在时间t的总效率；

22、选星在t个时间段形成的所有场景的平均值被表示为通过下式进行计算：

23、

24、则，整个选星流程x的整体效率vx的值可以用下式来计算：

25、

26、进一步的，在所述步骤s3中，选星的效率最大值计算公式如下：

27、

28、其中ax≤b，表示选星流程的时间约束条件，被设置为一个无量化的数值；如果选星流程能得到效率最大值，则得到最可行的选星方案，记为xf，且有xf＝{x|ax≤b}。

29、进一步的，在所述s4中，具体步骤如下：

30、s11：随机生成选星流程xm，假设xm组成的选星数量为m；

31、s12：初始化选星流程xm，确保所有选星的顺序符合选星的顺序关系；

32、s13：计算的值；

33、s14：如果存在一个选星则将xi添加到xm，则选星流程变为xm+1；

34、s15：如果则xm＝xm+1，否则xm保持不变；

35、s16：遍历选星，直至得到最大的max vx(t)；

36、s17：此时，得到可行的最快选星流程xf＝xm。

37、有益效果：针选星链低轨卫星通信系统，设计了一种场景转换选星组合模型，使得选星流程可以根据场景变换随机组合，同时通过场景转换选星组合的模型计算出最高效率的选星流程，从而保障了选星的时效性和均衡性；另外，本发明能够实现星链卫星通信网最高效率的卫星地面站多对多选星，确保被选星链路在各种场景下都能稳定完成多对多卫星地面站的选星，极大地提高了星链卫星通信系统卫星地面站多对多的选星效率。

技术特征：

1.一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法，其特征在于：步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法，其特征在于：在所述步骤s1中的建模过程为：卫星地面站的使用场景是基于状态、特定表达和转化模式的一个有机整体，被记作ω＝<s，e，t>；

3.根据权利要求2所述的一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法，其特征在于：状态切换矩阵t被记为：

4.根据权利要求1所述的一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法，其特征在于：在所述步骤s2中的建模过程为：假设选星为xi取值为xi∈{0,1}值，xi＝1表示第i个选星被选星流程选中，xi＝0表示第i个选星没被选星流程选中，定义x为选星流程，x＝{xi|xi＝1}；同时定义二元变量x(1,2)＝1来描述选星x1在x2选星前面的顺序关系，同理，二元变量x(2,1)＝1来描述选星x2在x1选星前面的顺序关系；如果x(1,2)＝x(2,1)＝1则表示两个选星的顺序是可以随便调换的。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法，其特征在于：结合所述步骤s1中的场景切换模型和所述步骤s3中的效率矩阵，在每个选星场景切换的背景下，t时段的效率评价矩阵可以表示为如下矩阵：

6.根据权利要求1所述的一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法，其特征在于：在所述步骤s3中，选星的效率最大值计算公式如下：

7.根据权利要求1所述的一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法，其特征在于：在所述s4中，具体步骤如下：

技术总结
本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种基于场景转换模型的星链卫星通信网选星切换方法。针选星链低轨卫星通信系统，设计了一种场景转换选星组合模型，使得选星流程可以根据场景变换随机组合，同时通过场景转换选星组合的模型计算出最高效率的选星流程，从而保障了选星的时效性和均衡性；另外，本发明能够实现星链卫星通信网最高效率的卫星地面站多对多选星，确保被选星链路在各种场景下都能稳定完成多对多卫星地面站的选星，极大地提高了星链卫星通信系统卫星地面站多对多的选星效率。

技术研发人员：史焱,李江华,齐东元,王继博
受保护的技术使用者：凯睿星通信息科技（南京）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15