[发明专利]基于星上自主覆盖计算的低轨星座最优切换方法

说明书

本发明提出了一种基于星上自主覆盖计算的低轨星座最优切换方法，包括：S10，当前卫星计算星座内各卫星对目标区域的覆盖时间区间；S20，基于各卫星的覆盖时间区间，生成最优切换序列，根据最优切换序列确定当前卫星的最优接替卫星；S30，当目标区域为移动区域时，若当前卫星无法按预设时间段完成对目标区域完全覆盖时，计算未来预设时间内的最优切换序列，以确定当前卫星的切换时刻及接替卫星。本发明能够在不依赖地面遥控指令的情况下，由卫星通过自主计算完成通信服务切换，自动化程度高，并能够适应地面目标区域不断移动的情况，能够保证每次切换是针对当前地面区域位置的最优切换，使得切换后通信维持时间长，后续切换次数少。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于星上自主覆盖计算的低轨星座最优切换方法。

背景技术

相比传统中/高轨卫星通信系统，低轨卫星通信具有传输时延短，路径损耗小等优点，多颗低轨卫星组成的星座可以实现全球覆盖。例如，美国铱星全球卫星通信系统，使用77颗小型通信卫星构成星座，通过合理设计轨道，能够使得在全球任何地点，总有一颗卫星能够进行提供通信服务，从而提供基于低轨卫星的全球移动通信服务。

由于低轨卫星轨道周期较短，其对地面区域难以长时间持续覆盖，为了保持通信服务的连续、稳定，需要多颗卫星进行接力交替服务，即当前服务的卫星在即将飞离地面用户区域前，需将服务职责交接给接替卫星，由接替卫星继续提供通信服务。卫星接替过程对用户透明，使得用户可以利用低轨卫星进行连续通信。

由于卫星接替存在开销，并且存在通信中断的风险，一个运行良好的低轨卫星通信系统能够在用户通信期间，尽可能减少卫星切换次数，并能在用户漫游的情况下，变更切换次序，保证对漫游用户的连续通信保障。

传统的卫星切换方法，是针对地面某一固定区域，计算出星座内每颗卫星的覆盖时间段，并将时间段进行排列组合，找出既能保证通信连续，又使得切换次数最少的“最优”切换序列，用于指导卫星的切换。针对用户漫游的情况，将地面区域划分为蜂窝状的多个区域，通过合理设计蜂窝区域的大小，使得每个蜂窝区域能够被至少一颗卫星的波束完全覆盖，针对每个蜂窝区域计算卫星的最优切换序列，显然，不同蜂窝区域具有不同的最优切换序列，根据用户漫游所处的蜂窝区域，采用不同的切换序列进行接力通信保障，即可对漫游用户提供连续通信保障。

上述方法，虽然能够实现对漫游用户的连续覆盖，但由于地面蜂窝区域数量较多，每个地面蜂窝区域都有其最优切换序列，需要存储大量的切换序列，处理复杂，且当用户漫游进入一个新的蜂窝区域时，如果该蜂窝区域当前正在进行卫星接替，可能导致通信中断。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何可靠进行卫星的通信接替，本发明提出一种基于星上自主覆盖计算的低轨星座最优切换方法。

根据本发明实施例的基于星上自主覆盖计算的低轨星座最优切换方法，包括：

S10，当前卫星计算星座内各卫星对目标区域的覆盖时间区间；

S20，基于各卫星的覆盖时间区间，生成最优切换序列，根据最优切换序列确定当前卫星的最优接替卫星。

根据本发明的一些实施例，步骤S10中，当前卫星基于各卫星的开普勒轨道六根数，计算各卫星对地面目标区域的开始覆盖时刻及结束覆盖时刻，获得各卫星的覆盖时间区间。

在本发明的一些实施例中，步骤S10中，各卫星的覆盖时间区间的计算具体包括：

S11，计算卫星的星下点位置；

S12，基于所述星下点位置，计算卫星瞬时对地覆盖范围；

S13，根据卫星瞬时对地覆盖范围，判定卫星的波束是否完全覆盖地面目标区域；

S14，进行波束覆盖时间段预测。

根据本发明的一些实施例，步骤S11具体包括：