[发明专利]一种基于球面数字相控阵系统的海洋卫星通信组网方法

摘要

本发明公开一种基于球面数字相控阵系统的海洋卫星通信组网方法，该方法首先构建海基组网，选择合适的节点作为簇首，使得该网络能利用更多低轨卫星资源，然后建立海基终端‑卫星通信链路，当工作在同一工作频段时，计算最优卫星数目；不完全工作在同一工作频段时，一种是遵循相同工作频率时的方式进行建立，另一种从资源均等角度出发，使所有卫星均能同步进行通信，且存在复用阵元，并给出一个网络中适合的复用阵元数求解方法；最后，构建基于球面数字相控阵系统的海洋卫星通信系统模型。本发明的海洋卫星组网方法充分利用资源，能够保证所有通信链路均满足所有类型业务需求，该方法对未来海洋卫星通信发展具有重大意义。

主权项

1.一种基于球面数字相控阵系统的海洋卫星通信组网方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：构建海基组网；将海上一定范围内所有船只舰队节点组成一个簇结构的海基网络，在位于较多颗低轨卫星覆盖范围内的某一船只上搭载球面数字相控阵系统，作为该海基网络簇首，其他船只节点只能通过该节点与低轨卫星进行通信；S2：建立海基终端‑卫星通信链路，共分为两种情况：(1)当所有卫星工作频段都相同时，需要在增加同步通信卫星数目时保障网络流通量不随信道数增加而减少；链路建立通过分配给卫星通信一定的阵元总数进而求解最优链路数目，即求解卫星数目；具体实现如下：(1.1)计算任意一条信道的网络流通量qi＝l×log2pi，其中，单个波束功率pi＝vi·ki·pmax，ki为合成该波束所需阵元数，vi为包含合成波束损耗以及扫描角造成的增益损耗，pmax为单个阵元最大发射功率，l为常数；(1.2)求解最优的同步通信卫星数目N，使得卫星‑船只通信链路总流通量Q最大，具体的求解方程如下：subject to qi＝l·log2(vi·ki·pmax)其中，M为分配给卫星通信的阵元数，N为同步通信的卫星数目；(2)当所有卫星工作频段不完全相同时，通信链路建立方式有两种：方式一：完全参考所有卫星工作在相同频段时的链路建立方式，即每个阵元同一时刻只收/发一个信号，通过分配给卫星通信一定的阵元总数进而求解最优的同步通信卫星数目；方式二：将海基终端与能够实现通信的所有卫星建立通信链路，即N为定值，M也为定值，且M>N，通过网络流通量最大化确定最优复用阵元总数；具体实现如下：(2.1)计算阵元最大输出功率：每个阵元最多同时输出两个不同频率信号，复用的阵元最大输出功率为Px＝Psat‑PAR1，无复用的阵元最大输出功率为Py＝Psat‑PAR2，其中，PAR1为复用阵元输出信号峰均比，PAR2为无复用阵元输出信号峰均比，且PAR1≥PAR2；(2.2)计算任意一条信道的网络流通量q_i＝l×log₂p_i，l为常数，p_i＝v_i·(k_ix·p_x+k_iy·p_y)，其中，k_ix为合成该波束使用复用阵元数目，k_iy为合成该波束使用无复用阵元数目，(2.3)求解最优复用阵元总数M_x：最优复用阵元总数同时使卫星‑船只通信链路总流通量Q最大，此时最优复用阵元总数M_x可通过下述方程进行求解：subject to qi＝l·log2piS3：构建基于球面数字相控阵系统的海洋卫星通信系统模型；通过S2确定的同步通信卫星数目，确定整个海基网络通过海基终端相控阵系统形成指向卫星的波束数目，进而形成由海基网络和低轨卫星节点组成的海洋卫星通信系统模型，实现海基组网与多颗低轨卫星通信，传输数据。