[发明专利]一种宽带低轨卫星通信系统的信关站选址方法及系统

说明书

本发明公开了一种宽带低轨卫星通信系统的信关站选址方法及系统，该方法包括：生成卫星网络静态拓扑；构建全球用户位置业务模型，得到所有卫星承载的业务量；以最小化通信时延和最大化数据传输速率为目标，以信关站选址范围、信关站接收机门限和单星容量上限为约束条件，构建目标函数；计算一组候选信关站其目标函数适应度的具体方法；采用遗传算法优化信关站的选址。该系统包括：卫星、信关站和用户终端。本发明考虑了单星容量限制和全球业务分布对信关站选址的影响，为宽带低轨卫星通信系统的信关站选址提供一种有效的参考方法。本发明作为一种宽带低轨卫星通信系统的信关站选址方法及系统，可广泛应用于卫星通信技术领域。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种宽带低轨卫星通信系统的信关站选址方法及系统。

背景技术

信关站位置的优劣直接决定了卫星通信系统的信息传递能力，目前针对宽带低轨卫星通信系统信关站选址的基本方式有以下两种：从工程角度出发，结合当地气候条件、电磁环境和自然灾害影响进行选址；从系统角度出发，根据卫星的覆盖分布确定信关站的选址位置和数量，以低成本实现最佳通信速率。由于星上设备运算能力和存储容量有限，且地域差异、全球人口分布、经济发展等问题也会导致的业务需求分布不均匀，而常规信关站选址的过程中未考虑单星容量上限和全球业务量分布情况，存在一定的不合理性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种宽带低轨卫星通信系统的信关站选址方法及系统，考虑单星容量上限和全球业务需求分布，利用给定数量的信关站实现最佳通信速率。

本发明所采用的第一技术方案是：一种宽带低轨卫星通信系统的信关站选址方法，包括以下步骤：

S1、将一个卫星系统周期内的卫星网络动态拓扑结构分离成静态拓扑结构，读取所有卫星星下点位置并计算每颗卫星的对地覆盖带宽；

S2、遍历所有卫星，根据卫星星下点位置计算每个时刻任意两个卫星之间能否建立星间链路，得到卫星之间的可见性；

S3、将全球用户网格化并构建全球用户位置业务模型；

S4、根据卫星星下点位置、每颗卫星的对地覆盖带宽和全球用户位置业务模型中的用户位置，计算每个时刻用户端的可视卫星，得到卫星与用户的可见性；

S5、根据全球用户位置业务模型和卫星与用户可视关系计算每颗卫星实时承载的业务量，得到卫星集合SAT_Traffic_k；

S6、根据预设的约束条件，以最小化通信时延和最大化馈电链路数据传输速率为目标，构建目标函数；

S7、给定一组侯选信关站位置，基于卫星与用户的可见性、卫星之间的可见性、卫星与信关站的可见性和每颗卫星承载的业务量，确定在单星最大容量和馈电链路最大容量的限制下能实现的L条通信链路，计算目标函数的适应度；

S8、给定信关站数量M，采用遗传算法优化信关站选址，搜索得到一组具有最大适应度的信关站位置。

进一步，计算每颗卫星的对地覆盖带宽S_w的公式如下：

上式中，R_e为地球半径，h为卫星高度，S'为卫星星下点，O为地心，A为处于最小仰角的用户点，θ为用户最小仰角。

进一步，所述遍历所有卫星，根据卫星星下点位置计算每个时刻任意两个卫星之间能否建立星间链路，得到卫星之间的可见性这一步骤，两颗卫星建立星间链路，其位置必须满足以下条件：

上式中，R_e为地球半径，h为卫星高度，α为两颗卫星之间的地心角，H_p为星间链路与地球表面的距离。