[发明专利]一种卫星导航系统及其拓扑规划星间链路网络的方法

说明书

本发明提供了一种卫星导航系统及其拓扑规划星间链路网络的方法，总体设计思路为依次求解每个时隙内的星间链路拓扑，每完成一个时隙的星间链路拓扑求解，更新算法参数进而求解下一个时隙的星间链路拓扑，完成所有时隙的星间链路网络拓扑求解后进行全局优化，最终输出一个建链周期的拓扑规划。

技术领域

本发明涉及卫星领域，尤其涉及一种卫星导航系统及其拓扑规划星间链路网络的方法。

背景技术

星间链路就是在卫星之间建立无线链路，在导航系统中，建设星间链路可以实现卫星之间的通信和测距功能，利用星间链路通信可以更加频繁的对导航星历进行更新，提高导航系统的服务性能，同时实现测控信息的转发，对导航星座进行间接测控；利用星间链路进行卫星间测距，可以提高卫星定轨精度，或在没有地面站支持的情况下实现导航星座自主运行。目前，全球各大导航系统均开展了星间链路技术的研究或应用。时分体制的星间链路是当下一种先进的星间链路体制，该体制下每颗卫星配置一副指向可控的天线，在不同时刻切换天线指向，实现不同卫星间的星间链路建立，因此星间链路网络的拓扑结构是时变的。这种体制的星间链路具有成本低、效率高、网络拓扑灵活以及性能优异等突出特点。

该体制的星间链路网络拓扑为预先规划，即根据事先计算的卫星轨道参数，按照一定的方法和策略约定每颗卫星在不同时刻与指定的目标卫星建立星间链路。两颗卫星一次建链的持续时长称为一个时隙，多个时隙组成一个建链周期，通过约定星座回归周期内每个时隙的卫星建链关系，即可完成星间链路网络的拓扑规划，确定星间链路网络拓扑的时变规律。

基于星间链路网络拓扑规划结果，星间链路网络完成数据传输和星间测距。星间链路网络拓扑规划结果与星间链路网络的性能密切相关，直接影响卫星的测量观测数据、卫星定轨精度、网络信息传输时延、网络通信吞吐量等重要指标。因此，针对这类时变的导航系统星间链路网络，综合考虑星间链路的通信、测量和扩展使用需求，设计一种优化的网络拓扑规划方法具有十分重要的意义。

目前，虽然有少部分导航系统时变星间链路的网络拓扑规划方法的研究，但大多研究不够深入，主要存在的技术缺陷包括：

(1)星间链路主要具备通信和测量的功能，但是部分方法难以两者同时兼顾，以其中的一项功能作为星间链路网络拓扑规划的优化目标，而忽视了另一项功能的需求，造成星间链路网络性能不平衡，难以在实际中应用。

(2)现有方法仅考虑星间链路在本系统的使用需求，未能兼顾星间链路对于系统外其他扩展用户的使用需求。利用最少的星间链路资源满足本导航系统全部使用需求和性能约束条件下，将剩余星间链路资源分配给系统外用户，可以提高星间链路的使用效率。

(3)部分现有方法对于通信性能的考虑基于整网点对点的通信需求，针对导航系统的通信特点，以地面站与境外卫星的通信需求为优化目标可进一步提高星间链网络的通信性能。

(4)部分现有方法以最优的卫星几何构型(DOP值)为优化目标，随着DOP值的减小，其对卫星定轨精度的改善效果将变得有限，若追求几何构型的最优化一定程度上浪费了星间链路资源。因此，在满足一定的星间链路数量和DOP值约束基础的条件下，不再寻求几何构型的最优化，将星间链路资源分配给通信需求或扩展用户需求可进一步提升网络的整体性能。

(5)部分现有方法将星间观测数量和卫星几何构型作为测量性能的指标，但对于导航系统而言，星座自主导航性能还与选星密切相关，同样的星间链路数量或相同的DOP值条件下，不同的选星会对卫星定轨精度产生一定的影响，在星间链路网络拓扑规划时应加入考虑。

发明内容

有鉴于上述技术问题，本发明提供了一种卫星导航系统，包括：

卫星，所述卫星被配置为执行下列动作：