[发明专利]基于约束满足的低轨互联网星座星地链路规划方法

权利要求书

1.一种基于约束满足的低轨互联网星座星地链路规划方法，其特征在于，所述方法包括：

构建星地几何可见模型；

构建星间距离可见模型；

根据所述星地几何可见模型构建星地链路可见模型；

根据所述星地链路可见模型获取目标卫星与地面信关站设备之间的测量数据；

根据所述星地几何可见模型和所述星间距离可见模型确定约束条件；

根据所述约束条件确定所述测量数据的有效性，并根据所述测量数据的有效性建立有效测量链路矩阵；

确定星地组网规划原则；

根据所述星地组网规划原则、所述约束条件和所述有效测量链路矩阵建立目标星地链路规划模型；

对所述目标星地链路规划模型进行计算，得到星地链路资源调度结果；

所述根据所述约束条件确定所述测量数据的有效性，并根据所述测量数据的有效性建立有效测量链路矩阵包括：

设R是地面信关站设备与目标卫星的径向距离、E是测控天线电轴与目标卫星间的俯仰角；R_max是地面信关站设备的最大测控距离、E_min是地面信关站设备跟踪目标卫星的最小仰角条件；

则有效测量数据的约束条件表示为：R≤R_max，E≥E_min；

ΔT是满足最短测量弧长的时间片，T是可见弧段时长窗口，A＝{a₁，a₂，...，a_|M|}是待执行任务集合；

则在一个可见弧段时长窗口内，时间片的数量表示为

针对每颗卫星的测轨任务，设有M个地面信关站设备和K个卫星组网的星座参加测量，则得到M×K可见矩阵，当时间片内的测量数据有效时，对应的星地链路数值设置为“1”；当时间片内的测量数据无效时，对应的星地链路数值设置为“0”，得到所述有效测量链路矩阵；

设t₁时间卫星s内部干扰信号强度为地面信关站设备对于星座内部干扰最大容忍程度为max_{g_dis}；t₁时间地面信关站设备g的落雨量是地面信关站设备运行对于雨量的最大许可范围为max_{g_rain}；

则在一定时间t₁时，星地几何可见窗口实际可用的条件表示为：

所述根据所述星地组网规划原则、所述约束条件和所述有效测量链路矩阵建立目标星地链路规划模型，包括：

设A＝{a₁，a₂，...，a_|M|}是待执行任务集合，w_ij是调度时间里卫星i在其第j个可见弧段里要完成的任务，1＜i＜n，1＜j＜N_i，n为调度时间要实施任务的卫星数目，N_i为卫星i在调度时间里的可见弧段数，S＝{s₁，s₂，...，s_|G|}是地面信关站设备天线波束的资源集合，C表示约束条件集，包含调度问题的所有约束条件，TW表示时间窗口集，每个任务相对于每个资源有一系列的时间窗口或者没有，如果没有，表示该任务不能在该资源上执行，Th表示调度的截止时间，可用以下形式表示星地链路的调度问题：

Θ＝{A，S，C，TW，Th}；

设t_i∈{0，1}表示任务a_i的调度决策变量，对于一个指定的任务子集如果所述任务子集中任一任务没有满足，则调度结果表示无效，完成所述任务子集的要求表示为：

设x_i，j∈{0，1}表示资源选择决策变量，如果选择资源S_j执行任务a_i，则x_i，j＝1，TW_i，j表示第j个资源对于第i个任务的可用时间窗口集，表示时间窗口决策变量，如果资源S_j在时间窗口内执行任务a_i，则表示可行解集合，该解满足所有的调度约束，对于必须完成的任务子集必须分配相匹配的资源和时间窗口，表示为：

设st_i表示任务a_i的调度开始时间，d_i表示任务a_i的持续时间，如果任务a_i和任务a_i′同时占用一个资源S_j，则任务a_i和任务a_i′的调度时间必须满足以下条件：

C₂₁＝{Z|x_i，j*s_i-x_i′，j*s_i′≥d_i′，if s_i≥s_i′，i，i′∈M，j∈S}；

C₂₂＝{Z|x_i，j*s_i′-x_i′，j*s_i≥d_i，if s_i′≥s_i，i，i′∈M，j∈S}；

设表示第k个时间窗口的开始时间，任意可以完成的任务开始时间必须在所选定的资源的可用时间窗口开始时间之后，表示为：

设表示第k个时间窗口的结束时间，任意可以完成任务的执行必须在所选定资源的可用时间窗口之内，且包含在调度周期Th内，表示为：

C₄₂＝{Z|0≤s_i+d_i≤Th，i∈M}；

F(Z)是调度优化目标函数；

所述目标星地链路规划模型为：max F(Z)＝∑_i∈M(t_ip_i)；

p_i表示任务a_i的优先级。