[发明专利]一种基于二阶Markov预测的星地链路切换方法

权利要求书

1.一种基于二阶Markov预测的星地链路切换方法，其特征在于，包括：

对高速终端移动轨迹进行二阶Markov建模，预测轨迹信息；GEO卫星通过轨迹预测信息和LEO卫星星历确定候选LEO目标卫星集合；

结合切换要素，通过灰色关联和专家评判结合的权重法获取所述候选LEO目标卫星集合中每个LEO卫星的权重，选择权重最大的LEO卫星进行切换；

对高速终端移动轨迹进行二阶Markov建模，预测轨迹信息，具体包括：

基于网络SDN架构，将控制器部署在GEO卫星上，用于控制切换决策并进行信息处理；

将二阶Markov应用于高速终端移动轨迹模型中，根据高速终端的当前位置和前一个位置预测下一位置；

GEO卫星根据预测结果和LEO卫星星历确定候选LEO卫星集合；

将二阶Markov应用于高速终端移动轨迹模型中，根据高速终端的当前位置和前一个位置预测下一位置，具体为：

在二阶Markov基础上，定义c,V_t,f_c,f_m,θ分别为光速与LEO卫星的相对运动速度、终端与LEO卫星的相对运动速度、射频频率、多普勒频移、LEO卫星与终端的连线和速度方向的夹角，取相干时间T_c为采样间隔，即：

对应地，

同时定义u代表高速运动的超音速飞机类通信终端簇中第u个终端，1≤u≤U；取t＝kT_c，则t时刻端u到LEO卫星n的欧氏距离为：

(x_u(t),y_u(t),z_u(t)),(xS_n(t),yS_n(t),zS_n(t))分别为t时刻高速终端u所在坐标和LEO卫星n的坐标，k是常数，表示t时刻是第几个采样时间间隔；在时刻t测量LEO卫星n的接收功率P_r为：

P_r＝EIRP+G_r-LOSS         (4)

G_r表示接收天线增益；LOSS表示传输损耗，包括自由空间路径损耗L_FS，同时考虑遮蔽衰减f(x)并累加到L_FS上；EIRP表示发射端在最大天线增益方向上获得的发射功率；

EIRP＝P_t+G_t             (5)

P_t,G_t分别为dB形式的发射功率和接收天线增益，r为路径距离，λ为无线电波的波长，η_A为天线效率，d为天线直径；

接收天线增益为：

传输损耗LOSS为：

LOSS＝L_FS+L_RF+L_A            (7)

自由空间路径损耗为：

L_FS,L_RF,L_A分别为自由空间路径损耗，接收馈线损耗和大气吸收损耗；

结合切换要素，通过灰色关联和专家评判结合的权重法获取所述候选目标LEO卫星集合中每个LEO卫星的权重，选择权重最大的LEO卫星进行切换，具体为：

选取切换要素；

通过灰色关联思想，根据候选目标LEO卫星集合和所选取的切换要素构造候选LEO卫星集参考序列S，记为：

理想型决策方案为S₀＝{S₀₁,S₀₂,S₀₃,S₀₄,S₀₅}，其中，对LEO卫星集参考序列S中的切换要素进行无量纲化处理和初值化处理，得到：

S'＝(S_ij')_(n+1)×m(i＝0,1,2,...,h_i；j＝1,2,...,5)          (18)

对应地，

S_ij'＝S_ij/S_0j           (19)

将S'中切换要素记为E＝{E₁,E₂,E₃,E₄,E₅}，由_n个专家给出各个要素的权重值，于是得到：

E＝(e_bj)_n×5,b＝1，2，...，n；j＝1，2，...，5      (20)

确定切换要素参考序列E₀，从E中选取最大的权重值并且各个切换要素的参考权重值均赋予此值；

根据式(21)得到切换要素序列E₁，E₂，...，E₅与切换要素参考序列E₀之间的距离：

根据式(22)得到各切换要素的权重：

根据式(23)得到各切换要素的归一化权重：

将各切换要素的归一化权重代入候选LEO卫星序列，得到候选LEO卫星集中各LEO卫星的权重为：

GEO卫星选择中权重最大的LEO卫星作为切换LEO卫星，进行切换决策。