[发明专利]基于用户分布的低轨巨型星座波束位置规划方法

说明书

本发明涉及一种基于用户分布的低轨巨型星座波束位置规划方法，包括：计算用户间位置关系并生成邻接矩阵；根据邻接矩阵完成用户的筛选，并生成相应的用户集合；对由都不能和其他用户处于同一波束的用户构成的用户集合进行波束位置规划，得到第一波束集合；将分别由都最多能和n个用户处于同一波束以及都能和多于n个用户处于同一波束的用户所构成的两个用户集合的波束位置规划问题转化为边缘团覆盖问题，依次得到第二波束集合和第三波束集合，并与第一波束集合内的波束组合共同构成初始的波束位置规划结果。该方法高效、快速收敛，适用于大规模波束场景，能根据用户分布的密集和离散程度对每类用户进行波束位置规划和对规划结果的实时动态更新。

技术领域

本发明涉及空间信息网络技术领域，尤其涉及一种基于用户分布的低轨巨型星座波束位置规划方法。

背景技术

近年来，以OneWeb、SpaceX和Telesat为代表的新一代大型低轨卫星星座系统正在全球范围内掀起一场新的低轨巨型星座网络发展浪潮，星座规模的急剧扩张提高了系统容量，新的卫星通过数字有效载荷载荷、先进的调制技术和多波束天线等技术提升性能，从而为用户提供更好的服务。新的星座设计具有更高的灵活性，允许卫星动态调整配置。然而，系统性能的提升和灵活性是以增加复杂性为代价的。低轨巨型星座系统波束规模巨大，海量用户和庞大的网络规模增加了其波束位置规划的难度，这对如何分配卫星波束资源带来新的挑战。

对此，传统的波束位置规划方法已经不再可行。该方法耗时长且不能适应用户分布动态变化的场景，不适合海量用户的低轨巨型星座系统。当前对波束位置部署的研究很少，且该问题是NP hard问题，常规的暴力算法在大规模的场景即波束个数在千级规模以上时是不可行的。现有研究中对于波束位置规划问题采用混合整数线性化和线性化技术来解决，能够为百级用户终端波束位置规划，尽管结果是最优的，但是不能为更大规模的场景找到解决方案，所以该类算法在海量用户、移动用户和大规模波束位置规划场景中也是不可行的。此外，将波束位置规划问题转化为图论中的边团覆盖问题，在该领域之外的文献得到了广泛的研究，但是在高维问题中是不可行的。因此，需要设计一种能够适应海量用户终端、动态高效的大规模波束位置规划方法。

发明内容

为解决上述现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种高效、快速收敛的基于用户分布的低轨巨型星座波束位置规划方法，适用于大规模波束场景，能够根据用户分布的密集和离散程度对每类用户进行波束位置规划和对规划结果的实时动态更新。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

本发明提供一种基于用户分布的低轨巨型星座波束位置规划方法，包括：

100，计算用户间位置关系并生成邻接矩阵；

200，根据所述邻接矩阵完成用户的筛选，并生成相应的用户集合；

300，对由都不能和其他用户处于同一波束的用户构成的用户集合进行波束位置规划，得到第一波束集合；

400，将分别由都最多能和n个用户处于同一波束以及都能和多于n个用户处于同一波束的用户所构成的两个用户集合的波束位置规划问题表述为寻找覆盖所有用户的最大团的最短列表，并转化为边缘团覆盖问题，依次得到第二波束集合和第三波束集合，并与所述第一波束集合内的波束组合共同构成初始的波束位置规划结果，其中，n的取值依据用户分布的密集程度和用户总数进行选取。

根据本发明的一个方面，在所述步骤400之后，还包括：

500，根据各个时刻下移动用户的位置对所述初始的波束位置规划结果进行动态更新调整。

根据本发明的一个方面，所述步骤500包括：

501，判断当前时刻所有的移动用户是否仍处于上一时刻的波位中，如果某一移动用户仍处于上一时刻的波位中，则不做任何处理，否则将该移动用户加入至需重新规划的移动用户集合中，最后得到待规划移动用户集合；