[发明专利]卫星网络中一种面向快速终端的自适应切换方法

摘要

本发明公开了卫星网络中一种面向快速终端的自适应切换方法，属于卫星通信技术领域。所述方法包括寻找可视卫星、构建二维移动模型并逐一计算每颗可视卫星的剩余服务时长、选择有空闲信道资源的剩余服务时长最长的可视卫星作为目标卫星、与新目标卫星建立通信链路的步骤。本发明提出的二维移动模型，不依赖用户的历史运动数据，因此不需要很大的存储空间；新提出的二维移动模型具有普适性，不仅适合于计算快速终端用户的剩余服务时长，还可以用于分析普通低速用户的剩余服务时长，满足两种类型用户的自适应切换需求；再者，提出的自适应切换策略不仅可以应用于单层卫星网络模型下，还可以用于双层卫星网络模型下，运动场景也更具有普适性。

主权项

1.卫星网络中一种面向快速终端的自适应切换方法，其特征在于：所述自适应切换方法包括如下步骤：/n第一步，寻找可视卫星：当快速终端在执行任务的过程中，到达当前服务卫星的覆盖区域边缘处时，为了保证快速终端的持续通信不发生中断，需判断有没有卫星覆盖当前快速终端，如果有卫星覆盖快速终端，则称该卫星为可视卫星，执行第二步至第五步；如果没有卫星覆盖快速终端，那么卫星-快速终端通信中断；/n第二步，构建二维移动模型并运算可视卫星的剩余服务时长：快速终端向一颗可视卫星发起切换请求之前，通过GPS设施提供的PNT服务获取快速终端和可视卫星的经纬度信息，构建关于卫星-快速终端的二维移动模型，在该二维移动模型下计算可视卫星和快速终端的迹角、快速终端-卫星的仰角实时信息，同时推导并计算出当前二维移动模型中可视卫星的剩余服务时长；/n第三步，逐一计算每颗可视卫星的剩余服务时长；/n第四步，选择有空闲信道资源且剩余服务时长最长的可视卫星作为目标卫星：当计算完所有可视卫星的剩余服务时长时，从可视卫星集合中选取有空闲信道资源且剩余服务时长最长的那颗可视卫星，并把该颗可视卫星作为下一颗目标卫星；/n第五步，与新目标卫星建立通信链路：新的目标卫星为快速终端分配信道资源，建立通信连接；快速终端释放原服务卫星的信道资源，旧的通信链路断开；完成整个卫星-快速终端通信的切换过程；快速终端在新目标卫星的覆盖下，完成通信业务服务；/n所述的可视卫星的剩余服务时长，通过如下方法获得：/n建立卫星-快速终端二维移动模型：假定卫星S都是轨道倾角为i、高度为h的圆轨道卫星，快速终端T即飞行器的飞行高度为h₁，从快速终端T到卫星S的仰角为θ(t)，当前快速终端T到卫星S的星下点弧距γ(t)，地球半径为R_e，卫星覆盖区域内的快速终端记为T，以地心O为球心，半径为R_e+h₁的球面记为B；把快速终端速度记为v_t，然后对v_t进行正交分解，分解后的速度一个记为v_x，v_x方向沿卫星运动方向，另一个速度记为v_y，v_y方向垂直卫星运动方向，其中v_x和v_t的夹角记为j，v_x分量对应的角速度为ω_tx＝v_x/(R_e+h₁)；γ_m表示卫星-快速终端的迹角，即是快速终端到卫星星下点轨迹最短的弧距；是辅助角，ω_s是卫星的角速度，ω_t是快速终端的角速度；根据该二维移动模型，有，/n /n /nγ_m(t)表示t时刻卫星-快速终端的迹角；/n根据余弦定律有：/n /n由式(1)知，/n由式(2)知，γ_m(t)＝tω_tsinj+γ_m0 (5)/n其中，为辅助角在0时刻的初始值，γ_m0为0时刻的可视卫星-快速终端的迹角；/n假定在t＝0时，即一颗卫星刚进入快速终端视野的时刻，有辅助角快速终端和可视卫星的迹角γ_m(t)在t＝0时的取值分别为γ_m(0)＝γ_m0；/n由式(3)得，/n /n又根据二维场景模型和几何关系有，/n(R_e+h)cos(γ(t)+θ(t))＝(R_e+h₁)cosθ(t) (7)/n由式(7)得/n由式(8)得/n当卫星开始出现在快速终端的视野中时，即t＝0时刻，有下列等式成立：/n(R_e+h)cos(γ₀+θ_c)＝(R_e+h₁)cosθ_c (10)/n其中，γ₀为快速终端和服务卫星之间的仰角最小时对应的地球中心角；/n /n在t＝0时刻，使用GPS分别获取卫星和快速终端的准确的经纬度位置信息，其中卫星的经纬度是(λ_s，η_s)，快速终端的经纬度(λ_T，η_T)；/n假定有那么，快速终端到可视卫星星下点轨迹的弧距取最小值时，该最小弧距记为快速终端和该颗卫星的“迹角”，其在0时刻的初始值表示为：/nγ_m0＝Min{2sin^-1(Δ)} (13)/n根据上述得每个快速终端对可视卫星的仰角θ(t)为：/n /n第n颗卫星对当前快速终端总的服务时长用t_cn表示；从当前快速终端与服务卫星建立连接并通信开始，经过t_h的时长，快速终端往下一颗目标卫星发起切换请求；当快速终端与目标卫星发生切换时，即在t_h时刻，假定有N颗卫星对当前快速终端进行覆盖；/n当快速终端和卫星通信过程中，当前快速终端和服务卫星之间的仰角最小时，所对应的地球中心角记为γ₀；其中，/n /nω表示(ω_s-ω_tcosj)/2，γ_mn表示第n颗可视卫星的迹角，N表示快速终端的可视卫星颗数；又根据式(7)和式(13)，得到快速终端用户到第n颗可视卫星的星下点弧距：/n /n对于所述的快速终端，假设第n颗卫星可见，经过t_sn时间，快速终端和卫星间的仰角变为θ_n(t)，再结合式(6)和式(14)得：/nγ_n(t)＝cos^-1{cos[(ω_s-ω_tcosj)t_sn+ωt_cn]cos[ω_tt_snsinj+γ_m0]} (17)/nt_cn＝t_rn+t_sn (18)/nγ_n(t)＝cos^-1{cos[(ω_s-ω_tcosj)(t_cn-t_rn)+ωt_cn]cos[ω_t(t_cn-t_rn)sinj+γ_m0]} (19)/n由式(19)计算出满足条件的自适应快速终端的卫星剩余服务时长t_rn。/n