用于多层卫星网络环境中的卫星覆盖和星间链路分析方法，涉及移动卫星通信领域，是为了解决部分多层卫星网络中无法实现卫星对地面的全球覆盖和建立永久性星间链路的问题。初始阶段，获取多层卫星网络的设计参数，建立空间场景，设定场景运行周期，根据轨道参数新建或导入卫星和地面站，建立多层卫星网络模型；依据卫星轨道和地面站的相对位置，分析卫星对地面站的持续接入时间；对星群进行层次化处理，设置卫星仰角等参数，分析各层卫星对地面的覆盖特性；对同层卫星和层间卫星分别建立星间链路，分析并统计星间链路的持续周期；搭建数据传输框架，将星座的覆盖特性和链路特性等分析数据传送至需求方。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及移动卫星通信领域，具体涉及一种卫星覆盖分析及链路分析技术。
技术介绍
首先，建设空天地一体化信息网络具有重要意义。21世纪，空间是重要的科技资源，也是重要的战略资源，而空天地一体化网络既是人类进入空间的桥梁，也是人类认识和利用空间的手段和基础。空天地一体化信息网络将改变天地操作中频繁切换协议的现状，提高互操作效率，改变天地专用协议过多的局面，促进规范化发展，改变信息不能很好共享的局面，充分发挥航天的应用效益，避免重复建设，促进航天资源整合优化，是未来航天活动的必然要求。而且，多层卫星网络的设计又直接影响着未来空天地一体化信息网络的通信性能。空天地一体化信息网络的实现主要依靠卫星通信，卫星通信以其覆盖范围广、移动性强、传输容量大、组网方式灵活等特点逐渐成为未来通信网的核心组成部分。由多层卫星网络组成的卫星通信模式，具有空间频谱利用率高、组网灵活、抗毁性强等优点，能够实现各种轨道高度卫星星座的优势互补，将成为未来卫星网络发展的一种理想组网模式。另外，覆盖特性和链路特性是衡量多层卫星网络通信质量的两个重要指标。如何建立一种科学合理，高效快捷，灵活而又稳定的卫星覆盖分析和链路分析方法，是多层卫星网络设计中必须要考虑的关键问题。目前的卫星大多是利用无线电或者光进行通信或者观测，由于无线电和光具有直线传播的特性，因此卫星只能在一定的角度范围之内才能传输或收集信息，因此这涉及到卫星的覆盖问题。覆盖特性是在多层卫星网络星座设计仿真中的重要分析特性，而星座的设计目的之一，就是满足系统稳定性和低成本性的前提下，尽可能的提升星座对地球表面的覆盖，特别是能够实现全球覆盖。关于星间链路分析方法，在卫星通信系统星间链路的几何分析之中，有三个量具有重要的意义:星间链路指向俯仰角、星间链路指向方位角和星间链路长度。通过对星间链路指向俯仰角和方位角的研究，可以预先计算出邻近卫星的空间位置变化情况，加快卫星对相邻卫星的搜寻速度，有利于星间链路的建立；俯仰角和方位角变化情况还表明卫星上安装星间通信装置的复杂程度。而星间链路长度的变化情况不但对星间通信系统的功率大小提出了基本要求，而且对链路通信系统的功率变化的动态范围也提出要求。综上所述，卫星覆盖分析和星间链路分析技术应该具有如下特征:1)、实时高效:多层卫星网络时刻处于持续高速动态运行过程中，必须对卫星的覆盖特性和链路特性进行快速的计算，从而做出及时的响应，这就需要分析方法应简单快速；2)、数据量小:分析数据需要由服务器端传输至客户端，为了节省传输时间，要求分析的数据量较小，并容易存储和备份；3)、操作简捷:为了进一步提升响应客户端请求的速度，卫星覆盖分析和链路分析应全部采用可视化用户界面设计，减少操作的复杂性；4)、适应性强:各种多层卫星网络无论是在节点设计还是在链路连接上都是复杂多样的，卫星覆盖分析和链路分析方法需要适应不同的多层卫星网络环境，并能够准确稳定的进行计算。现有的方案及其优缺点:20世纪90年代，国际学者提出了建设多层卫星通信网络的设想。无论是基于ME0/LE0或GE0/LE0的双层卫星网络，还是基于GE0/ME0/LE0的三层卫星网络，其主要设计目标都是尽可能地提高网络的覆盖范围和增大星间链路的连通时间。1945年，Arthur C.Clarker提出用三颗GE0就能够实现(准)全球通信，但是由于GE0卫星系统对地球表面的覆盖度最高只能达到97.6%，无法覆盖高玮度地区，特别是偏远的两极地区，再加上其距离地球远，星地链路损耗大，通信时延较长，所以不适用于实时性很强的业务。而利用非静止轨道(NGS0)卫星组成星座，不仅可以用于区域覆盖、间断覆盖，而且可以做到包括两极区域的真正意义上的全球连续覆盖。所以非静止轨道卫星利用这些优势逐渐取代了静止轨道卫星，成为星座设计的优先选择。21世纪初，Akyildiz I F提出了三层卫星网络结构及MLSR路由算法。所有的GEO卫星组成GE0卫星层，GE0相对地球静止，并且在地球赤道上空形成覆盖带，组成了路由算法决策中枢。ΜΕ0卫星层作为网络的中间层，在任意时刻都能够实现对地球的全球覆盖。LE0卫星层，距离地球距离最近，利用传输时延小的特点，主要实现对地面移动终端的接入。虽然Akyildiz I F的三层网络的结构设计使星座的运行效率得到提升，但是LEO卫星层内星间链路的存在仍然增大了系统的复杂性。这个问题在后面的系统中得到了改善。Durga Shankar Dasha 提出了由 GEO、LEO 和高空平台 HAP (High AltitudePlatform)组成的三层卫星网络。GE0作为高轨道的骨干路由器，LEO作为低轨道的下层路由器，而低轨道的HAP提供用户接入服务。Durga Shankar Dasha还将具有优先级的负载平衡路由选择算法应用于多层卫星网络中，为不同需求的用户提供了高速宽带业务。关于卫星覆盖和星间链路的分析方法，以空间定位技术和开普勒定律为基础发展而来，卫星仿真工具包STK(Satellite Tool Kit)是AGI公司开发的一款专业的航天设计和分析工具。可以利用STK对场景进行设计，搭建多层卫星网络，进行动态实时仿真。通过设置相应的参数，可以对多层卫星网络的覆盖和链路特性进行计算和评估。然而在实际项目中直接应用STK存在一定缺点，由以下三点原因:(1)STK专业性较强，操作较复杂，非专业人员使用具有一定难度。(2)STK的存储和运行均占用较大资源，而用户一般只需要实现STK的部分功能(比如覆盖分析功能)，这就需要对STK功能进行精简。(3) STK运行于服务器端，而客户端需要获取仿真数据时，必须与服务器进行数据传输。而STK并不具备数据传输功能，所以有必要对STK的功能进行扩展。上述几点原因均限制了 STK在实际项目中的直接应用。
技术实现思路
本专利技术是为了解决部分多层卫星网络中无法实现卫星对地面的全球覆盖和建立永久性星间链路的问题，从而提供一种。，在多层卫星网络环境下，它由以下步骤实现:步骤一、初始化:输入多层卫星网络的设计要求和设计参数；步骤二、建立空间运行场景，若第一次建立此场景，则执行步骤二一，若空间场景已经存在于星座库中，则执行步骤二二 ；步骤二一、新建场景，设定场景的起始运行时间、结束运行时间和当前时间节点，执行步骤二；步骤二二、从星座库中导入场景，动态调整场景的其实运行时间，结束运行时间和当前时间节点，执行步骤五；步骤三、搭建分布式星群，若待建的卫星存在于卫星库中，则执行步骤三一，若待建的卫星未存在于卫星库中，则执行步骤三二 ；步骤三一、从卫星库中导入卫星，当确认卫星的轨道及各项参数符合步骤一所述的设计要求时，执行步骤四；步骤三二、建立新的卫星对象，设定卫星的轨道倾角、半长轴、偏心率、生节点位置、近地点幅角和卫星初始时刻，选择轨道坐标系类型和运行范围，对卫星方位角，俯仰角进行约束；执行步骤四；步骤四、建立地面站，设定地面站的经度、玮度和高度，计算卫星和地面站的接入时间；执行步骤五；步骤五、创建星群模型，将多卫星接入星群，设定卫星对地面的最小仰角，选择输出的覆盖类型，计算星群对地面的覆盖范围，执行步骤六；步骤六、建立星间链路，设定各卫星的通信距离和通信仰角，选择链本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于多层卫星网络环境中的卫星覆盖和星间链路分析方法，其特征是：在多层卫星网络环境下，它由以下步骤实现：步骤一、初始化：输入多层卫星网络的设计要求和设计参数；步骤二、建立空间运行场景，若第一次建立此场景，则执行步骤二一，若空间场景已经存在于星座库中，则执行步骤二二；步骤二一、新建场景，设定场景的起始运行时间、结束运行时间和当前时间节点，执行步骤三；步骤二二、从星座库中导入场景，动态调整场景的其实运行时间，结束运行时间和当前时间节点，执行步骤五；步骤三、搭建分布式星群，若待建的卫星存在于卫星库中，则执行步骤三一，若待建的卫星未存在于卫星库中，则执行步骤三二；步骤三一、从卫星库中导入卫星，当确认卫星的轨道及各项参数符合步骤一所述的设计要求时，执行步骤四；步骤三二、建立新的卫星对象，设定卫星的轨道倾角、半长轴、偏心率、生节点位置、近地点幅角和卫星初始时刻，选择轨道坐标系类型和运行范围，对卫星方位角，俯仰角进行约束；执行步骤四；步骤四、建立地面站，设定地面站的经度、纬度和高度，计算卫星和地面站的接入时间；执行步骤五；步骤五、创建星群模型，将多卫星接入星群，设定卫星对地面的最小仰角，选择输出的覆盖类型，计算星群对地面的覆盖范围，执行步骤六；步骤六、建立星间链路，设定各卫星的通信距离和通信仰角，选择链路特性，计算星间链路的持续时间，执行步骤七；步骤七、搭建数据传输模型，获取需求方的数据请求并作出响应，将星座的覆盖特性和链路特性分析数据传送至需求方。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李卓明，亓俊卿，刘功亮，李德志，杨宇飞，肖振健，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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