基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法技术

本发明专利技术公开一种基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法，基于北斗全球短报文服务星可见数比例以及覆盖业务量密度指数制定选星比例，然后通过生成随机数，并将生成的随机数与各颗可见星的选星比例进行比对，最终完成选星。

Beidou global short message selection method based on satellite coverage traffic density

【技术实现步骤摘要】
基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法
本专利技术涉及航空航天
，特别涉及北斗全球短报文的选星技术。
技术介绍
我国的北斗三代卫星导航卫星导航系统计划在2020年建成。服务北斗卫星导航系统集导航定位、授时、用户检测、短报文通信于一体，其采用短报文通信。图1示出北斗全球短报文接入系统组成，如图1所示，北斗全球短报文通信由用户段、空间段、地面段组成。境内外用户选择可见北斗MEO服务星后，通过L频段发送短报文入站信号，MEO服务星成功接收到用户的入站信号后，通过Ka星间链路转发到中国境内地面站的可见MEO卫星并发送至地面站。而大多数情况下，用户被多星覆盖，因此，如何选定接入卫星，从而保证更高的接入概率，是需要解决的问题之一。相对于低轨卫星通信系统而言，北斗短报文单次发送的信息量有所限制、报文速率低，对于星上通道的占用情况反馈不及时。如图2所示，用户1在t0时刻成功接入某卫星某通道，并在t0'时刻处理完成。在t1时刻，卫星播发星上忙碌状态，t2时刻用户2发送短报文，t3时刻用户2发送的短报文接入该星。若要求该星播发的忙碌状态信息仍有效，则需要t3＜t0'。假设t1-t0＝0，星地传输时延取最短，即仰角＝90度，且用户1和用户2的数据量遵从泊松分布，通过仿真，得到t3＜t0'的概率约为3.8e-6。因此，北斗卫星用户无法采用星上通道的占用情况作为选星依据或改善选星方法。目前对于北斗全球短报文选星接入策略，最常采用的为仰角优先策略以及低覆盖业务量密度指数优先策略。其中，仰角优先策略未能有效利用卫星运行规律的先验知识，未考虑到不同地域的用户量不同，导致高业务量密度地区的用户会大量接入同一颗卫星，而未能有效利用其它空闲星上资源，造成高密度地区用户的接入阻塞，降低了接入概率，也影响了系统整体的效率；低覆盖业务量密度指数优先策略虽然能有效减缓高业务量密度指数卫星的压力，但某一地区被多星覆盖，且各星覆盖业务量密度指数差距不大的情况下，会导致该覆盖区的全部用户选择同一颗卫星，从而造成该星的接入量大大增加。因此，需要一种新的选星策略，以降低用户接入的阻塞率，提高星上的资源的整体利用率，进而提升系统效率。
技术实现思路
针对现有技术的部分或全部问题，本专利技术提供一种基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法，包括：获取用户可见星颗数；获取各颗可见星的覆盖业务量密度指数以及选星比例；生成随机数；以及基于所述随机数与所述各颗可见星的选星比例确定选星。进一步地，所述随机数为每个北斗时周期开始时，由用户终端生成的一组均匀分布的随机数。进一步地，所述选星比例依据北斗全球短报文服务星可见数比例以及仰角优先策略下选星的覆盖业务量密度指数高低比例制定。进一步地，所述覆盖业务量密度指数由地面主站按照指定的时间步进计算得到。本专利技术提供的一种基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法，针对现有选星策略无法有效利用星上资源和对非均匀分布用户不平衡的问题，进行了改进，有效降低了用户接入的阻塞率，且提高了星上的资源的整体利用率，提升了系统效率。同时，本专利技术提供的选星方法实现简单，占用资源相对少，可为下一代北斗系统全球短报文用户终端选星策略设计提供参考，具有广阔的应用场景。附图说明为进一步阐明本专利技术的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本专利技术的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本专利技术的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。图1示出北斗全球短报文接入系统组成示意图；图2示出北斗全球短报文信息传输星-地-星延时示意图；图3示出本专利技术一个实施例的一种基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法的流程示意图；图4示出本专利技术一个实施例的卫星的覆盖区范围示意图；图5示出本专利技术一个实施例的一种基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法与现有技术的阻塞率对比示意图；以及图6示出本专利技术一个实施例的一种基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法与现有技术的卫星的平均信道利用率对比示意图。具体实施方式以下的描述中，参考各实施例对本专利技术进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本专利技术的专利技术点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本专利技术的实施例的全面理解。然而，本专利技术并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。需要说明的是，本专利技术的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本专利技术的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。为降低北斗卫星用户接入的阻塞率，提高星上资源的利用率，本专利技术公开一种基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法，在全球非均匀短报文业务密度下，基于卫星覆盖业务量密度指数的选星准则及其与用户随机分流的综合策略进行选星。图3示出本专利技术一个实施例的一种基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法的流程示意图。如图3所示，一种基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法，包括：步骤301，获取用户可见星颗数，用户终端确认可见星的数量N；接下来，在步骤302，获取各颗可见星的覆盖业务量密度指数以及选星比例，获取各颗可见星的覆盖业务量密度指数，并将各可见星根据其覆盖业务量密度指数由低到高排序，记为可见星1，可见星2，...,可见星N，各颗可见星的选星比例分别为k1,k2，...，kN；其中：所述覆盖业务量密度指数定义为其中为用户业务密度指数，表示第i纬度区，第j经度区的用户业务密度指数，根据查找全球非均匀业务密度模型表得到，Sij为区域(i,j)在卫星覆盖范围内的面积，以及Aij为区域(i,j)的地表面积，如图4所示，卫星在轨运行到某一位置时会有其对应的覆盖区域，当区域(i,j)完全在卫星覆盖内时，区域(i,j)完全在卫星范围外时，区域(i,j)被部分覆盖时，考虑到卫星覆盖的边缘曲线表达式复杂，对处在部分覆盖的区域需要使用复杂的积分计算Aij的值，使得即时计算每颗卫星的覆盖业务量密度指数会消耗大量资源，不利于工程实现，同时，由于北斗MEO有一周的回归周期，覆盖业务量密度指数的精度不需要非常高。因此，在本专利技术的一个实施例中，采用以时间为单位的查找表方式计算的值。基于保证数据精度，同时具有一定可靠性的的前提下节省存储空间的考虑，取时间步进精度为1分钟，由地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法，其特征在于，包括步骤：/n获取用户可见星颗数N；/n获取各颗可见星的覆盖业务量密度指数，并根据所述覆盖业务量密度指数从低到高，将各颗可见星定义为可见星1，可见星2，直至可见星N；/n获取各颗可见星的选星比例，将可见星1的选星比例记为k

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星覆盖业务量密度的北斗全球短报文选星方法，其特征在于，包括步骤：
获取用户可见星颗数N；
获取各颗可见星的覆盖业务量密度指数，并根据所述覆盖业务量密度指数从低到高，将各颗可见星定义为可见星1，可见星2，直至可见星N；
获取各颗可见星的选星比例，将可见星1的选星比例记为k1,可见星2的选星比例记为k2,直至可见星N的选星比例记为kN；
生成随机数；以及
基于所述随机数与所述各颗可见星的选星比例确定选星:若随机数范围在内时，则选择可见星l，其中，k0＝0，l∈[0,N]。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随机数为每个北斗时周期开始时，由用户终端生成的一组均匀分布的随机数。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述覆盖业务量密度指数定义如下:



其中，表示第i纬度区，第j经度区的用户业务密度指数，Sij为区域(i,j)在卫星覆盖范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑家驹，龚文斌，沈苑，邵丰伟，
申请(专利权)人：中国科学院微小卫星创新研究院，上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海;31