低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法技术

本发明专利技术公开了一种低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法，该方法包括：每个卫星分配一个二元数组(v,h)作为虚拟节点的虚拟地址，表示其为第h个轨道面第v颗卫星；假定与卫星运行轨道平面保持相对静止的天球，每个虚拟地址在天球中对应的区域为固定区域；通过更新卫星的虚拟地址实现卫星与天球区域一一映射；卫星运行过程中h地址保持不变，v地址随卫星纬度变化而更新；将天球区域划分为四个区域，分别为虚拟北极区、虚拟南极区、第一连通区和第二连通区，第一连通区和第二连通区位于虚拟北极区和虚拟南极区之间并通过缝隙隔开。本发明专利技术的低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法，通过虚拟地址更新实现了静态的虚拟网络拓扑。

【技术实现步骤摘要】
低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法
本专利技术涉及卫星网路拓扑
，尤其涉及一种低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法。
技术介绍
近年来，基于低轨(LEO)卫星星座构建的卫星网络系统不断涌现，是未来天地一体化信息网络的发展重点。LEO极轨道星座是应用最广泛的星座类型，具有低时延、覆盖性能优的特点。由于极区和地球自转影响以及异轨卫星存在相位差问题，在该类型星座中星间链路(ISL，inter-satellitelinks)切换频繁，主要表现为：1、极区异轨星间链路(H-ISL)中断与重建：极区异轨星间链路(H-ISL)方向变化剧烈，因此在卫星飞入极区时H-ISL断开，飞出极区时H-ISL重建。2、跨缝隙不建立H-ISL：第一轨道面和第n2轨道面卫星运动方向相反，H-ISL难以维持，此处不建立H-ISL，形成两个相隔180°的缝隙。3、异轨卫星相位差存在时非同步切换：当异轨卫星间相位差不为0时，由H-ISL相连的卫星(定义为同一行卫星)相位不同，先后飞越极区边界时，会出现同行卫星H-ISL非同步中断或重建问题。卫星网络拓扑动态性给网络移动性管理和路由算法设计带来巨大挑战。目前用于屏蔽拓扑动态性的方法主要是虚拟节点(VN，VirtualNode)法。该方法通过对地理区域进行网格划分，将每个网格作为虚拟节点并分配一个虚拟地址，将卫星与地理网格一一对应。同时卫星采用地球足印固定模式，在运动过程中对准固定的地理网格，当卫星飞越对应网格后由同轨道面下一颗卫星接替，且继承上一卫星的虚拟节点地址和网络状态，从而实现在虚拟节点网络中的静态拓扑。专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：由于虚拟节点与地理区域绑定，当考虑地球自转时，地理网格与其对应的卫星经度差越来越大，卫星对该地理网格的天线偏转角也越来越大，同时当地的通信仰角逐渐减小,直至通信仰角减小至0。此时该轨道面内卫星无法继续对该地理网格实现覆盖，虚拟拓扑被迫发生重构。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法。具体技术方案如下：一种低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法，所述方法包括：对于n1个轨道面采用π型分布沿赤道均匀分布，每轨道面包含n2颗均匀分布的卫星的LEO极轨道星座，相邻轨道间升交点赤经差为ΔΩ＝π/n1，同一轨道面内相邻卫星相位差为ωf＝2π/n2，所有卫星轨道高度相同且轨道倾角为近90°，当相位因子为F时，异轨卫星相位差为Δf＝2πF/(n1n2)，0≤F≤n2-1，F为整数；每个卫星分配一个二元数组(v,h)作为虚拟节点的虚拟地址，表示其为第h个轨道面第v颗卫星；假定与卫星运行轨道平面保持相对静止的天球，每个虚拟地址在天球中对应的区域为固定区域；通过更新卫星虚拟地址实现卫星与天球区域一一映射，h地址由西向东编号h＝1,2,...,n1；v地址沿卫星移动方向编号v＝1,2,...,n2；卫星运行过程中h地址保持不变，v地址随卫星纬度变化而更新；将天球区域划分为四个区域，分别为虚拟北极区、虚拟南极区、第一连通区和第二连通区，第一连通区和第二连通区位于虚拟北极区和虚拟南极区之间并通过缝隙隔开；将位于缝隙两侧的卫星间的星间链路处于断开状态；若异轨卫星相位差为0，将虚拟地址位于虚拟北极区和虚拟南极区的卫星的星间链路处于断开状态，虚拟地址位于第一连通区和第二连通区的卫星的星间链路保持连接状态；若异轨卫星相位差不为0，同一行卫星中存在虚拟地址位于虚拟北极区或虚拟南极区的卫星时该行卫星的星间链路保持断开状态，同一行卫星中所有卫星的虚拟地址均位于第一连通区或第二连通区时该行卫星的星间链路保持连接状态。在一种可能的设计中，给定VN(1，1)的纬度和经度起点分别为-ΦP和λ0，ΦP为给定的极区纬度阈值，λ0随卫星轨道和地面间的相对运动而变化；若异轨卫星的相位差为0，VN(v,h)的经度范围可由下式确定：VN(v,h)的纬度范围可由下式确定：其中，φ′＝-ΦP+(v-1)ωf。在一种可能的设计中，虚拟北极区、虚拟南极区、第一连通区和第二连通区的虚拟地址中h＝1,2,...,n1，第一连通区的v地址范围为1,2,...,vA，虚拟北极区的v地址范围为vA+1,vA+2,...,vB-1，第二连通区的v地址范围为vB,vB+1,...,vC，虚拟南极区的v地址范围为vC+1,vC+2,...,n2，vA，vB，vC通过下式确定：在一种可能的设计中，异轨卫星相位差不为0时，令K＝n1/F，第mK轨道面上的卫星与右侧轨道面上最近且相位差为负的卫星建立后向ISL，m为整数。在一种可能的设计中，给定VN(1，1)的纬度和经度起点分别为-ΦP和λ0，ΦP为给定的极区纬度阈值，λ0随卫星轨道和地面间的相对运动而变化，若异轨卫星的相位差不为0，VN(v,h)的经度范围可由下式确定：VN(v,h)的纬度范围可由下式确定：其中，φ′＝-ΦP+mod(h-1,K)Δf+(v-1)ωf。在一种可能的设计中，虚拟北极区、虚拟南极区、第一连通区和第二连通区的虚拟地址中h＝1,2,...,n1，第一连通区的v地址范围为1,2,...,vA，虚拟北极区的v地址范围为vA+1,vA+2,...,vB-1，第二连通区的v地址范围为vB,vB+1,...,vC，虚拟南极区的v地址范围为vC+1,vC+2,...,n2，vA，vB，vC通过下式确定：本专利技术技术方案的主要优点如下：本专利技术的低轨卫星网络拓扑动态屏蔽方法，考虑了地球自转因素，基于天球区域进行虚拟地址的编址，由于天球与卫星运行轨道平面保持相对静止，每个虚拟地址对应的区域为固定的天球区域，从而使极区内和缝隙两侧的虚拟地址固定且不随地球自转而改动，虚拟链路状态可完全由虚拟地址推断出并始终保持不变，通过虚拟地址更新实现了静态的虚拟网络拓扑。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为现有技术提供的LEO极轨道星座内卫星网络拓扑及星间链路结构示意图；图2为本专利技术一实施例提供的异轨卫星相位差为0时的天球区域划分示意图；图3-1为现有技术提供的异轨卫星相位差不为0时的异轨ISL建链模式；图3-2为本专利技术一实施例提供的异轨卫星相位差不为0时的异轨ISL建链模式；图4为本专利技术一实施例提供的异轨卫星相位差不为0时的天球区域划分示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法，其特征在于，所述方法包括：/n对于n

【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法，其特征在于，所述方法包括：
对于n1个轨道面采用π型分布沿赤道均匀分布，每轨道面包含n2颗均匀分布的卫星的LEO极轨道星座，相邻轨道间升交点赤经差为ΔΩ＝π/n1，同一轨道面内相邻卫星相位差为ωf＝2π/n2，所有卫星轨道高度相同且轨道倾角为近90°，当相位因子为F时，异轨卫星相位差为Δf＝2πF/(n1n2)，0≤F≤n2-1，F为整数；
每个卫星分配一个二元数组(v,h)作为虚拟节点的虚拟地址，表示其为第h个轨道面第v颗卫星；
假定与卫星运行轨道平面保持相对静止的天球，每个虚拟地址在天球中对应的区域为固定区域；
通过更新卫星虚拟地址实现卫星与天球区域一一映射，h地址由西向东编号h＝1,2,...,n1；v地址沿卫星移动方向编号v＝1,2,...,n2；
卫星运行过程中h地址保持不变，v地址随卫星纬度变化而更新；
将天球区域划分为四个区域，分别为虚拟北极区、虚拟南极区、第一连通区和第二连通区，第一连通区和第二连通区位于虚拟北极区和虚拟南极区之间并通过缝隙隔开；
将位于缝隙两侧的卫星间的星间链路处于断开状态；
若异轨卫星相位差为0，将虚拟地址位于虚拟北极区和虚拟南极区的卫星的星间链路处于断开状态，虚拟地址位于第一连通区和第二连通区的卫星的星间链路保持连接状态；
若异轨卫星相位差不为0，同一行卫星中存在虚拟地址位于虚拟北极区或虚拟南极区的卫星时该行卫星的星间链路保持断开状态，同一行卫星中所有卫星的虚拟地址均位于第一连通区或第二连通区时该行卫星的星间链路保持连接状态。


2.根据权利要求1所述的低轨卫星网络拓扑动态性屏蔽方法，其特征在于，给定VN(1，1)的纬度和经度起点分别为-ΦP和λ0，ΦP为给定的极区纬度阈值，λ0随卫星轨道和地面间的相对运动而变化；
若异轨卫星的相位差为0，
VN(v,h)的经度范围可由下式确定：

【专利技术属性】
技术研发人员：陈全，杨磊，赵勇，樊程广，郭剑鸣，刘贤峰，吴帅，李轩，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43