一种卫星通信系统高可靠切换方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及卫星通信领域，公开了一种卫星通信系统高可靠切换方法和系统，其技术方案要点是包括如下步骤：获取系统运行状态参数输入到预测模型中；预测模型根据获取的系统运行状态参数进行计算，给出预测切换方案；终端按照预测切换方案进行通信；对终端的切换通信过程进行检测，并根据监测到的终端切换通信过程，判断出最优切换信道，再计算出切换预测偏差数据；根据切换预测偏差数据训练并更新预测模型。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星通信系统高可靠切换方法和系统
本专利技术涉及卫星通信领域，更具体地说，它涉及一种卫星通信系统高可靠切换方法和系统。
技术介绍
随着卫星通信需求的不断增加，为提高系统通信容量，卫星通信采用多星星座及多波束设计，由于中低轨道卫星及终端的运动，终端面临在卫星波束间切换以保证通信连续性的技术问题。现有卫星终端在进行星间波束切换时，其工作流程一般如下所示：(1)卫星终端设备测量信号质量；(2)卫星终端向源卫星发起切换请求；(3)源卫星上报信关站；(4)信关站通知目的性预留资源；(5)信关站通知源卫星进行切换；(6)源卫星通知卫星终端进行切换；(7)用户终端和目的星建立通信链路；(8)切换成功后释放相关资源。卫星通信终端在低轨星座下进行通信切换时会面临如下问题：切换时间短：卫星运动速度快，达到7km/s，低轨星为提高系统容量，采用大量点波束，波束间重叠区域较小(<10km)，因此会导致终端进行切换的时间小于1秒，如果不能在该时间内完成波束切换，则导致通信中断；终端信号测量误差大：由于终端处于运动状态，环境、姿态等变化大，终端在短时间(如<1s)测量卫星信号质量，会出现测量误差较大的情况，影响切换决策准确性；基于信号测量的切换方法一般是假设每个波束均同时存在信令信道和业务信道，当终端可以接收到相邻波束信令信道信号时，通过测量该信号强度来判断是否发起切换。但是，随着单颗卫星波束数量增加，这种设计面临越来越多的问题，比如带宽利用率低、天线通道实现复杂、终端接入困难等，因此，为解决该问题，可采用单个信令宽波束+多个业务点波束的卫星设计，此时，现有切换方法无法有效工作。现有技术中的切换方法仅依靠较单一的判断标准，比如信号强度、位置、距离等单一信息，且具体的切换方法一旦设计完成即不可更改，但是系统实际运行存在诸多不确定因素，比如测量误差、卫星轨道漂移、波束赋形偏差、终端所处环境多样等，这些因素共同作用，导致系统实际运行与设计存在偏差，该问题会降低实际系统运行的切换性能指标。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种卫星通信系统高可靠切换方法和系统，能够随着系统的运行不断优化性能，提高信道资源利用率，更加适用于实际使用。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种卫星通信系统高可靠切换方法，包括如下步骤：获取系统运行状态参数输入到预测模型中；预测模型根据获取的系统运行状态参数进行计算，给出预测切换方案；终端按照预测切换方案进行通信；对终端的切换通信过程进行检测，并根据监测到的终端切换通信过程，判断出最优切换信道，再计算出切换预测偏差数据；根据切换预测偏差数据训练并更新预测模型。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述获取系统运行状态参数输入到预测模型中的步骤包括：信关站周期性获取系统运行状态参数。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述系统运行状态参数包括：终端位置、卫星运行轨道参数、波束覆盖参数、卫星和终端运动速度、接收信号强度。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述预测模型根据获取的系统运行状态参数进行计算，给出预测切换方案的步骤包括：预测模型根据系统运行状态参数判断是否发起切换操作；在确认发起切换操作后，预测模型再计算出再卫星运行方向上终端可能进入的备选切换波束，同时根据备选切换波束的切换概率选择出预测切换波束；当确定了预测切换波束后，预测模型再计算出预测切换时间，并根据预测切换时间再预测切换波束中分配切换信道。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述终端按照预测切换方案进行通信的步骤包括：终端在收到预测切换方案后，根据预测切换方案在当前信道和每个切换信道上发送相同数据，信关站在终端当前信道和每个切换信道上分别持续监听是否接收到数据；如果接收到多份数据则进行合并，并记录实际接收到终端数据的切换信道的数量，再测量每个切换信道的接收信号强度，选取信号强度不断增强且增速最大的信道作为最优切换信道进行通信，同时释放当前信道和其他切换信道。作为本专利技术的一种优选技术方案，预测偏差数据的计算过程包括：根据信关站持续监控的终端切换通信过程，得到切换失败概率、本次终端的最优切换信道和最优切换时间。一种卫星通信系统高可靠切换系统，包括：参数获取模块：用于获取系统运行状态参数并输入到预测模型中；模型运行模块：用于运行预测模型，根据获取的系统运行状态参数进行计算，给出预测切换方案；通信切换模块：用于驱动终端按照预测切换方案进行通信；通信检测模块：用于对终端的切换通信过程进行检测，并根据监测到的终端切换通信过程，判断出最优切换信道，再计算出切换预测偏差数据；模型更新模块：用于根据切换预测偏差数据训练并更新预测模型。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术能够基于多个判断标准通过机器学习/强化学习自适应系统实际运行状态变化，提高了系统切换的可靠性和准确性，同时，能够随着系统的运行不断优化性能，提高信道资源利用率。附图说明图1为本专利技术实施例提供的系统流程图；图2为本专利技术的波束覆盖示意图；图3为本专利技术的虚拟网格示意图；图4为本专利技术实施例提供的实施例示意图；图5为本专利技术实施例提供的波束14内的虚拟网格划分及切换时间的实施例示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提供一种卫星通信系统高可靠切换方法，如图1所示，包括如下步骤：S1、信关站周期性获取系统运行状态参数并输入到预测模型中，其中系统运行状态参数包括：终端位置、卫星运行轨道参数、波束覆盖参数、卫星和终端运动速度、接收信号强度。需要注意的是：事先就根据历史卫星通信中的系统运行状态参数建立基于深度学习的预测模型，使得其可以投入实际使用；其中预测模型的工作原理为：在预测模型运行时，首先要判断是否发起切换操作：得到卫星运动方向数据，如图2所示，并将每个波束覆盖区域划分为多个虚拟网格，如图3所示分别编号Grid(X，Y)，其中X，Y分别表示波束覆盖区在水平方向（与卫星运动相同方向）和垂直方向（与卫星运动垂直方向）划分的虚拟网格的编号；根据终端位置和卫星运行轨道参数计算所处波束虚拟网格编号，用于预测是否发起切换操作；按照图3中所示卫星运动方向，X值越小的虚拟网格的切换发起概率越大；其次，构建每个波束状态空间S=(Grid(X，Y)，Targ(Bi，pi))，其中Grid(X，Y)代表波束中的各个虚拟网格，Targ(Bi，pi)代表对应虚拟网格中终端可能的切换目标波束(i代表波束编号，可以是1个或多个)及相应的切换概率；构建每个波束动作空间A=(Ai，Ni)，其中Ai代表具体动作Ai[1，0]，1表示执行“切换”动作，0表示执行“不切换”动作，Ni代表切换目标个数，Ni[1，2，3...]；还需要定义回报函数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星通信系统高可靠切换方法，其特征是：包括如下步骤：/n获取系统运行状态参数输入到预测模型中；/n预测模型根据获取的系统运行状态参数进行计算，给出预测切换方案；/n终端按照预测切换方案进行通信；/n对终端的切换通信过程进行检测，并根据监测到的终端切换通信过程，判断出最优切换信道，再计算出切换预测偏差数据；/n根据切换预测偏差数据训练并更新预测模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种卫星通信系统高可靠切换方法，其特征是：包括如下步骤：
获取系统运行状态参数输入到预测模型中；
预测模型根据获取的系统运行状态参数进行计算，给出预测切换方案；
终端按照预测切换方案进行通信；
对终端的切换通信过程进行检测，并根据监测到的终端切换通信过程，判断出最优切换信道，再计算出切换预测偏差数据；
根据切换预测偏差数据训练并更新预测模型。


2.根据权利要求1所述的一种卫星通信系统高可靠切换方法，其特征是：所述获取系统运行状态参数输入到预测模型中的步骤包括：信关站周期性获取系统运行状态参数。


3.根据权利要求2所述的一种卫星通信系统高可靠切换方法，其特征是：所述系统运行状态参数包括：终端位置、卫星运行轨道参数、波束覆盖参数、卫星和终端运动速度、接收信号强度。


4.根据权利要求1所述的一种卫星通信系统高可靠切换方法，其特征是：所述预测模型根据获取的系统运行状态参数进行计算，给出预测切换方案的步骤包括：
预测模型根据系统运行状态参数判断是否发起切换操作；
在确认发起切换操作后，预测模型再计算出再卫星运行方向上终端可能进入的备选切换波束，同时根据备选切换波束的切换概率选择出预测切换波束；
当确定了预测切换波束后，预测模型再计算出预测切换时间，并根据预测切换时间再预测切换波束...

【专利技术属性】
技术研发人员：史焱，李江华，齐东元，
申请(专利权)人：南京凯瑞得信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32