低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法技术

技术编号:27982507 阅读:23 留言:0更新日期:2021-04-06 14:18
本发明专利技术公开了一种低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法,包括:给定两端用户经纬度,计算两个接入卫星相位,计算两个接入卫星到各自升交点的经度差,计算两个接入卫星升交点的经度差,对两个接入卫星升交点的经度差进行归一化处理,计算异轨星间链路转发跳数,计算同轨星间链路转发相位差,对同轨星间链路转发相位差进行归一化处理,计算同轨星间链路转发跳数,计算两端用户对应的端到端总转发跳数。本发明专利技术的低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法能够在路由生成前直接显式预估得到两个用户间的星间链路转发跳数,无需运行复杂的网络仿真软件。

【技术实现步骤摘要】
低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法
本专利技术涉及卫星通信
,尤其涉及一种低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法。
技术介绍
低轨道卫星系统一般是指多个卫星构成的可以进行实时信息处理的大型的卫星系统,其中一系列均匀分布的卫星组成的集合称之为卫星星座。相比于传统的低轨卫星星座,低轨巨型卫星星座中卫星数目可达几百至上万个。地面用户通过卫星转发连接另一端的地面用户是卫星网络的典型工作模式。当两端用户被不同卫星覆盖时,卫星间需建立一条星间链路(Inter-Satellitelink,ISL)转发路径连接。用户直接连接的卫星称为用户的接入卫星,该路径的ISL转发次数称为该路径的跳数,为区别连接两接入卫星的跳数,通常将连接两地面用户所需的跳数称为端到端跳数。转发跳数是衡量卫星网络路由性能的一项关键指标,更多的转发跳数一般会导致更长的传输时延和转发处理时延,跳数越多则路由越复杂,路径的可靠性也越低。因此一般星间链路转发路径希望实现转发跳数最小化,若能在生成路由前计算或估算出跳数,则可以指导路由算法求解最优路径。目前,主要采用两种方法计算卫星网络的端到端跳数,包括网络仿真方法和卫星间跳数计算方法。网络仿真方法通过先定义路由算法,再采用网络仿真的方式在生成具体路径的同时得到端到端跳数。卫星间跳数计算方法只考虑具体某两个卫星间的跳数,根据卫星星间链路连接方式和卫星的逻辑地址,将跳数转换为图论问题求解。然而,网络仿真方法需使用专用的卫星网络仿真软件平台,仿真计算时间长,计算开销大,不利于理论分析,并且计算耗费与星座规模相关,随着卫星数目增加计算耗费迅速增加。卫星间跳数计算方法仅能直接计算已确知的卫星间的跳数,即已明确知道用户所连接的卫星在星座中的逻辑位置,才可计算两卫星间的跳数,而卫星-用户覆盖关系难以直接得到,即不能确定某时刻用户被哪个卫星覆盖,从而不能得到用户端到端的跳数。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的技术问题,本专利技术提供一种低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法。本专利技术公开了一种低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法,所述方法用于估算低轨道倾斜轨道星座网络端到端跳数,包括:给定两端用户经纬度;根据两端用户经纬度,分别计算两个接入卫星相位;根据两个接入卫星相位,分别计算两个接入卫星到各自升交点的经度差;根据两个接入卫星到各自升交点的经度差,计算两个接入卫星升交点的经度差;对两个接入卫星升交点的经度差进行归一化处理,以使两个接入卫星升交点的经度差归一化至[-π,π]范围;根据归一化处理后的两个接入卫星升交点的经度差,计算异轨星间链路转发跳数;根据异轨星间链路转发跳数,计算同轨星间链路转发相位差;对同轨星间链路转发相位差进行归一化处理,以使同轨星间链路转发相位差归一化至[-π,π]范围;根据归一化处理后的同轨星间链路转发相位差,计算同轨星间链路转发跳数;计算两端用户对应的端到端总转发跳数。在一些可选的实施方式中,两个接入卫星相位利用公式1计算;其中,u1和u2表示卫星一和卫星二的相位,和表示用户一和用户二的纬度,α表示卫星轨道倾角,卫星一为用户一的接入卫星,卫星二为用户二的接入卫星。在一些可选的实施方式中,接入卫星到其升交点的经度差利用公式3计算;其中,ζ(u)表示卫星到其升交点的经度差,α表示卫星轨道倾角,u表示卫星相位。在一些可选的实施方式中,两个接入卫星升交点的经度差利用公式4计算;ΔL0=L0,2-L0,1=Δλ+ζ(u1)-ζ(u2)公式4其中,ΔL0表示两个接入卫星升交点的经度差,L0,1和L0,2分别表示初始时刻卫星一升交点所在经度和卫星二升交点所在经度,Δλ=λ2-λ1表示两个用户的经度差,λ1和λ2分别表示用户一和用户二的经度,ζ(u1)和ζ(u2)分别表示卫星一和卫星二到各自升交点的经度差。在一些可选的实施方式中,利用公式5对两个接入卫星升交点的经度差进行归一化处理;其中,表示归一化处理后的两个接入卫星升交点的经度差,ΔL0表示两个接入卫星升交点的经度差,mod表示求余函数。在一些可选的实施方式中,异轨星间链路转发跳数利用公式7计算;其中,Hh表示异轨星间链路转发跳数,Round(x)函数表示返回最接近x的整数,表示归一化处理后的两个接入卫星升交点的经度差,ΔΩ表示卫星星座中相邻轨道面间升交点赤经差,Δλ=λ2-λ1表示两个用户的经度差,ζ(u1)和ζ(u2)分别表示卫星一和卫星二到各自升交点的经度差,表示对Δλ+ζ(u1)-ζ(u2)进行归一化处理得到的值。在一些可选的实施方式中,同轨星间链路转发相位差利用公式9计算;ΔU=Δu-HhΔf公式9其中,ΔU表示同轨星间链路转发相位差,Δu表示两个接入卫星的相位差,Hh表示异轨星间链路转发跳数,Δf表示卫星星座中不同轨道间相邻卫星相位差。在一些可选的实施方式中,利用公式10对同轨星间链路转发相位差进行归一化处理;其中,表示归一化处理后的同轨星间链路转发相位差,ΔU表示同轨星间链路转发相位差,mod表示求余函数。在一些可选的实施方式中,同轨星间链路转发跳数利用公式11计算;其中,Hv表示同轨星间链路转发跳数,Round(x)函数表示返回最接近x的整数,表示归一化处理后的同轨星间链路转发相位差,ΔΦ表示卫星星座中同轨道面内相邻卫星相位差,Δu表示两个接入卫星的相位差,Hh表示异轨星间链路转发跳数,Δf表示卫星星座中不同轨道间相邻卫星相位差,表示对Δu-HhΔf进行归一化处理得到的值。在一些可选的实施方式中,端到端总转发跳数利用公式12计算;H=|Hh|+|Hv|公式12其中,H表示端到端总转发跳数,Hh表示异轨星间链路转发跳数,Hv表示同轨星间链路转发跳数。本专利技术技术方案的主要优点如下:本专利技术的低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法能够在路由生成前直接显式预估得到两个用户间的星间链路转发跳数,无需运行复杂的网络仿真软件,计算复杂度与星座中卫星数目无关,且结果准确性随卫星数目增加而增加。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为本专利技术一实施例的LEO倾斜轨道星座网络的网络拓扑结构示意图;图2为本专利技术一实施例的低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法的流程图;图3为本专利技术一实施例的两卫星间的相对位置关系示意图。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本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法,其特征在于,所述方法用于估算低轨道倾斜轨道星座网络端到端跳数,包括:/n给定两端用户经纬度;/n根据两端用户经纬度,分别计算两个接入卫星相位;/n根据两个接入卫星相位,分别计算两个接入卫星到各自升交点的经度差;/n根据两个接入卫星到各自升交点的经度差,计算两个接入卫星升交点的经度差;/n对两个接入卫星升交点的经度差进行归一化处理,以使两个接入卫星升交点的经度差归一化至[-π,π]范围;/n根据归一化处理后的两个接入卫星升交点的经度差,计算异轨星间链路转发跳数;/n根据异轨星间链路转发跳数,计算同轨星间链路转发相位差;/n对同轨星间链路转发相位差进行归一化处理,以使同轨星间链路转发相位差归一化至[-π,π]范围;/n根据归一化处理后的同轨星间链路转发相位差,计算同轨星间链路转发跳数;/n计算两端用户对应的端到端总转发跳数。/n

【技术特征摘要】
1.一种低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法,其特征在于,所述方法用于估算低轨道倾斜轨道星座网络端到端跳数,包括:
给定两端用户经纬度;
根据两端用户经纬度,分别计算两个接入卫星相位;
根据两个接入卫星相位,分别计算两个接入卫星到各自升交点的经度差;
根据两个接入卫星到各自升交点的经度差,计算两个接入卫星升交点的经度差;
对两个接入卫星升交点的经度差进行归一化处理,以使两个接入卫星升交点的经度差归一化至[-π,π]范围;
根据归一化处理后的两个接入卫星升交点的经度差,计算异轨星间链路转发跳数;
根据异轨星间链路转发跳数,计算同轨星间链路转发相位差;
对同轨星间链路转发相位差进行归一化处理,以使同轨星间链路转发相位差归一化至[-π,π]范围;
根据归一化处理后的同轨星间链路转发相位差,计算同轨星间链路转发跳数;
计算两端用户对应的端到端总转发跳数。


2.根据权利要求1所述的低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法,其特征在于,两个接入卫星相位利用公式1计算;



其中,u1和u2表示卫星一和卫星二的相位,和表示用户一和用户二的纬度,α表示卫星轨道倾角,卫星一为用户一的接入卫星,卫星二为用户二的接入卫星。


3.根据权利要求1所述的低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法,其特征在于,接入卫星到其升交点的经度差利用公式3计算;



其中,ζ(u)表示卫星到其升交点的经度差,α表示卫星轨道倾角,u表示卫星相位。


4.根据权利要求1所述的低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法,其特征在于,两个接入卫星升交点的经度差利用公式4计算;
ΔL0=L0,2-L0,1=Δλ+ζ(u1)-ζ(u2)公式4
其中,ΔL0表示两个接入卫星升交点的经度差,L0,1和L0,2分别表示初始时刻卫星一升交点所在经度和卫星二升交点所在经度,Δλ=λ2-λ1表示两个用户的经度差,λ1和λ2分别表示用户一和用户二的经度,ζ(u1)和ζ(u2)分别表示卫星一和卫星二到各自升交点的经度差。


5.根据权利要求1所述的低轨巨型星座网络端到端跳数快速估算方法,其特征在于,利用公式5对两个接入卫星升交点的经度差进行归一化...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈全杨磊陈小前赵勇刘贤锋郭剑鸣李轩
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

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