基于卫星生存性和链路抗毁性的卫星星座可靠性评估方法技术

本发明专利技术请求保护一种基于卫星生存性和链路抗毁性的卫星星座可靠性评估方法，属于无线通信技术领域。该方法将卫星星座可靠性划分为卫星生存性和链路抗毁性。通过抗干扰性、抗入侵性和耐用性表征卫星生存性，根据抗干扰因子量化抗干扰性，根据截获入侵信号距离评定抗入侵性，根据卫星电池寿命损耗率定义耐用性；通过连通性、健壮性表征链路抗毁性，根据自然连通度量化连通性，根据设定链路预算阈值计算健壮性。通过计算抗干扰因子、截获距离、电池损耗率，在卫星功耗限制下采用贪婪算法评估卫星生存性；通过计算自然连通度、链路预算，在链路损耗限制下采用遗传算法评估链路抗毁性；在此基础上，采用禁忌搜索算法实现卫星星座可靠性的定量评估。定量评估。定量评估。

【技术实现步骤摘要】
基于卫星生存性和链路抗毁性的卫星星座可靠性评估方法


[0001]本专利技术属于无线通信
具体涉及一种基于卫星生存性和链路抗毁性的卫星星座可靠性评估方法。

技术介绍

[0002]面向海洋的卫星物联网(Ocean
‑
oriented Satellite Internet of Things，OSIoT) 是一种通过整合卫星星座和海洋IoT设备去实现定位、通信、导航的多功能网络架构。卫星星座由于其全天候和大覆盖的通信能力被用于实现对海洋信息的连续观测。然而，OSIoT中移动的海洋设备和多变的海上环境导致了不稳定的海上节点和间断的通信链路。同时，时变的节点和链路影响了卫星观测信息的可靠性。为了更好地保证信息的时效性和安全性，卫星星座的可靠性被广泛关注。一般的，卫星星座的可靠性的评估可以从卫星性能和链路状态两个方面进行评估。
[0003]卫星性能指卫星生存性。卫星生存性可以从卫星抗干扰性、抗入侵性、耐用性等角度进行评估。针对卫星抗干扰性，可以从物理层和网络层两方面进行优化。针对卫星抗入侵性，许多研究表明引入一种独一无二的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星生存性和链路抗毁性的卫星星座可靠性评估方法，首先需建立地面观测目标节点，确定目标节点的视场范围，并任意抓取某视场范围内的卫星节点和链路其特征在于，包括以下步骤：101、计算目标节点视场内的卫星生存性S；将卫星生存性S的优化目标转化为抗干扰性I、抗入侵性D和耐用性U效用函数，即；根据设置抗干扰因子量化抗干扰性；根据截获机截获入侵信号的距离评定抗入侵性；根据卫星电池寿命损耗率定义耐用性；102、计算目标节点视场内的链路抗毁性L；将链路抗毁性L的优化目标转化为链路连通性C和链路健壮性B效用函数，即，通过自然连通度评估链路连通性；通过设定链路预算阈值计算链路健壮性；103、最后，提出了一种可靠性评估算法，定量评估卫星星座的可靠性。2.根据权利要求1所述的基于卫星生存性和链路抗毁性的卫星星座可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤101具体包括以下步骤：(1)利用效用函数1对卫星的抗干扰性进行评估；效用函数1：卫星抗干扰性是指目标卫星受到无关的干扰信号影响时，对有用信号的处理能力；抗干扰因子I用来评估卫星的抗干扰性：其中，表示平均干扰信号发射功率；指代平均干扰信号天线增益；是卫星接收天线在干扰信号方向上的天线增益的平均值；表示干扰信号源到卫星的平均距离；为干扰信号平均带宽；P0是有用信号源发射功率；G
t0
表示有用信号发射天线增益；G
r0
表示卫星接收天线在有用信号方向上的增益；h0表示有用信号源到卫星的距离；B0表示有用信号带宽；γ表示干扰信号与有用信号接收天线的极化不匹配损耗；由效用函数1可得，卫星接收机接收到的干扰信号的比例越大，卫星的抗干扰因子越小；当干扰信号比有用信号大时，卫星的抗干扰性为负值；(2)利用效用函数2对卫星的抗入侵性进行评估；效用函数2：抗入侵性是指卫星受到恶意入侵信号时的截获信号的能力，卫星截获恶意信号的能力与截获距离和截获概率有关，截获距离d和截获概率ω被用来评估卫星抗入侵性D：其中，为理论平均截获距离，d
user
为用户预期距离，P
i
为入侵信号发射功率，G
ti
为入侵信号发射天线增益，G
ri
为入侵信号接收天线增益，f为信号波长，L0为各种损耗之和，ω为截获机截获概率；其中，k是玻尔兹曼常数，T是截获机热噪声温度，N0是截获机噪声系数，B0是截获机有效
信号带宽，是截获机信噪比；由效用函数2可知，截获距离越大，入侵信号可以再很远的地方被截获，卫星的抗入侵性越好；(3)利用效用函数3对卫星的耐用性进行评估；效用函数3：卫星发射早期耐用性U
early
(t)，运行中耐用性U
mid
(t)和后期耐用性U
last
(t)共同决定了卫星运行周期内的耐用性，假设任何一个时期出现故障，则卫星即可停止运行；U＝U
early
(t)
·
U
mid
(t)
·
U
last
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，早期耐用性由早期发射故障率决定，卫星运行偶然故障率过小而被忽略，则有U
mid
(t)＝1，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)(5)其中，μ是损耗时间均值，σ是损耗失效时间标准差。3.根据权利要求1所述的基于卫星生存性和链路抗毁性的卫星星座可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤102对链路抗毁性进行定义和计算，链路抗毁性包括链路连通性和链路健壮性，具体包括以下步骤：(1)利用效用函数4和5对星地链路和星间链路的连通性进行评估；通过几何模型去计算ISL和SGL的连通性条件，S1和S2为卫星，E为地面站或地面区域中心点的位置，A为卫星星下点坐标；h为卫星轨道高度，r为地球轨道半径，d为星地距离；α为卫星半视角，θ为半地心角，为用户仰角，ω为卫星间地心角，he为ISL最小间隙；效用函数4：若已知地面用户坐标星下点坐标可得星地夹角θ
EA
；；则可得星地链路连通性条件效用函数5：若已知卫星S1的经纬度坐标和卫星S2的经纬度坐标则可得最大星间地心角ω
max
和实际星间地心角ω的关系和实际星间地心角ω的关系则可得星间链路连通性条件根据地面视场角范围内的卫星数N
sat
，可以计算最大连通度C
max
；
(2)利用效用函数6对链路健壮性进行评估；效用函数6：链路健壮性与发射段的功率、天线增益，以及各种损耗和干扰有关，，链路健壮性B评估公式如下：其中，(C/N)
user
为用户设定链路预算阈值，C/N是链路预算：其中，k为玻尔兹曼常量，为1.38
×
10
‑
23
J/K＝
‑
228.6dB
·
W/(K
...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴翠琴，张明健，雷继兆，张瑜，谢颖，杨洋，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：