卫星物联网场景下物联网终端的最佳通信位置确定方法技术

本申请提供了一种卫星物联网场景下物联网终端的最佳通信位置确定方法，用于为物联网终端在与卫星通信时，精确确定其最佳通信位置，如此既可以减少物联网终端的开机时间，又可保障通信质量，大大保障了物联网终端的低功耗运行。方法包括：在卫星物联网场景中，物联网终端在接收到的卫星的广播信息的基础上，考虑自身以及卫星两者的天线增益方向图、空间链路情况，生成信号矩阵；物联网终端对信号矩阵求解上行链路综合损耗最小点，得到多个极值点；物联网终端从多个极值点中，确定卫星取得接收信号最大强度的目标极值点，作为物联网终端的理论最佳通信位置；物联网终端在自身的当前位置以及理论最佳通信位置的基础上，确定实际最佳通信位置。佳通信位置。佳通信位置。

【技术实现步骤摘要】
卫星物联网场景下物联网终端的最佳通信位置确定方法


[0001]本申请涉及通信领域，具体涉及一种卫星物联网场景下物联网终端的最佳通信位置确定方法。

技术介绍

[0002]近年来，物联网的发展得到了广泛的关注，低轨卫星物联网也成为卫星通信领域的发展热点，围绕着终端小型化、低功耗、低成本、长电池使用寿命开展了大量探索性的工作。从当前现状看，低轨卫星物联网仍未取得突破性的进展，还需要开展大量的研究工作。
[0003]卫星物联网作为地面物联网的补充，与地面通信相比，物联网终端与卫星相距遥远，传输损耗大，达到地面或者达到卫星的信号都相对较弱，为提高信号强度，通常物联网终端配备高增益天线、大功率发射机和高灵敏度接收机，这就导致物联网终端存在尺寸大、成本高的情况。
[0004]而在现有的相关技术的研究过程中，专利技术人发现，卫星物联网其应用场景多为能源有限的野外环境，物联网终端的低功耗运行是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种卫星物联网场景下物联网终端的最佳通信位置确定方法，用于为物联网终端在与卫星通信时，精确确定其最佳通信位置，如此既可以减少物联网终端的开机时间，又可保障通信质量，大大保障了物联网终端的低功耗运行。
[0006]第一方面，本申请提供了一种卫星物联网场景下物联网终端的最佳通信位置确定方法，方法包括：
[0007]在卫星物联网场景中，物联网终端在接收到的卫星的广播信息的基础上，考虑自身以及卫星两者的天线增益方向图、空间链路情况，生成信号矩阵，信号矩阵用于反映物联网终端以及卫星之间的不同通信链路的信号情况；
[0008]物联网终端对信号矩阵求解上行链路综合损耗最小点，得到多个极值点，极值点是以位置坐标的形式设置的；
[0009]物联网终端从多个极值点中，确定卫星取得接收信号最大强度的目标极值点，作为物联网终端的理论最佳通信位置；
[0010]物联网终端在自身的当前位置以及理论最佳通信位置的基础上，确定实际最佳通信位置，作为最终使用的最佳通信位置来向卫星发送上行信号。
[0011]结合本申请第一方面，在本申请第一方面第一种可能的实现方式中，物联网终端从多个极值点中，确定卫星取得接收信号最大强度的目标极值点，包括：
[0012]物联网终端设每个极值点通过物联网终端与卫星间的方位角φ、俯仰角θ进行指示，φ为系统给定值，通过下式计算覆盖半地心角a：
[0013]E＝90
‑
sin
‑1((H+R)/(R/sin(θ/180
×
π)))
×
180/π，
[0014]a＝90
‑
E
‑
θ，
[0015]其中，R为地球半径，H为卫星轨道高度，E为终端到卫星的仰角；
[0016]物联网终端通过下式计算通信距离d：
[0017][0018]物联网终端通过下式计算链路损耗L
S
：
[0019]Ls＝92.45+20log10(d
×
f)+loss，
[0020]其中，f为终端发射频率，loss为包括极化损耗、指向损耗、雨衰的损耗；
[0021]物联网终端通过下式计算卫星接收口面电平P0，作为卫星的接收信号强度：
[0022]P0＝EIRP
T
‑
L
S
+G
R
＝P
T
+G
T
‑
L
ft
‑
L
S
+G
R
，
[0023]其中，P
T
为终端发射功率，G
T
为终端发射天线增益，L
ft
为发射端线缆损耗，G
R
为卫星接收天线增益；
[0024]物联网终端从多个极值点中确定取得最大卫星接收口面电平P0的目标极值点，目标极值点通过θ0,指示。
[0025]结合本申请第一方面，在本申请第一方面第二种可能的实现方式中，物联网终端在自身的当前位置以及理论最佳通信位置的基础上，确定实际最佳通信位置，包括：
[0026]物联网终端在当前位置以及理论最佳通信位置之间，求解上行链路综合损耗最小的位置，以得到实际最佳通信位置。
[0027]结合本申请第一方面第二种可能的实现方式，在本申请第一方面第三种可能的实现方式中，物联网终端在当前位置以及理论最佳通信位置之间，求解上行链路综合损耗最小的位置，包括：
[0028]物联网终端将当前位置以及理论最佳通信位置代入代价函数，求解出取得最小函数值的位置，作为上行链路综合损耗最小的位置。
[0029]结合本申请第一方面第三种可能的实现方式，在本申请第一方面第四种可能的实现方式中，当前位置X
t
在xy坐标系中通过指示，理论最佳通信位置X0在xy坐标系中通过指示，代价函数是从当前位置以及理论最佳通信位置之间的相对距离方面体现的，代价函数具体为：
[0030][0031]结合本申请第一方面第三种可能的实现方式，在本申请第一方面第五种可能的实现方式中，当前位置X
t
在xy坐标系中通过指示，理论最佳通信位置X0在xy坐标系中通过指示，代价函数是从当前位置以及理论最佳通信位置之间的相对距离方面体现的，代价函数具体为：
[0032][0033]结合本申请第一方面第三种可能的实现方式，在本申请第一方面第六种可能的实现方式中，当前位置X
t
在xy坐标系中通过指示，理论最佳通信位置X0在xy坐标系中通过指示，代价函数是从当前位置以及理论最佳通信位置之间的相对距离方面体现的，代价函数具体为：
[0034][0035]第二方面，本申请提供了一种卫星物联网场景下物联网终端的最佳通信位置确定装置，装置包括：
[0036]生成单元，用于在卫星物联网场景中，在接收到的卫星的广播信息的基础上，考虑自身以及卫星两者的天线增益方向图、空间链路情况，生成信号矩阵，信号矩阵用于反映物联网终端以及卫星之间的不同通信链路的信号情况；
[0037]求解单元，用于对信号矩阵求解上行链路综合损耗最小点，得到多个极值点，极值点是以位置坐标的形式设置的；
[0038]确定单元，用于从多个极值点中，确定卫星取得接收信号最大强度的目标极值点，作为物联网终端的理论最佳通信位置；
[0039]确定单元，还用于在自身的当前位置以及理论最佳通信位置的基础上，确定实际最佳通信位置，作为最终使用的最佳通信位置来向卫星发送上行信号。
[0040]结合本申请第二方面，在本申请第二方面第一种可能的实现方式中，确定单元，具体用于：
[0041]设每个极值点通过物联网终端与卫星间的方位角φ、俯仰角θ进行指示，φ为系统给定值，通过下式计算覆盖半地心角a：
[0042]E＝90
‑
sin
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星物联网场景下物联网终端的最佳通信位置确定方法，其特征在于，所述方法包括：在卫星物联网场景中，物联网终端在接收到的卫星的广播信息的基础上，考虑自身以及所述卫星两者的天线增益方向图、空间链路情况，生成信号矩阵，所述信号矩阵用于反映所述物联网终端以及所述卫星之间的不同通信链路的信号情况；所述物联网终端对所述信号矩阵求解上行链路综合损耗最小点，得到多个极值点，所述极值点是以位置坐标的形式设置的；所述物联网终端从多个所述极值点中，确定所述卫星取得接收信号最大强度的目标极值点，作为所述物联网终端的理论最佳通信位置；所述物联网终端在自身的当前位置以及所述理论最佳通信位置的基础上，确定实际最佳通信位置，作为最终使用的最佳通信位置来向所述卫星发送上行信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物联网终端从多个所述极值点中，确定所述卫星取得接收信号最大强度的目标极值点，包括：所述物联网终端设每个所述极值点通过所述物联网终端与所述卫星间的方位角φ、俯仰角θ进行指示，φ为系统给定值，通过下式计算覆盖半地心角a：E＝90
‑
sin
‑1((H+R)/(R/sin(θ/180
×
π)))
×
180/π，a＝90
‑
E
‑
θ，其中，R为地球半径，H为卫星轨道高度，E为终端到卫星的仰角；所述物联网终端通过下式计算通信距离d：所述物联网终端通过下式计算链路损耗L
S
：Ls＝92.45+20log10(d
×
f)+loss，其中，f为终端发射频率，loss为包括极化损耗、指向损耗、雨衰的损耗；所述物联网终端通过下式计算卫星接收口面电平P0，作为所述卫星的接收信号强度：P0＝EIRP
T
‑
L
S
+G
R
＝P
T
+G
T
‑
L
ft
‑
L
S
+G
R
，其中，P
T
为终端发射功率，G
T
为终端发射天线增益，L
ft
为发射端线缆损耗，G
R
为卫星接收天线增益；所述物联网终端从多个所述极值点中确定取得最大卫星接收口面电平P0的所述目标极值点，所述目标极值点通过θ0,指示。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕佳欢，喻竹希，双炜，王璇，李波，谢雅婷，
申请(专利权)人：航天行云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：