一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制方法及系统技术方案

一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制方法及系统，主要包括：一、建立空中基站并与北斗导航系统通过RDSS测量算法结合RDSS定位算法构建初始空中基站无线网络拓扑；二、通过北斗三号短报文通信数据分析及文本消歧模型，获得空中基站卫星之间的关联关系，更新初始空中基站无线网络拓扑；三、对空中基站卫星之间可能的空中障碍物，预测卫星与空中障碍物之间的碰撞概率，并将概率值更新初始空中基站无线网络拓扑，完成空中基站拓扑绘制流程。本发明专利技术把空中基站等作为中继点，利用北斗RDSS定位技术，为空中卫星网络覆盖拓扑绘制提供了助力，为空中基站和拓扑提供实时的可视化监测。中基站和拓扑提供实时的可视化监测。中基站和拓扑提供实时的可视化监测。

【技术实现步骤摘要】
一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制方法及系统


[0001]本专利技术属于卫星通信
，具体涉及一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制方法及系统。

技术介绍

[0002]在未来的5G/6G网络中，卫星通信将成为在海洋和偏远地区扩展覆盖范围的有效技术手段，高质量的卫星通信系统不仅将成为陆地移动通信系统的有力补充，还将成为未来空天地海一体化通信中的重要组成部分。面对未来5G/6G对网络和业务的极高需求和挑战，卫星通信将在空中基站网络及拓扑绘制方向展开进一步的研究。
[0003]现有5G技术很难达到在空中基站无线网络搭建及卫星间实时组网信息交互及卫星之间应用逻辑拓扑的相结合测绘的要求，从而造成空中基站网络卫星节点之间以及网络卫星节点与地面基站群之间的网络延迟，无法实时了解相关监测指标的综合拓扑情况。传统的地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit，GEO)卫星虽然可以很好地向本地服务器广播公共和流行内容(如媒体内容、安全消息、联网汽车软件更新导)，但无法满足时延敏感应用的要求。相对而言，低轨(Low Earth Orbit，LEO)卫星在广覆盖和传播时延/路损方面可以取得更好的平衡。随着LEO卫星天线技术的发展，不久的将来用户的设备将直接接入6G非地面网络。为了直观反映空中基站卫星商业服务的执行情况的特点，需要将北斗导航RDSS短报文通讯结合空中基站日志信息，以保证空中组网全景拓扑绘制的完整性。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制方法及系统。本专利技术把空中基站等作为中继点，利用北斗RDSS定位技术，为空中卫星网络覆盖拓扑绘制提供助力。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]步骤1：建立空中基站，对空中基站中的每一个卫星安装北斗信号接收器，接收北斗三号的短报文数据，并结合RDSS测量算法和RDSS定位算法，构建初始的空中基站无线网络拓扑，将网络拓扑的每个北斗信号接收器与卫星的关系映射成拓扑标识；
[0008]步骤2：通过分析北斗三号的短报文数据并结合文本消歧模型，对报文关键字和词进行分析和甄别，从而获得空中基站卫星之间的关联关系，将最新的关联关系更新到拓扑标识；
[0009]步骤3：根据空中基站卫星之间可能的空中障碍物，构建碰撞模型，同时结合RDSS短报文数据以及空中基站的北斗日志数据，预测卫星与空中障碍物之间的碰撞概率，将包含碰撞概率的数据更新到拓扑标识，以拓扑标识为依据，进行空中基站的拓扑绘制。
[0010]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0011]进一步地，所述空中基站中包括GEO卫星、LEO卫星、VLEO卫星、UAV和HAPS。
[0012]进一步地，所述空中基站中，通过预警卫星接收北斗三号的短报文数据用于预警，通过测绘卫星接收北斗三号的短报文数据用于构建空中基站各卫星的坐标位置，所述预警卫星和测绘卫星属于VLEO卫星或HAPS。
[0013]进一步地，所述RDSS测量算法具体如下：
[0014][0015][0016]式中，ρ1为由地面主控站测量控制中心发出的出站信号经卫星S1转发至用户机，用户机接收到该信号并发射应答信号经卫星S1转发，回到地面主控站测量控制中心的总距离；ρ2为由地面主控站测量控制中心发出的出站信号经卫星S1转发至用户机，用户机接收到该信号并发射应答信号经卫星S2转发，回到地面主控站测量控制中心的总距离；t1为卫星S1接收地面主控站测量控制中心询间信号并转发信号的时刻；t2为用户机接收卫星S1的询问信号时刻；t3为卫星S1转发用户应答信号时刻；t4为卫星S2转发用户应答信号时刻；为卫星S1出站转发器的设备时延；为卫星S1入站转发器的设备时延；为卫星S2的入站转发器的设备时延；δt
u
(t2)为用户机转发信号的时延；为地面主控站测量控制中心至卫星S1出站链路设备时延；为地面主控站测量控制中心至卫星S1入站链路设备时延；为地面主控站测量控制中心至卫星S2入站链路设备时延；c为光速；为卫星S1至地面主控站测量控制中心的距离；为卫星S1至用户的距离；为由用户机返回卫星S1的距离；为用户返回卫星S2的距离；为用户返回地面主控站测量控制中心时，卫星S2至地面主控站测量控制中心的距离；ε为各种因素造成的测量误差。
[0017]进一步地，所述RDSS定位算法采用三球交会的几何原理来实现定位。
[0018]进一步地，所述步骤1中，拓扑标识包括北斗信号接收器ID和卫星IP。
[0019]进一步地，所述步骤2中，拓扑标识自动保留上一次关联的卫星IP，并将最新关联更新的卫星IP置前，拓扑标识包括北斗信号接收器ID、卫星IP和曾经的卫星IP。
[0020]进一步地，所述步骤3中，构建碰撞模型的过程如下：
[0021]将空中障碍物作为覆盖区域的中心，中心坐标为(x0，y0)，区域半径为r，在时间区域Δt求导获得标准离散系数值β；同时，基于卫星数据集的定位坐标集G
t
和对应坐标点的时间点集合T，结合优化无线定位算法，获得对应卫星的平均离散系数值Z；
[0022]在当前区域半径和运动时间范围内，将平均离散系数值β和标准离散系数值Z进行对比，若Z大于β，说明此卫星与该区域范围无交集；反之，若Z小于等于β，则二者差值K＝β
‑
Z越大，说明此空中基站卫星在该区域范围交集越频繁。
[0023]进一步地，所述平均离散系数值Z的计算过程如下：
[0024]定位坐标集G
t
中坐标为(x
t
，y
t
)，坐标对应时间点为t，结合优化无线定位算法计算离散平均值s为：
[0025][0026]式中，n为卫星定位点集合数；
[0027]将定位坐标集G
t
和对应坐标点的时间点集合T进行矩阵运算得到向量参数值
[0028][0029]由离散平均值s与向量参数值相乘得到平均离散系数值Z：
[0030][0031]由此获得的卫星的平均离散系数值Z，与该区域范围内的标准离散系数值β进行比对，所述标准离散系数值β见下式：
[0032][0033]本专利技术还提出了一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制系统，其特征在于，包括：
[0034]空中基站，所述空中基站中的每一个卫星都安装有北斗信号接收器，空中基站通过测绘卫星接收北斗三号的短报文数据，并结合RDSS测量算法和RDSS定位算法，构建初始的空中基站无线网络拓扑，将网络拓扑的每个北斗信号接收器与卫星的关系映射成拓扑标识；所述空中基站以拓扑标识为依据，进行空中基站的拓扑绘制；
[0035]地面主控站测量控制中心，所述地面主控站测量控制中心通过分析北斗三号的短报文数据并结合文本消歧模型，对报文关键字和词进行分析和甄别，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立空中基站，对空中基站中的每一个卫星安装北斗信号接收器，接收北斗三号的短报文数据，并结合RI)SS测量算法和RDSS定位算法，构建初始的空中基站无线网络拓扑，将网络拓扑的每个北斗信号接收器与卫星的关系映射成拓扑标识；步骤2：通过分析北斗三号的短报文数据并结合文本消歧模型，对报文关键字和词进行分析和甄别，从而获得空中基站卫星之间的关联关系，将最新的关联关系更新到拓扑标识；步骤3：根据空中基站卫星之间可能的空中障碍物，构建碰撞模型，同时结合RDSS短报文数据以及空中基站的北斗日志数据，预测卫星与空中障碍物之间的碰撞概率，将包含碰撞概率的数据更新到拓扑标识，以拓扑标识为依据，进行空中基站的拓扑绘制。2.如权利要求1所述的一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制方法，其特征在于：所述空中基站中包括GEO卫星、LEO卫星、VLEO卫星、UAV和HAPS。3.如权利要求2所述的一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制方法，其特征在于：所述空中基站中，通过预警卫星接收北斗三号的短报文数据用于预警，通过测绘卫星接收北斗三号的短报文数据用于构建空中基站各卫星的坐标位置，所述预警卫星和测绘卫星属于VLEO卫星或HAPS。4.如权利要求1所述的一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制方法，其特征在于：所述RDSS测量算法具体如下：RDSS测量算法具体如下：式中，ρ1为由地面主控站测量控制中心发出的出站信号经卫星S1转发至用户机，用户机接收到该信号并发射应答信号经卫星S1转发，回到地面主控站测量控制中心的总距离；ρ2为由地面主控站测量控制中心发出的出站信号经卫星S1转发至用户机，用户机接收到该信号并发射应答信号经卫星S2转发，回到地面主控站测量控制中心的总距离；t1为卫星S1接收地面主控站测量控制中心询问信号并转发信号的时刻；t2为用户机接收卫星S1的询问信号时刻；t3为卫星S1转发用户应答信号时刻；t4为卫星S2转发用户应答信号时刻；为卫星S1出站转发器的设备时延；为卫星S1入站转发器的设备时延；为卫星S2的入站转发器的设备时延；δt
u
(t2)为用户机转发信号的时延；为地面主控站测量控制中心至卫星S1出站链路设备时延；为地面主控站测量控制中心至卫星S1入站链路设备时延；为地面主控站测量控制中心至卫星S2入站链路设备时延；c为光速；为卫星S1至地面主控站测量控制中心的距离；为卫星S1至用户的距离；为由用户机返回卫星S1的距离；为用户返回卫星S2的距离；为用户返回地面主控站测量控制中心时，卫星S2至地面主控站测量控制中心的距离；ε为各种因素造成的测量误差。5.如权利要求1所述的一种北斗导航结合空中基站的拓扑绘制方法，其特征在于：所述RDSS定位算法采用三球交会的几何原理来实...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱文进，王玉梁，杜忠田，房杰，刘婷雯，刘少卿，
申请(专利权)人：中电信数智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：