基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度系统和方法，用于通过高轨卫星相控阵天线对低轨卫星的通信资源进行调度，包括：数据地球站，用于传输高轨卫星相控阵天线和高轨相控阵天线控制系统之间的通信数据，所述通信数据为低轨卫星的通信数据；高轨相控阵天线控制系统，用于根据高轨卫星相控阵天线传输的低轨卫星的通信数据判断该低轨卫星的通信质量；资源调度处理系统，用于根据高轨相控阵天线控制系统得出的低轨卫星的通信质量，选择满足通信质量要求的低轨卫星接替不满足通信质量要求的低轨卫星进行通信服务。本发明专利技术的目的在于实现低轨卫星通信服务动态智能分配，提高低轨互联网服务质量和资源分配效率。低轨互联网服务质量和资源分配效率。低轨互联网服务质量和资源分配效率。

【技术实现步骤摘要】
基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度系统和方法


[0001]本专利技术涉及卫星通信
，特别涉及一种基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度系统和方法。

技术介绍

[0002]2010年后，基于宽带互联网应用推动和商业航天技术成熟发展，以Ku、Ka频段为主的低轨卫星通信系统发展迅速。国外先后推出了OneWeb、Starlink、Telesat等系统，定位为提供全球宽带互联网接入服务，被业界称为卫星互联网，其本质是低轨卫星通信技术与互联网应用结合的产物。以Starlink为例，其是SpaceX公司2015年提出的一个低轨卫星互联网系统，目标是完成超万颗的低轨卫星部署，提供覆盖全球的告诉互联网接入服务。
[0003]但如何完成低轨星座大规模卫星测控和资源调度是当前低轨互联网发展的一个核心问题，除了本身低轨互联依托智能星载计算机完成资源整合和协调外，还可以通过地面信关站完成资源代理处理，目前以下两种方法的成熟度均较弱：（1）基于低轨星座互联的资源调度方法，是基于低轨互联网构建一个资源调度系统，通过互联互通将各通信卫星资源服务情况进行数据汇总，将低轨通信卫星类比于地面基站，通过入网协议完成用户入退网服务。通常此种情况下，在用户终端入网前一半需要提前完成资源分配，带宽频谱设置，随后统一固定使用。
[0004]（2）基于低轨卫星信关站的资源调度方法，是低轨通信卫星作为通信卫星的一类，其信关站承载着相应低轨通信卫星测控职能。因此，此种方法下通信卫星的星上资源调配通常由人工完成，而且由于地面信关站对通信卫星的可视问题，通常需要在特定时间范围内完成资源调度修改，实时性和弹性较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于实现低轨卫星通信服务动态智能分配，提高低轨互联网服务质量和资源分配效率，提供一种基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度系统和方法。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例提供了以下技术方案：基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度系统，用于通过高轨卫星相控阵天线对低轨卫星的通信资源进行调度，包括：数据地球站，用于传输高轨卫星相控阵天线和高轨相控阵天线控制系统之间的通信数据，所述通信数据为低轨卫星的通信数据；高轨相控阵天线控制系统，用于根据高轨卫星相控阵天线传输的低轨卫星的通信数据判断该低轨卫星的通信质量；资源调度处理系统，用于根据高轨相控阵天线控制系统得出的低轨卫星的通信质量，选择满足通信质量要求的低轨卫星接替不满足通信质量要求的低轨卫星进行通信服务。
[0007]更进一步地，所述高轨相控阵天线控制系统包括数据返向控制单元，所述数据返
向控制单元包括返向数据解析器、返向数据目标协议转换器；所述返向数据解析器用于解析数据地球站传输的低轨卫星的通信数据，解析后所述通信数据包括低轨通信卫星标识、当前空间坐标、服务目标、服务目标数量、服务时长、服务质量、时间码；并对通信数据进行分析，比较服务质量的相关参数与构建该低轨卫星的通信任务时的服务质量相关参数是否在阈值范围内，若在阈值范围内则判断该低轨卫星的通信质量满足要求，否则判定为通信质量不满足要求；所述返向数据目标协议转换器用于将解析的通信数据和通信质量判断结果发送至所述资源调度处理系统。
[0008]更进一步地，所述资源调度处理系统包括资源规划单元、指令生成单元、链路规划单元、协议转换单元；所述资源规划单元用于根据通信任务进行资源调整计算，选择满足通信质量要求的低轨卫星接替不满足通信质量要求的低轨卫星进行通信服务，并对满足通信质量要求的低轨卫星进行服务排序；所述指令生成单元用于根据低轨卫星的服务排序生成指令，所述指令包括低轨卫星标识、低轨卫星空间坐标、服务目标标识、服务目标空间坐标、服务要求；所述链路规划单元用于根据低轨卫星标识和低轨卫星空间坐标形成相控阵天线数据传输链路指向，生成指令波束调整码，将指令波束调整码携带在所述指令生成单元所生成的指令中；所述协议转换单元用于将指令按照低轨卫星的通信协议进行转换后，发送至高轨相控阵天线控制系统。
[0009]更进一步地，所述高轨相控阵天线控制系统还包括数据前向控制单元，所述数据前向控制单元包括前向数据自适应编码器、前向数据队列管理器、前向数据资源控制器；所述前向数据自适应编码器用于将资源调度处理系统生成的多个指令进行编码；所述前向数据队列管理器用于按照编码对多个指令进行队列排序；所述前向数据资源控制器用于按照多个指令的队列排序依次将指令发送至数据地球站。
[0010]更进一步地，所述高轨卫星相控阵天线用于接收数据地球站发送的指令后，解析其中指令波束调整码，将指令分别传输至不满足质量要求的低轨卫星和满足质量要求的低轨卫星，使得满足质量要求的低轨卫星接替不满足质量要求的低轨卫星进行通信服务。
[0011]基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度方法，包括以下步骤：步骤1，高轨卫星相控阵天线获取低轨卫星的通信数据，并将通信数据发送至数据地球站，数据地球站将通信数据发送至高轨相控阵天线控制系统；步骤2，高轨相控阵天线控制系统解析并分析低轨卫星的通信数据，判断该低轨卫星的通信质量是否满足通信质量要求；步骤3，资源调度处理系统根据高轨相控阵天线控制系统得出的低轨卫星的通信质量，选择满足通信质量要求的低轨卫星接替不满足通信质量要求的低轨卫星进行通信服务。
[0012]更进一步地，所述步骤2具体包括以下步骤：步骤2
‑
1，数据返向控制单元对数据地球站传输的低轨卫星的通信数据进行解析，
解析后的通信数据包括低轨通信卫星标识、当前空间坐标、服务目标、服务目标数量、服务时长、服务质量、时间码；步骤2
‑
2，数据返向控制单元对通信数据进行分析，比较服务质量的相关参数与构建该低轨卫星的通信任务时的服务质量相关参数是否在阈值范围内，若在阈值范围内则判断该低轨卫星的通信质量满足要求，否则判定为通信质量不满足要求；步骤2
‑
3，数据返向控制单元将解析的通信数据和是否满足通信质量的判断结果发送至资源调度处理系统。
[0013]更进一步地，所述步骤3具体包括以下步骤：步骤3
‑
1，资源规划单元中构建的分层动态二级指标包括低轨卫星评估M、数据信息传输效果评估T、用户服务单位评估C；其中低轨卫星评估M的三级指标包括低轨卫星等级l、低轨卫星服务类型s；数据信息传输效果评估T的三级指标包括数据传输速率v、数据量大小c；用户服务单位评估C的三级指标包括影响程度f、用户中心优先级p；资源规划单元根据通信任务进行资源调整计算，计算6个三级指标归一化后的权重值：其中，n表示三级指标的数量，n=6；j表示第j个三级指标；i表示第i个低轨卫星；a
ij
表示第i个低轨卫星的通信质量权重中第j个三级指标的属性值；表示第i个低轨卫星的第j个三级指标的权重值；计算低轨卫星i的排序向量表达式：计算低轨卫星i的排序向量表达式：计算低轨卫星i的排序向量表达式：其中，表示第i个低轨卫星的数据信息传输效果评估的权重值；表示第i个低轨卫星的用户服本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度系统，用于通过高轨卫星相控阵天线对低轨卫星的通信资源进行调度，其特征在于：包括：数据地球站，用于传输高轨卫星相控阵天线和高轨相控阵天线控制系统之间的通信数据，所述通信数据为低轨卫星的通信数据；高轨相控阵天线控制系统，用于根据高轨卫星相控阵天线传输的低轨卫星的通信数据判断该低轨卫星的通信质量；资源调度处理系统，用于根据高轨相控阵天线控制系统得出的低轨卫星的通信质量，选择满足通信质量要求的低轨卫星接替不满足通信质量要求的低轨卫星进行通信服务。2.根据权利要求1所述的基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度系统，其特征在于：所述高轨相控阵天线控制系统包括数据返向控制单元，所述数据返向控制单元包括返向数据解析器、返向数据目标协议转换器；所述返向数据解析器用于解析数据地球站传输的低轨卫星的通信数据，解析后所述通信数据包括低轨通信卫星标识、当前空间坐标、服务目标、服务目标数量、服务时长、服务质量、时间码；并对通信数据进行分析，比较服务质量的相关参数与构建该低轨卫星的通信任务时的服务质量相关参数是否在阈值范围内，若在阈值范围内则判断该低轨卫星的通信质量满足要求，否则判定为通信质量不满足要求；所述返向数据目标协议转换器用于将解析的通信数据和通信质量判断结果发送至所述资源调度处理系统。3.根据权利要求2所述的基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度系统，其特征在于：所述资源调度处理系统包括资源规划单元、指令生成单元、链路规划单元、协议转换单元；所述资源规划单元用于根据通信任务进行资源调整计算，选择满足通信质量要求的低轨卫星接替不满足通信质量要求的低轨卫星进行通信服务，并对满足通信质量要求的低轨卫星进行服务排序；所述指令生成单元用于根据低轨卫星的服务排序生成指令，所述指令包括低轨卫星标识、低轨卫星空间坐标、服务目标标识、服务目标空间坐标、服务要求；所述链路规划单元用于根据低轨卫星标识和低轨卫星空间坐标形成相控阵天线数据传输链路指向，生成指令波束调整码，将指令波束调整码携带在所述指令生成单元所生成的指令中；所述协议转换单元用于将指令按照低轨卫星的通信协议进行转换后，发送至高轨相控阵天线控制系统。4.根据权利要求3所述的基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度系统，其特征在于：所述高轨相控阵天线控制系统还包括数据前向控制单元，所述数据前向控制单元包括前向数据自适应编码器、前向数据队列管理器、前向数据资源控制器；所述前向数据自适应编码器用于将资源调度处理系统生成的多个指令进行编码；所述前向数据队列管理器用于按照编码对多个指令进行队列排序；所述前向数据资源控制器用于按照多个指令的队列排序依次将指令发送至数据地球站。5.根据权利要求4所述的基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度系统，其特征在于：所述高轨卫星相控阵天线用于接收数据地球站发送的指令后，解析其中指令波束调整码，
将指令分别传输至不满足质量要求的低轨卫星和满足质量要求的低轨卫星，使得满足质量要求的低轨卫星接替不满足质量要求的低轨卫星进行通信服务。6.基于相控阵天线的低轨卫星通信资源调度方法，应用于权利要求1
‑
5任一项所述的系统，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，高轨卫星相控阵天线获取低轨卫星的通信数据，并将通信数据发送至数据地球站，数据地球站将通信数据发送至高轨相控阵天线控制系统；步骤2，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佩琦，张路金，乔晓冬，
申请(专利权)人：中科九度北京空间信息技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：