星座网络的信息同步方法及星上信息同步系统技术方案

本发明专利技术涉及一种星座网络的信息同步方法及星上信息同步系统，所述信息同步方法包括：S100，为星座网络建立信息同步模型；S200，地面测控站随机选择星座中的卫星并上传状态信息；S300，任意时刻当两卫星之间满足建链条件时，在所述两卫星之间建立通信链路，并交换卫星感知信息；S400，将所述星座网络转化为切换拓扑，根据所述星座网络的变化时刻，在离散时间域上拆分所述星座网络的切换拓扑；S500，更新所述星座网络的感知信息。本发明专利技术可以实现星座智能自主控制，在大规模星座、星间链路频繁切换情况下，实现星座高动态网络信息透明化以及星座卫星感知信息同步。卫星感知信息同步。卫星感知信息同步。

【技术实现步骤摘要】
星座网络的信息同步方法及星上信息同步系统


[0001]本专利技术涉及卫星通信
，具体涉及一种星座网络的信息同步方法及星上信息同步系统。

技术介绍

[0002]随着小卫星及微小卫星技术的发展，由小卫星和微小卫星编队飞行构成的星座将用以完成更复杂的目标探测、信息保障等方面的任务。相比传统大型卫星独立管控方式，卫星星座以组网、编队形式运行具有更低成本、更高观测效益的优点。
[0003]人工智能技术的蓬勃发展推动了多智能体系统(MAS)技术在星座自主控制研究中的应用。智能体是一个具备一定自主能力的软件实体，将智能体载入星上计算机，通过建立星间/星地通信链路，可以实现多星协同，完成更加复杂的任务，如任务规划、空间探测等。多星协同自主控制可以大大提高小卫星及其星座的实际功能，但当卫星数量激增导致星间链路切换频繁时，只有有限的处理能力。
[0004]中国专利CN113489526A提出了一种适用于环状网星座的分布式自主任务规划信息同步系统，通过建立星间/星地同步信息通信链路，实现了星座内卫星之间以及地面之间的状态信息实时同步，提升了卫星系统在轨自主协同运行能力，缩短了任务响应时间。但没有解决低轨卫星高速运动造成星间拓扑高动态变化时，星座内卫星之间及卫星与地面之间的信息同步问题。
[0005]中国专利CN113128828B提出了一种基于多智能体强化学习的卫星观测分布式在线规划方法，建立了分布式天文观测在线调度问题模型，在集中训练
‑
分布式决策强化学习框架下，设计了基于策略梯度共享的天文观测任务在线调度问题求解网络，提升了卫星间的决策协同性和训练时策略梯度的传递效率。但没有解决卫星感知信息在星座中透明化，以及当卫星故障或备份星加入星座网络时，卫星观测计算模型如何快速调整的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种星座网络的信息同步方法及星上信息同步系统，以解决目前面向星间拓扑高动态变化的分布式感知信息同步处理尚存在技术空缺的情况。
[0007]第一方面，本专利技术实施例提出一种星座网络的信息同步方法，所述信息同步方法包括：
[0008]S100，为星座网络建立信息同步模型；
[0009]S200，地面测控站随机选择星座中的卫星并上传状态信息；
[0010]S300，任意时刻当两卫星之间满足建链条件时，在所述两卫星之间建立通信链路，并交换卫星感知信息；
[0011]S400，将所述星座网络转化为切换拓扑，根据所述星座网络的变化时刻，在离散时间域上拆分所述星座网络的切换拓扑；
[0012]S500，更新所述星座网络的感知信息。
[0013]进一步地，在步骤S500之后，还包括：
[0014]S600，当所述星座网络的拓扑中节点之间切换次数达到预定次数，所述星座网络内各卫星共享星座网络的感知信息。
[0015]进一步地，步骤S100包括：
[0016]对于初始时刻具有N颗卫星的星座S＝{s1,s2,...,s
N
}，所有卫星的状态信息为X＝{x1,x2,...,x
N
}，其中，x
i
为卫星s
i
的状态信息向量；
[0017]所有卫星对整个星座网络的感知信息记为Y＝{y1,y2,...,y
N
}，其中，表示卫星s
i
在当前时刻所能够观测到的星座网络中卫星的状态信息；
[0018]K＝{k1,k2,...,k
N
}为感知信息的辅助信息，初始状态k
i
＝0；
[0019]根据X＝{x1,x2,...,x
N
}、Y＝{y1,y2,...,y
N
}和K＝{k1,k2,...,k
N
}建立所述信息同步模型。
[0020]进一步地，步骤S200还包括：
[0021]任一卫星收到所述状态信息后，向具有通信链路关系的其他卫星传递所述状态信息。
[0022]进一步地，步骤S300还包括：
[0023]根据所有卫星的感知信息建立所述星座网络的感知信息同步，确保所述星座网络的感知信息与最新时刻上传信息保持一致。
[0024]进一步地，步骤S400还包括：
[0025]拆分后得到时间片[τ0,τ1],[τ1,τ2],...,[τ
n
‑1,τ
n
]，对于每个所述时间片内的拓扑，若边数大于1，则将对应拓扑拆分为边数相同的多个只包含一条边的拓扑的并G1,G2,...,G
m
，并为每个拓扑G
l
随机挑选对应时间片内的不同的时刻。
[0026]进一步地，步骤S500包括：
[0027]在每个所述时间片内的任意时刻，根据所述星座网络所处的情况，采取对应的更新策略，所述星座网络所处的情况包括：
[0028]a，所述地面测控站上传新的状态信息到所述星座中任一卫星；
[0029]b，所述星座网络中任一卫星与其他卫星建立星间链路，互相采集状态信息；
[0030]c，所述星座中至少一个卫星退出星座网络；
[0031]d，有新卫星作为备份星补充到所述星座网络；
[0032]e，星座正常运行。
[0033]进一步地，步骤S500中，根据所述星座网络所处的情况，采取对应的更新策略，包括：
[0034]所述星座中任一卫星s
l
在时刻τ，采集地面测控站上传的状态信息时，采取以下更新策略：
[0035]a1，随机采集能与卫星s
l
建立通信连接的卫星s
m
的信息；
[0036]a2，比较卫星s
l
和卫星s
m
的辅助信息k
l
与k
m
的大小；
[0037]a3，若k
m
＞k
l
，则卫星s
m
的感知信息y
m
和辅助信息k
m
保持不变，为：y
m
(τ+1)＝y
m
(τ)，k
m
(τ+1)＝k
m
(τ)；
[0038]a4，若k
m
≤k
l
，则更新卫星s
m
的感知信息为y
m
(τ+1)＝[{s
m
:x
m
(τ)}]，更新卫星s
m
的辅助信息为k
m
(τ+1)＝k
m
(τ)+1；
[0039]a5，更新卫星s
l
的感知信息为更新卫星s
l
的辅助信息为k
l
(τ+1)＝0；
[0040]所述星座中卫星s
l
和卫星s
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星座网络的信息同步方法，其特征在于，所述信息同步方法包括：S100，为星座网络建立信息同步模型；S200，地面测控站随机选择星座中的卫星并上传状态信息；S300，任意时刻当两卫星之间满足建链条件时，在所述两卫星之间建立通信链路，并交换卫星感知信息；S400，将所述星座网络转化为切换拓扑，根据所述星座网络的变化时刻，在离散时间域上拆分所述星座网络的切换拓扑；S500，更新所述星座网络的感知信息。2.根据权利要求1所述的星座网络的信息同步方法，其特征在于，在步骤S500之后，还包括：S600，当所述星座网络的拓扑中节点之间切换次数达到预定次数，所述星座网络内各卫星共享星座网络的感知信息。3.根据权利要求1所述的星座网络的信息同步方法，其特征在于，步骤S100包括：对于初始时刻具有N颗卫星的星座S＝{s1,s2,...,s
N
}，所有卫星的状态信息为X＝{x1,x2,...,x
N
}，其中，x
i
为卫星s
i
的状态信息向量；所有卫星对整个星座网络的感知信息记为Y＝{y1,y2,...,y
N
}，其中，表示卫星s
i
在当前时刻所能够观测到的星座网络中卫星的状态信息；K＝{k1,k2,...,k
N
}为感知信息的辅助信息，初始状态k
i
＝0；根据X＝{x1,x2,...,x
N
}、Y＝{y1,y2,...,y
N
}和K＝{k1,k2,...,k
N
}建立所述信息同步模型。4.根据权利要求3所述的星座网络的信息同步方法，其特征在于，步骤S200还包括：任一卫星收到所述状态信息后，向具有通信链路关系的其他卫星传递所述状态信息。5.根据权利要求4所述的星座网络的信息同步方法，其特征在于，步骤S300还包括：根据所有卫星的感知信息建立所述星座网络的感知信息同步，确保所述星座网络的感知信息与最新时刻上传信息保持一致。6.根据权利要求5所述的星座网络的信息同步方法，其特征在于，步骤S400还包括：拆分后得到时间片[τ0,τ1],[τ1,τ2],...,[τ
n
‑1,τ
n
]，对于每个所述时间片内的拓扑，若边数大于1，则将对应拓扑拆分为边数相同的多个只包含一条边的拓扑的并G1,G2,...,G
m
，并为每个拓扑G
l
随机挑选对应时间片内的不同的时刻。7.根据权利要求6所述的星座网络的信息同步方法，其特征在于，步骤S500包括：在每个所述时间片内的任意时刻，根据所述星座网络所处的情况，采取对应的更新策略，所述星座网络所处的情况包括：a，所述地面测控站上传新的状态信息到所述星座中任一卫星；b，所述星座网络中任一卫星与其他卫星建立星间链路，互相采集状态信息；c，所述星座中至少一个卫星退出星座网络；d，有新卫星作为备份星补充到所述星座网络；e，星座正常运行。
8.根据权利要求7所述的星座网络的信息同步方法，其特征在于，步骤S500中，根据所述星座网络所处的情况，采取对应的更新策略，包括：所述星座中任一卫星s
l
在时刻τ，采集地面测控站上传的状态信息时，采取以下更新策略：a1，随机采集能与卫星s
l
建立通信连接的卫星s
m
的信息；a2，比较卫星s
l
和卫星s
m
的辅助信息k
l
与k
m
的大小；a3，若k
m
＞k
l
，则卫星s
m
的感知信息y
m
和辅助信息k
m
保持不变，为：y
m
(τ+1)＝y
m
(τ)，k
m
(τ+1)＝k
m
(τ)；a4，若k
m
≤k
l
，则更新卫星s
m
的感知信息为y
m
(τ+1)＝[{s
m
:x
m
(τ)}]，更新卫星s
m
的辅助信息为k
m
(τ+1)＝k
m
(τ)+1；a5，更新卫星s
l
的感知信息为更新卫星s
l
的辅助信息为k
l
(τ+1)＝0；所述星座中卫星s
l
和卫星s
j
在时刻τ互相采集对方的状态信息时，采取以下更新策略：b1，比较卫星s
l
和卫星s
j
的辅助信息k
l
与k
j
的大小；b2，若k
l
＝k
j
，则同时更新卫星s
l
和卫星s
j
的感知信息y
l
和y
j
，令b3，若k
l
＞k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥磊，孙弋舒，王超，董怡泽，田志新，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：