一种多艇组网通导遥系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多艇组网通导遥系统及方法，包括临近空间信息节点，用户终端和运管中心，所述临近空间信息节点包括临近空间飞艇和通导遥一体化载荷，所述用户终端包括车载CPE终端、船载CPE终端、车载基站、船载基站和手持机，所述运管中心包括系统运维模块和规划调度模块。本发明专利技术采用上述的一种多艇组网通导遥系统及方法，可以降低用户使用成本，且实现对边缘区域的大范围、低成本覆盖，对现有的卫星通导遥系统提供辅助增强。通导遥系统提供辅助增强。通导遥系统提供辅助增强。

【技术实现步骤摘要】
一种多艇组网通导遥系统及方法


[0001]本专利技术涉及临近空间飞艇组网应用
，尤其是涉及一种多艇组网通导遥系统及方法。

技术介绍

[0002]随着经济和社会的发展，信息在经济生活和生产活动中扮演的角色越来越重要，5G、物联网等技术起到了重要的催化剂作用。然而，受到地理条件的限制，在山区、沙漠、草原、深远海等区域，通信基础设施还没有形成很好的覆盖，存在建设困难、运营成本高等问题，卫星通信从资费、终端都存在成本过高的问题。遥感方面，普遍存在分辨率地、时效差的问题，且不能实现对区域的连续监视；导航方面，存在导航定位精度低，容易受到干扰等问题。
[0003]临近空间位于航空与航天的空间结合部，是跨接航空与航天的新领域，是继深空、深海、极地和网络空间之后的又一战略空间，临近空间飞艇作为一种可在该空间实现长期区域驻留的大载荷飞行平台，通过组网协同运行，可有效弥补现有空天地信息系统在空间和时间分辨率上的不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种多艇组网通导遥系统及方法，可以降低用户使用成本，且实现对边缘区域的大范围、低成本覆盖，对现有的卫星通导遥系统提供辅助增强。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种多艇组网通导遥系统，包括临近空间信息节点，用户终端和运管中心，所述临近空间信息节点包括临近空间飞艇和通导遥一体化载荷，所述用户终端包括车载CPE终端、船载CPE终端、车载基站、船载基站和手持机，所述运管中心包括系统运维模块和规划调度模块；所述通导遥一体化载荷包括通信模块、导航模块和遥感模块，所述通信模块为5G一体化大功率基站；所述导航模块为信号型导航增强系统，并与现有GNSS信号进行联合定位；所述遥感模块采集覆盖区域的高精度遥感图像和用户关注区域的图像或视频；所述系统运维模块用于临近空间飞艇信息节点运行状态的监测及管理；所述规划调度模块以用户需求为导向，以平台能源、抗风能力为约束，采用强化学习算法，在持续变化的临空环境中，规划多艇运行路径，实现对目标区域的多艇连续覆盖或编队覆盖。
[0006]优选的，所述临近空间飞艇以超视距链路作为测控链路，实现运管中心与飞艇之间的通联。
[0007]优选的，所述车载CPE终端和船载CPE终端通过具备动态伺服机构的定向天线，通过艇载通导遥一体化载荷构建信息链路，为用户提供Wifi接入服务；车载/船载基站为用户提供5G信号。
[0008]本专利技术还提供了一种多艇组网通导遥方法，包括以下步骤：S1、区域规划场景构建
区域规划场景构建包括以下三个方面的内容：一是飞艇数字模型，包括飞艇数字模型及载荷能力模型；飞艇数字模型描述飞艇的机动能力以及对载荷的能源供给能力；载荷能力模型以平台对载荷的供电为输入，描述通导遥载荷在不同功耗下的作业能力；二是环境模型，综合实测、预测气象数据，构建临近空间大区域环境模型，作为飞艇运行的仿真环境；三是任务模型，包括多艇连续覆盖、编队覆盖、区域持续覆盖；多艇连续覆盖以最优编队路径完成任务周期内的动态覆盖任务，路径在满足最低能量限度时，充分提升覆盖效率；以最大化已覆盖面积和最小化更新等待期为第一目的，选出相同成本下更新区域更大、间隔更短的路径，并生成多艇动态覆盖决策流程图和多艇动态覆盖路径规划结果示意图；编队覆盖分为静态覆盖和动态覆盖，静态覆盖即编队成员的相对位置和绝对位置基本不变，即算法的结果是输出各个飞行器的最优位置点；动态覆盖即各个飞行器由于主客观因素的影响，在保持持续移动飞行中，保持相对位置基本不变；编队覆盖规划一条可行的飞行路线或最优位置点，既满足飞行器动力学要求，又保持阵型的相对稳定；区域持续覆盖以最优路径完成任务区域和周期内的持续覆盖任务；路径在满足最低能量限度和飞行器动力学特性要求的基础上，以最大化多艇对任务区域的覆盖面积和覆盖时间为目标，给出合理的运动路径；S2、目标规划与路径规划采用强化学习技术构建规划调度功能，分为目标规划层与路径规划层，路径规划层为单艇抵达目标点提供最优路径规划；目标规划层综合考虑任务整体需求及全局环境态势，为单艇分配最佳目标点；目标规划层利用深度强化强化学习选出适应飞艇能力并满足用户需求的目标点，再通过单艇路径规划到达目标点，定期监测任务区域的各目标点的状态，寻找满足任务需求的飞艇编队的路径信息，飞行过程中飞艇编队协同完成未监测区域和待更新区域的状态信息更新；路径规划层以目标规划层输出的目标点为目标，结合区域环境态势，规划单艇运行作业路径；多艇动态覆盖是以连续覆盖目标区域，持续更新区域内测绘目标状态，实现对区域的实时监测；S3、评估调整根据多艇动态覆盖路径规划结果示意图进行判别，若目标点不合理可重新进行目标点选取或人工进行选点重新进行路径规划；若路径不合理可重新判别，进行新路径的选取。
[0009]因此，本专利技术采用上述一种多艇组网通导遥系统及方法，其技术效果如下：（1）可以解决偏远地区低成本通信覆盖问题。
[0010]（2）进一步提高导航定位精度，或在导航星座收到干扰/摧毁时，对系统覆盖范围内的终端提供导航定位覆盖；（3）通过获取高精度遥感图像，实现区域连续监视。
[0011]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0012]图1为本专利技术一种多艇组网通导遥系统及方法整体结构图；图2为本专利技术一种多艇组网通导遥系统及方法中单艇组网架构图；图3为本专利技术一种多艇组网通导遥系统及方法中多艇组网架构图；图4为本专利技术一种多艇组网通导遥系统及方法中飞艇能源构成情况组成图；图5为本专利技术一种多艇组网通导遥系统及方法中多艇动态覆盖决策流程图；图6为本专利技术一种多艇组网通导遥系统及方法中多艇动态覆盖路径规划结果示意图。
具体实施方式
[0013]以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0014]除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
[0015]实施例一图1为本专利技术一种多艇组网通导遥系统及方法整体结构图。包括临近空间信息节点，用户终端和运管中心，临近空间信息节点包括临近空间飞艇和通导遥一体化载荷，用户终端包括车载CPE终端、船载CPE终端、车载基站、船载基站和手持机，运管中心包括系统运维模块和规划调度模块。
[0016]临近空间飞艇以超视距链路作为测控链路，实现运管中心与飞艇之间的通联。如实现飞艇状态监控、飞行任务规划等。
[0017]通导遥一体化载荷包括通信模块、导航模块和遥感模块，通信模块为5G一体化大功率基站，有效覆盖范围为300km，为覆盖区域范围内的用户提供5g服务。导航模块为信号型导航增强系统，并与现有GNSS信号进行联合定位，提升导航服务的可靠性、连续性和可用性；遥感模块采集覆盖区域的高精度遥感图像和用户关注区域的图像或视频。
[0018]车载CPE终端和船载CPE终端通过具备动态伺服机构的定向天线，通过艇载通导遥一体化载荷构建信息链路，为用户提供Wifi接入服务；车载/船载基站为用户提供5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多艇组网通导遥系统，其特征在于：包括临近空间信息节点，用户终端和运管中心，所述临近空间信息节点包括临近空间飞艇和通导遥一体化载荷，所述用户终端包括车载CPE终端、船载CPE终端、车载基站、船载基站和手持机，所述运管中心包括系统运维模块和规划调度模块；所述通导遥一体化载荷包括通信模块、导航模块和遥感模块，所述通信模块为5G一体化大功率基站；所述导航模块为信号型导航增强系统，并与现有GNSS信号进行联合定位；所述遥感模块采集覆盖区域的高精度遥感图像和用户关注区域的图像或视频；所述系统运维模块用于临近空间飞艇信息节点运行状态的监测及管理；所述规划调度模块以用户需求为导向，以平台能源、抗风能力为约束，采用强化学习算法，在持续变化的临空环境中，规划多艇运行路径，实现对目标区域的多艇连续覆盖或编队覆盖。2.根据权利要求1所述的一种多艇组网通导遥系统，其特征在于，所述临近空间飞艇以超视距链路作为测控链路，实现运管中心与飞艇之间的通联。3.根据权利要求1所述的一种多艇组网通导遥系统，其特征在于，所述车载CPE终端和船载CPE终端通过具备动态伺服机构的定向天线，通过艇载通导遥一体化载荷构建信息链路，为用户提供Wifi接入服务；车载/船载基站为用户提供5G信号。4.一种多艇组网通导遥方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、区域规划场景构建区域规划场景构建包括以下三个方面的内容：一是飞艇数字模型，包括飞艇数字模型及载荷能力模型；飞艇数字模型描述飞艇的机动能力以及对载荷的能源供给能力；载荷能力模型以平台对载荷的供电为输入，描述通导遥载荷在不同功耗下的作业能力；二是环境模型，综合实测、预测气象数据，构建临近空间大区域环境模型，作为飞艇运行的仿真环境；三是任务模型，包括多艇连续覆盖、编队覆盖、区域持续覆盖；多艇连...

【专利技术属性】
技术研发人员：高大亮，
申请(专利权)人：临舟宁波科技有限公司，
类型：发明
国别省市：