本发明专利技术提供了一种基于启发式模型的低轨互联网卫星星座任务规划方法及仿真系统，基于启发式模型的低轨互联网卫星星座任务规划方法采用的方案为通过获取信关站的任务规划需求，读取互联网星座的星历数据；根据需求和星历数据建立卫星过顶信息矩阵，计算并储存星座的在轨数据以及与信关站间的过顶信息；根据任务需求与约束规划信关站与星座间所在时刻的馈电计划矩阵；最后将所有时刻的馈电计划整合成完整时段的计划片矩阵；本发明专利技术解决了现有互联网星座任务规划方法中未能实现连续馈电服务规划的问题，实现了互联网星座对地面的高效连续馈电服务，在保证星座资源利用效率的同时，有效减少了地面资源与星上资源的冲突。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及星座任务规划，具体涉及一种低轨卫星星座任务规划方法及仿真系统。
技术介绍
1、随着近年来5g技术的兴起以及以starlink为代表的巨型星座的迅猛发展，互联网星座在互联网服务领域的应用前景与优势逐渐受到国内外的广泛重视。截至2023年12月，starlink星座已有5100余颗卫星在轨，其中在轨服务的卫星已近4800颗。针对大型互联网星座数量规模庞大、数据交换频繁的特点，如何高效利用星座系统中的卫星以及地面信关站资源完成星地馈电服务，成为了亟待解决的互联网星座的任务规划问题。
2、互联网星座的任务规划问题所具有的约束复杂、数据处理量大以及用户需求特殊多变等特点导致任务规划难度高，星地资源冲突频繁。与传统的遥感卫星任务规划不同的是，互联网星座的任务规划问题中并没有事先给定的任务序列以供调度，如何保持地面信关站或用户与卫星之间的连续馈电则成为了主要目标，同时还要保证信关站的负载均衡度、星地间的馈电满足度以及星地间的馈电占空比等指标，以达到最大程度地利用好现有资源的目的。因此传统的卫星任务规划算法难以应用于互联网星座的任务规划问题中。
3、我国目前的大规模互联网星座正处于起步阶段，一些进行中的星座计划还处于功能及算法验证阶段，国内外在互联网星座任务规划领域鲜有公开发表的资料可以参考，成体系的任务规划方法和系统更是极为缺乏。文献号为cn113612525b的专利文献虽然公开了一种低轨互联网星座星地链路规划方法，但本质上还是对多个任务序列与资源的规划，没有对整个任务时段的馈电连续性进行优化。
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br/>技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，解决现有互联网星座任务规划方法中未能实现连续馈电服务规划的问题，本专利技术提供一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法。
2、一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法，包括如下步骤：
3、s1：获取信关站的任务规划需求，读取互联网星座的星历数据；
4、s2：建立卫星过顶信息矩阵，计算并储存星座的在轨数据以及与信关站间的过顶信息；
5、s3：根据任务需求与约束规划信关站与星座间所在时刻的馈电计划矩阵，建立馈电计划矩阵规划策略指导规划；
6、s4：将所有时刻的馈电计划整合成完整时段的计划片矩阵，输出星地馈电计划，并对结果进行评价。
7、更进一步的，所述步骤s1中，读取的星历数据包括：规划的开始和结束时间、信关站数量、每站天线数、信关站的经纬高信息、星座的数量、每星座的轨道数、每轨卫星数以及二进制形式的每颗卫星的轨道六根数。
8、更进一步的，所述步骤s2中，建立过顶信息矩阵的方法包括：
9、s21：根据s1的星历数据计算卫星所在时刻当天的儒略日jd、恒星时角
10、计算所在时刻当天的儒略日jd的方法为：
11、
12、其中，dayt为所在时刻的日期，为1970年1月1日；
13、计算所在时刻当天的恒星时角的方法为：
14、
15、t＝(jd-2451545.0)/36525，其中参数t为从j2000.0起算的儒略世纪数；
16、s22：根据s1的星历数据以及s21的儒略日jd、恒星时角计算卫星在地心地固ecef坐标系中的位置；
17、根据卫星星历数据中的轨道六根数计算卫星位置，通过旋转矩阵将轨道坐标系中的卫星位置坐标转化为地固坐标系中的坐标，用ω表示当前时刻升交点经度，用i表示轨道倾角，旋转矩阵的表示形式如下：
18、
19、其中rz和rx分别表示绕轨道坐标系的z轴和x轴的旋转矩阵；
20、s23：将s22中卫星的地心地固系下坐标转换为卫星在站心enu坐标系下的坐标，并计算卫星相对于信关站的俯仰角θ；
21、通过步骤s22求得卫星在地固系中的坐标[xs ys zs]t，地面信关站的位置[x y z]t已知，则此时卫星到信关站的观测向量也是已知的，用[△x△y△z]t＝[xs ys zs]t-[x y z]t表示，设卫星到信关站的观测向量在站心坐标系中的形式为[△e △n △u]t，卫星到信关站的观测向量从地固系到站心系的变换关系满足[△e △n △u]t＝s[△x △y △z]t，信关站在大地坐标系中的坐标为代表经度，λ代表纬度，h代表高度，则坐标变换矩阵s表示为：
22、
23、由此得到卫星俯仰角θ的计算公式：
24、
25、s24：根据信关站可视能力设置俯仰角的可见角度θspitch，生成卫星过顶信息矩阵accessijt和accdataitjk；
26、在满足关系θ>θspitch时卫星与信关站可见，过顶信息矩阵accessijt表示卫星i与信关站j之间在时刻t的可见性：
27、
28、过顶信息矩阵accdataitjk用于存储各轨道中处于可见状态卫星的过顶信息，包括该时刻处于可见状态的卫星对应的轨道序列、可见信关站序列以及该可见弧段剩余的过顶时间。
29、更进一步的，所述步骤s3中，馈电计划矩阵规划策略为：
30、a、星地计划馈电满足度最大化原则；
31、b、星地馈电占空比最小原则；
32、c、信关站负载均衡度最小原则；
33、其中馈电计划矩阵规划策略a、b和c三个原则的优先级为：a的优先级大于b的优先级，b的优先级大于c的优先级。
34、更进一步的，所述步骤s3中，规划馈电计划矩阵的步骤包括：
35、s31：根据初始时刻的星地过顶信息矩阵，在星座i，i＝1,2,…,n中选择处于星地可见状态的过顶弧段中剩余时间最久的卫星作为主计划卫星，再选择剩余过顶时间次久的卫星作为容错率计划卫星，将主计划卫星和容错率计划卫星与对应的信关站进行馈电连接；
36、此步骤中，信关站与星座建立的馈电连接数小于等于天线总数，根据最大化馈电满足的原则，优先将所有星座的主计划卫星纳入主计划卫星中，若此时还有空闲天线剩余，则安排容错率卫星；
37、s32：在初始时刻之后且非末时刻的每一时刻t，查询馈电计划矩阵planitjk在上一时刻星座i的计划卫星剩余过顶时间是否为0，若非0则在该时刻继续计划该卫星，并在计划矩阵中更新剩余过顶时间，若为0则转到步骤s33；
38、根据最大化馈电满足度的原则，在有卫星可见的前提下，应保证卫星的馈电连续性，因此上一卫星完成过顶之后应立刻完成并规划下一卫星的馈电连接；根据星地馈电占空比最小原则，在星座i中存在计划卫星的情况下，不继续计划新的卫星进行馈电连接，仅保持容错率卫星的规划；
39、s33：根据该时刻星地过顶信息矩阵accdataitjk，选择星座i中剩余过顶时间最久的卫星作为计划卫星，在计划矩阵planitjk中更新剩余过顶时间，并与对应的信关站进行馈电连接；
40、馈电计划矩阵pla本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法，其特征在于：所述步骤S1中，读取的星历数据包括：规划的开始和结束时间、信关站数量、每站天线数、信关站的经纬高信息、星座的数量、每星座的轨道数、每轨卫星数以及二进制形式的每颗卫星的轨道六根数。
3.根据权利要求1所述的一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法，其特征在于：所述步骤S2中，建立过顶信息矩阵的方法包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法，其特征在于：所述步骤S3中，馈电计划矩阵规划策略为：
5.根据权利要求1所述的一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法，其特征在于：所述步骤S3中，规划馈电计划矩阵的步骤包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法，其特征在于：所述步骤S4中，包括如下步骤：
7.应用权利要求1所述的一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法的仿真系统，其特征在于：仿真系统包括二进制文件读取模块、星历数据模块和用户数据模块；二进制文件读取模块读取星历数据模块和用户数据模块中的数据，二进制文件读取模块读取的数据通过时间算法模块和坐标系转换计算得到儒略日、卫星的恒星时角信息，并进行坐标系转化；卫星过顶计算模块通过恒星时角信息和坐标转化信息计算实时计算卫星与信关站之间的可见性以及过顶进程；星座任务规划模块根据卫星与信关站之间的可见性进行任务规划，最后生成计划。
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【技术特征摘要】
1.一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法，其特征在于：所述步骤s1中，读取的星历数据包括：规划的开始和结束时间、信关站数量、每站天线数、信关站的经纬高信息、星座的数量、每星座的轨道数、每轨卫星数以及二进制形式的每颗卫星的轨道六根数。
3.根据权利要求1所述的一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法，其特征在于：所述步骤s2中，建立过顶信息矩阵的方法包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划方法，其特征在于：所述步骤s3中，馈电计划矩阵规划策略为：
5.根据权利要求1所述的一种基于启发式的低轨卫星星座任务规划...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄河，周军，池明鹤，张帝，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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