一种多波束低轨卫星通信系统预切换方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112821941A(43)申请公布日2021.05.18(21)申请号202110058292.4(22)申请日2021.01.14(71)申请人重庆邮电大学地址400065重庆市南岸区黄桷垭崇文路2号(72)发明人唐伦李子煜宋艾遥孙移星朱丹青梁承超陈前斌(74)专利代理机构北京同恒源知识产权代理有限公司11275代理人赵荣之(51)Int.Cl.H04B7/185(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图3页(54)发明名称一种多波束低轨卫星通信系统预切换方法(57)摘要本发明涉及一种多波束低轨卫星通信系统预切换方法，属于微信卫星通信领域，包括步骤1，终端接入卫星网络后，登记上报位置信息；步骤2，卫星判断是否需要进行星间波束切换，若需要则转发至地面控制中心，若不需要则在卫星侧进行星内波束切换。卫星网络依据星历信息及终端位置信息预测切换时刻及向目标波束预留资源时刻；步骤3，目标波束预留信道资源后，通过源波束转发至终端；步骤4，终端待预切换时刻达到后，直接接入目标波束，完成切换。本发明通过卫星轨迹的可预测性，能够简化切换信令流程、提高切换成功率及用户通信体验。CN112821941ACN112821941A权利要求书1/3页1.一种多波束低轨卫星通信系统预切换方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：终端接入并登记注册；S2：卫星网络预切换决策；S3：切换准备；S4：切换执行。2.根据权利要求1所述的多波束低轨卫星通信系统预切换方法，其特征在于：步骤S1中所述终端接入并登记注册具体包括以下步骤：S11：终端接入卫星后，利用GPS功能，将自身的位置信息添加至注册信令中，在卫星网络中登记注册；S12：终端向卫星网络登记注册时，在卫星端根据终端接入的波束号判断终端是否会发生星间切换，若即将发生星间切换，则交由地面控制中心进行星间波束切换决策；反之，则由卫星进行星内波束间切换决策。3.根据权利要求1所述的多波束低轨卫星通信系统预切换方法，其特征在于：步骤S2中所述卫星网络预切换决策包括以下步骤：S21：卫星网络中存储星座系统的星下点轨迹方程及星历信息，利用波束相对于卫星星下点的方向固定且静止的性质，卫星网络实时获取每颗卫星中每个波束的波束中心点；S22：建立斜投影模式下单波束对终端的覆盖时间模型；通过已知的信息，即终端坐标、当前波束中心点坐标及切换时刻波束中心点坐标，在卫星网络中对切换时刻进行计算；S23：考虑终端在波束内均匀分布时的平均驻留时间，以平均驻留时间为基准向目标波束发送信道资源预留消息，减少预留信道的时间。4.根据权利要求3所述多波束低轨卫星通信系统预切换方法，其特征在于：步骤S21中所述波束中心点的获取，包括以下步骤：S211：已知卫星经纬度及卫星中每个天线指向即半俯仰角；由卫星与波束的空间几何关系得到每层波束的地心角为每层波束的中心点与星下点的距离表示为其中，αi为第i层波束的地心角，βi为第i层波束的半俯仰角，Re为地球半径，h为卫星轨道高度，di为第i层波束的波束中心点与星下点之间的距离；S212：三个波束均匀覆盖星下点，三个中心点分别位于与X轴夹角为30°、150°和270°的以C为原点di为半径的圆周上；将3个圆心分别沿X、Y轴做垂线，则波束中心点Bi,j投影到经纬线的距离分别表示为其中，di为第i层波束的波束中心点与星下点之间的距离，Azi,j为第i层第j个波束的方位角，CBx和CBy分别表示波束中心点Bi,j投影到经纬线上的距离；S213：转换至地球球面，其经纬度表示为其中，slon和slat分别2CN112821941A权利要求书2/3页表示星下点经纬度，CBx和CBy分别表示波束中心点Bi,j投影到经纬线上的距离，Bi,jlon和Bi,jlat分别表示波束中心点Bi,j在地球球面中的经纬度。5.根据权利要求3所述的多波束低轨卫星通信系统预切换方法，其特征在于：步骤S22中所述斜投影模式下单波束对终端的覆盖时间模型具体包括：S221：O为地心，S、C、B与U为卫星、卫星子星下点、任一波束中心点与终端的位置；以S为顶点，直线SC为轴，母线与BS夹角即卫星天线的半俯仰角β作一圆锥，所述圆锥与地球的交集为所求该波束的覆盖范围；S222：终端坐标由GPS获取U(ulon,ulat)，其与每个波束中心点的弧距BU以地心角表示为γ0＝arccos(cos(90°‑Blat)cos(90°‑ulat)+sin(90°‑Blat)sin(90°‑ulat)cos(Blon‑ulon))，终端与任一波束中心点的距离S223：同步骤S222得到卫星与波束中心点的距离dBS和卫星与终端的距离dUS，则终端与波束中心点的偏角S224：将终端U替换为该