CN113890595B - 基于频谱的卫星控制方法、计算机装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频谱的卫星控制方法、计算机装置和存储介质，基于频谱的卫星控制方法通过获取低轨卫星和高轨卫星的运行参数来确定感知参数，根据感知参数感知低轨卫星和高轨卫星的信道状态，利用低轨卫星和高轨卫星的历史信道状态预测得到的未来时刻的信道状态和感知得到的信道状态计算出避让概率，根据所述避让概率控制低轨卫星避让高轨卫星。本发明能够实现低轨卫星和高轨卫星进行频谱共享，在低轨卫星不能干扰高轨卫星的情况下，控制低轨卫星对高轨卫星的频谱进行合理避让，提高了频谱资源的利用率，使得结合了低轨卫星网络和高轨卫星网络的通信系统能够为用户提高更加稳定的通信连接，优化通信服务。本发明广泛应用于移动通信技术领域。

Description

基于频谱的卫星控制方法、计算机装置和存储介质

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其是一种基于频谱的卫星控制方法、计算机装置和存储介质。

背景技术

随着卫星通信网络的逐步完善，在整个卫星网络中大量的低轨卫星和高轨卫星占据有限的轨道和频谱，高轨卫星工作在Ka频段，低轨卫星也要工作在Ka频段，ITU规定高轨卫星的通信是不能被其他轨道干扰的，从而需要进行高轨避让。目前现有技术并没有一种基于低轨卫星和高轨卫星频谱的卫星控制方法，无法有效利用频谱资源。

发明内容

针对上述至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种基于频谱的卫星控制方法、计算机装置和存储介质。

一方面，本发明实施例包括一种基于频谱的卫星控制方法，包括：

获取高轨卫星运行参数和低轨卫星运行参数；

根据所述高轨卫星运行参数和低轨卫星运行参数确定感知参数；

根据所述感知参数对所述高轨卫星和低轨卫星进行频谱感知，得到第一时刻的感知结果；

获取高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息；

根据所述高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息进行预测，得到第二时刻的信道状态；

根据所述第一时刻的感知结果和所述第二时刻的信道状态，得到避让概率；

根据所述避让概率对所述低轨卫星进行控制避让所述高轨卫星。

进一步地，所述基于频谱的卫星控制方法还包括：

根据所述高轨卫星运行参数和低轨卫星运行参数，得到高轨卫星位置和低轨卫星位置；

当所述高轨卫星位置和低轨卫星位置均位于第一位置范围时，控制低轨卫星对高轨卫星的频段进行避让，所述第一位置范围包括赤道。

进一步地，所述感知参数包括感知长度和感知周期，所述根据所述高轨卫星运动参数和低轨卫星运动参数确定感知参数这一步骤包括：

当所述高轨卫星位置和低轨卫星位置接近赤道，调短所述感知周期，调长所述感知长度；

当所述高轨卫星位置和低轨卫星位置远离赤道，调长所述感知周期，调短所述感知长度。

进一步地，所述根据所述第一时刻的感知结果和所述第二时刻的信道状态，得到避让概率这一步骤包括：

获取第一时刻低轨卫星信道的繁忙概率R1；

获取第二时刻高轨卫星信道的繁忙概率R2；

根据所述繁忙概率R1和所述繁忙概率R2得到避让概率P＝0.5*(R1+R2)。

进一步地，所述获取第一时刻低轨卫星信道的繁忙概率R1包括：

对第一时刻低轨卫星所有信道进行频谱感知，得到接收功率pr；

当第一时刻低轨卫星所有信道忙时的功率为p，根据所述接收功率pr和所述第一时刻低轨卫星所有信道忙时的功率p，得到第一时刻低轨卫星信道的繁忙概率R1＝pr/p。

进一步地，所述获取第二时刻高轨卫星信道的繁忙概率R2这一步骤包括：

使用时间序列预测算法对高轨卫星历史信息和低轨卫星信道历史信息建立数学模型，利用所述数学模型对第二时刻的信道状态进行预测，得到第二时刻高轨卫星的信道繁忙概率为R2；所述高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息分别包括：信道ID、时间戳和信道忙闲状态。

进一步地，所述根据所述避让概率对所述低轨卫星进行控制避让所述高轨卫星这一步骤包括：

当避让概率大于0.5时，控制低轨卫星对高轨卫星进行避让；

当避让概率小于0.5时，保持原频谱继续通信。

另一方面，本发明实施例还包括一种计算机装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载实施例中的基于频谱的卫星控制方法。

另一方面，本发明实施例还包括一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于实施例中的基于频谱的卫星控制方法。

本发明的有益效果是：实施例中的基于频谱资源的卫星控制方法，通过获取第一时刻高轨卫星和低轨卫星的运行参数，对卫星进行频谱感知，根据卫星信息调整感知长度和感知周期得到第一时刻的感知结果；根据获取到的高轨卫星信道的历史信息和低轨卫星信道的历史信息对第二时刻的信道状态进行预测。根据第一时刻的感知结果和第二时刻的预测结果计算避让概率，控制低轨卫星对高轨卫星的频段进行避让，使得在一段时间中，低轨卫星和高轨卫星可以进行频谱共享，有效的增加了频谱的利用率。

附图说明

图1为应用实施例中基于频谱的卫星控制方法的通信系统的结构示意图；

图2为基于频谱的卫星控制方法的流程图。

具体实施方式

随着卫星通信技术的逐渐成熟，轨道和频谱是通信卫星能够正常运行的非常重要的条件，越来国内外公司纷纷推测出庞大的通信卫星系统方案，以抢占通信卫星的轨道和频谱资源。高轨卫星和低轨卫星由于轨道资源和频谱资源有限，所以只能在一个拥挤的环境下工作，高轨卫星工作在Ka频段，低轨卫星也工作在Ka频段，ITU规定高轨卫星的通信是不能被其他轨道干扰的，从而需要进行高轨避让。在赤道附近的时候，低轨卫星完全不能干扰高轨卫星通信，其他时刻可以和高轨卫星共用频段，为了更好的进行干扰避让，本发明提出一种基于频谱的卫星控制方法。

本实施例中的基于频谱的卫星控制方法可用于如图1所述的低轨卫星和高轨卫星结合的通信系统中。参照图1，信关站与高轨卫星和低轨卫星连接，分别控制由一个或多个高轨卫星组成的高轨卫星网络和由一个或多个低轨卫星组成的低轨卫星网络，信关站可以获取高轨卫星网络中高轨卫星的信息和低轨卫星网络中低轨卫星的信息，并对这些信息进行处理和分析，处理分析后，可以向高轨卫星和低轨卫星发送相应的指令对其进行合理调控，从而优化整个通信系统，提高资源利用率。

本实施例中的基于频谱的卫星控制方法的流程如图2所示，包括以下步骤：

获取高轨卫星运行参数和低轨卫星运行参数。信关站与高轨卫星和低轨卫星处于实时的连接状态，可以接收高轨卫星和低轨卫星运行过程中的各项参数，比如高轨卫星和低轨卫星的ID、时间、卫星位置、运行速度等参数。

根据所述高轨卫星运行参数和低轨卫星运行参数确定感知参数。所述感知参数包括感知长度和感知周期，此处是信关站对于高轨卫星和低轨卫星发起的频谱感知，信关站根据低轨卫星和高轨卫星的运行参数得到低轨卫星和高轨卫星的位置，当高轨卫星和低轨卫星的位置接近赤道，信关站对于高轨卫星和低轨卫星的感知周期进行调短，对感知长度进行调长；当高轨卫星和低轨卫星的位置远离赤道，信关站对高轨卫星和低轨卫星的感知周期进行调长，对感知长度进行调短。这是由于在赤道附近时，低轨卫星完全不能干扰高轨卫星通信，所以越接近赤道，信关站对于高轨卫星和低轨卫星的感知周期应该越短，这样可以更好的掌握到低轨卫星和高轨卫星的状态，从而进行合理的调控。

根据所述感知参数对高轨卫星和低轨卫星进行频谱感知，得到第一时刻的感知结果。所述感知结果包括高轨卫星和低轨卫星信道的忙闲状态，对第一时刻低轨卫星所有信道进行频谱感知得到接收功率为pr，第一时刻低轨卫星所有信道忙时的功率为p，这里的p指的是一个标准值，根据所述接收功率pr和所述第一时刻所有信道繁忙时的功率p,可以得到第一时刻低轨卫星信道的繁忙概率为R1＝pr/p，这是因为在一个特定的低轨卫星上一般存在有多个信道，每个信道状态都有两种结果，要么忙，要么闲，R1指的也是根据该低轨卫星所有信道的状态得出的一个整体性概率。由于高轨卫星具有较大的时延性，如果对高轨卫星使用低轨卫星的频谱感知方法的话，会产生一定的误差，所以一般并不对第一时刻的高轨卫星进行频谱感知，而是在调整感知参数之前对高轨卫星的信道进行频谱感知，当然如果有合适的方法能够对高轨卫星进行较低延迟的频谱感知的话，也可以使用该方法进行频谱感知。

获取高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息。所述高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息包括高轨卫星和低轨卫星的信道ID、时间戳以及信道忙闲状态，这里的历史信息一般指的是第一时刻前的一段时间内的历史信息，此时信道的忙闲状态是确定的值1或0，忙或闲等。

根据所述高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息进行预测，得到第二时刻的信道状态。可以使用时间序列预测算法如prophet模型对所述高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息建立数学模型，所述数学模型是基于低轨卫星和高轨卫星的时间戳和忙闲状态建立的。利用所述数学模型对第二时刻的信道状态进行预测，得到第二时刻高轨卫星信道的繁忙概率R2，这里的信道状态由于是预测得到的，此时信道的状态是一个概率值。第二时刻一般指第一时刻未来的一段时间，如对第一时刻将来的10ms的信道状态进行预测，所述第二时刻与第一时刻的时间间隔不能太长。这里可以不对低轨卫星第二时刻的信道状态进行预测，因为高轨卫星和低轨卫星共享频谱，但是低轨卫星需要避让高轨卫星，而高轨卫星不需要避让低轨卫星。除了使用时间序列预测算法对所述高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息进行预测外还可以使用其他的方式进行预测，如机器学习，AI推演等。

根据所述第一时刻的感知结果和所述第二时刻的信道状态，得到避让概率。根据上述实施例，由第一时刻低轨卫星信道的繁忙概率R1和第二时刻高轨卫星信道的繁忙概率R2得到避让概率P＝0.5(R1+R2)。

根据所述避让概率对所述低轨卫星进行控制避让所述高轨卫星。当避让概率P>0.5时，控制低轨卫星对高轨卫星进行避让；当避让概率P<0.5时，保持原频谱继续通信。

还需要说明的是，为了简化整个流程，减少工作量，在对根据所述感知参数对所述高轨卫星和低轨卫星进行频谱感知，得到第一时刻的感知结果这一步骤，可以仅对低轨卫星进行感知，因为此时感知高轨卫星的数据延迟太大；在对根据所述高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息进行预测，得到第二时刻的信道状态这一步骤，可以仅对高轨卫星进行预测得到高轨卫星第二时刻的信道状态。而且由于在赤道附近时，低轨卫星完全不能干扰高轨卫星通信，而其他时刻可以和高轨卫星共用频段，所以可以对本实施例频谱控制方法设置一个位置的范围，该范围为赤道附近且包括赤道，当高轨卫星和低轨卫星均位于该范围时，控制低轨卫星对高轨卫星的频段进行避让，当高轨卫星和低轨卫星位于该范围之外时，或者高轨卫星和低轨卫星其中一个位于该范围之外时，在一般情况下不需要控制低轨卫星对高轨卫星的频段进行避让。

可以根据本实施例中的基于频谱的卫星控制方法编写计算机程序，将计算机程序写入计算机装置的存储器或者独立的存储介质中，当计算机程序被读取出来后可以指令处理器执行实施例中的基于频谱的卫星控制方法，从而实现与方法实施例相同的技术效果。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (9)

1.一种基于频谱的卫星控制方法，其特征在于，包括：

获取高轨卫星运行参数和低轨卫星运行参数；

根据所述高轨卫星运行参数和低轨卫星运行参数确定感知参数；

根据所述感知参数对所述高轨卫星和低轨卫星进行频谱感知，得到第一时刻的感知结果；

获取高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息；

根据所述高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息进行预测，得到第二时刻的信道状态；

根据所述第一时刻的感知结果和所述第二时刻的信道状态，得到避让概率；

根据所述避让概率对所述低轨卫星进行控制避让所述高轨卫星。

2.根据权利要求1所述的一种基于频谱的卫星控制方法，其特征在于，还包括：

根据所述高轨卫星运行参数和低轨卫星运行参数，得到高轨卫星位置和低轨卫星位置；

当所述高轨卫星位置和低轨卫星位置均位于第一位置范围时，控制低轨卫星对高轨卫星的频段进行避让，所述第一位置范围包括赤道。

3.根据权利要求2所述的一种基于频谱的卫星控制方法，其特征在于，所述感知参数包括感知长度和感知周期，所述根据所述高轨卫星运动参数和低轨卫星运动参数确定感知参数这一步骤包括：

当所述高轨卫星位置和低轨卫星位置接近赤道，调短所述感知周期，调长所述感知长度；当所述高轨卫星位置和低轨卫星位置远离赤道，调长所述感知周期，调短所述感知长度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于频谱的卫星控制方法，其特征在于，所述根据所述第一时刻的感知结果和所述第二时刻的信道状态，得到避让概率这一步骤包括：

获取第一时刻低轨卫星信道的繁忙概率R1；

获取第二时刻高轨卫星信道的繁忙概率R2；

根据所述繁忙概率R1和所述繁忙概率R2得到避让概率P＝0.5*(R1+R2)。

5.根据权利要求4所述的一种基于频谱的卫星控制方法，其特征在于，所述获取第一时刻低轨卫星信道的繁忙概率R1包括：

对第一时刻低轨卫星所有信道进行频谱感知，得到接收功率pr；

当第一时刻低轨卫星所有信道忙时的功率为p，根据所述接收功率pr和所述第一时刻低轨卫星所有信道忙时的功率p，得到第一时刻低轨卫星信道的繁忙概率R1＝pr/p。

6.根据权利要求4所述的一种基于频谱的卫星控制方法，其特征在于，所述获取第二时刻高轨卫星信道的繁忙概率R2这一步骤包括：

使用时间序列预测算法对高轨卫星历史信息和低轨卫星信道历史信息建立数学模型，利用所述数学模型对第二时刻的信道状态进行预测，得到第二时刻高轨卫星的信道繁忙概率为R2；所述高轨卫星信道历史信息和低轨卫星信道历史信息分别包括：信道ID、时间戳和信道忙闲状态。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于频谱的卫星控制方法，其特征在于，所述根据所述避让概率对所述低轨卫星进行控制避让所述高轨卫星这一步骤包括：

当避让概率大于0.5时，控制低轨卫星对高轨卫星进行避让；

当避让概率小于0.5时，保持原频谱继续通信。

8.一种计算机装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行权利要求1-7任一项所述方法。

9.一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1-7任一项所述方法。

Images