CN106597475A - 一种北斗导航系统星间链路建立的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种北斗导航系统星间链路建立的方法，用于解决我国北斗导航系统星间链路预设的建链规划表中卫星本体发生故障而无法进行通信的问题。本发明首先为系统中的每颗卫星设置逻辑地址，接着在导航系统信息中加入卫星故障状态信息，表明卫星本体在哪个时刻出现了故障；利用故障信息传递策略让系统中的每颗卫星都获取故障卫星的状态信息；通过建链规划表临时表的更新将卫星故障状态信息写入临时表，最后读取更新的临时表及节点卫星表，实现北斗导航系统新链路的建立。本发明提高了北斗导航系统星间链路建立的准确性和及时性。

Description

一种北斗导航系统星间链路建立的方法

技术领域

本发明属于航天测量与控制领域，具体涉及一种星间链路的建立方法。

背景技术

星间链路在北斗导航系统中的应用带来了许多新的问题，其中链路建立问题显得尤为关键。国内外学者提出了许多基于星间链路的建链算法，这些算法对建链的计算采用离线预先计算的方式以减少星上实时计算量。

这种离线算法中所有的链路计算都是在离线状态下，根据卫星运行的周期性和可预知性，将卫星的运行周期离散化为若干个时间片，每个时间片内认为拓扑结果不发生变化，根据某种优化标准计算出来。导航星座中通常使用的离线算法，只考虑星间测距、天线指向等问题，并没有考虑卫星可能发生的故障对星间链路建链的影响。因此，当星座中部分星间链路失效时，系统性能将显著下降，进而导致大量已经存在的链路中断。但是如果采用完全动态的建链算法，就忽略了卫星运行的规律性和可预知性，导致选路开销剧增。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种北斗导航系统星间链路建立方法，通过逻辑地址编址、故障信息传递、建链规划表临时表更新、新链路建立四个步骤，实现导航星座有故障卫星情况下的星间链路建立。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)分别给北斗导航系统的每一个卫星赋予一个唯一的卫星逻辑地址<m，n>，其中m为同轨道面内卫星的序号，n为轨道面序号；选择一颗卫星为主节点；

2)主节点以设定周期进行询问，获得卫星的故障状态信息，故障状态信息表明卫星在什么时刻出现了故障；卫星在收到其他卫星的故障状态信息时，根据建链规划表中预先计算的链路，将故障状态信息通过自身能够建立的链路转发到下一跳卫星，再由下一跳卫星通过其能够建立的链路进行转发，直到所有的卫星都得到该故障状态信息；

3)在设定时段内观测卫星，建立N+1张建链规划表，并以队列形式保存；其中，第1张到第N张是正常表，表中标明了1～N时刻建立的链路；第N+1张为临时表，表中标明了当前时刻可以建立的链路；每个时隙删除第1张正常表的内容，将第n+1张建链规划表的内容更新至第n张表，并重新建立临时表；每条链路需要通过的节点卫星，建立节点卫星表；重新建立临时表之前，判断发生故障的卫星是否为当前需要建立的链路上的节点卫星，如果是，则在节点卫星表中设置该节点卫星为无效，并在此时隙内不再使用建链规划表中经过此节点卫星的链路；如果不是，则查询当前时隙的建链规划表临时表，并在故障卫星表项上设置故障标识符；

4)当用户需要通过导航星座进行通信时，先判定需要建立链路的时刻是否为建链规划表设置的有效时刻，如果是，则读取临时表，找到可以建立的链路，然后查询卫星的节点卫星表，如果其节点卫星表中设置为无效，则表明链路无法建立；如果不是无效，则建立经过此节点卫星的链路；如果需要建立链路的时刻不在建链规划表设置的有效时刻就读取正常表，按照需要建立链路的时刻查询相应的正常表，找到可以建立的新链路。

本发明的有益效果是：针对离线算法无法获知当前网络中星间链路的状态，因而无法在选路时绕开出现故障的链路的弱点，在北斗导航系统试验阶段的路由算法的基础上，考虑卫星可能发生故障，而影响星间链路的建立，引入了故障信息传递这一概念，让每颗卫星都能够在建链之前了解可能与它建立链路的卫星的状态。通过更新建链表(临时表和正常表)，来实现链路快速有效的建立，为北斗导航系统星间链路的有效建立提供了技术保障。

附图说明

图1是本方法框架图。

图2是节点逻辑地址编址图。

图3是链路状态信息传递图。

图4是更新建链规划表的临时表流程图。

图5是新链路建立流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明包括以下步骤：

1、卫星逻辑地址编址在于为区别网络节点，将全网节点赋予一个唯一的地址。设网络中存在一个初始的静止状态，用<m,n>表示某节点的地址，其中m为同轨道面内节点的序号，n为轨道面序号。在全网节点中选择最靠近中心位置的节点为主节点。

2、故障状态信息传递，所有卫星都接收到故障卫星的状态信息。卫星在收到其他卫星的故障状态信息时，将其故障状态信息通过可以建立的链路(建链规划表预先计算好的链路)转发到下一跳卫星，再由下一跳卫星通过可以建立的链路进行转发。依次下去，逐步转发，直到所有的卫星都得到该条故障状态信息；若得到故障信息的卫星是有故障的，故障信息将无法在此时间段内通过此星转发，但是在整个导航星座中会有其他卫星得到此故障信息，然后通过其他的链路将这个故障信息传递到导航星座的卫星上。卫星自身的故障信息是通过步骤一中的主节点以3s划分时隙来进行周期性的询问，获得卫星自身的故障信息然后通过上述节点之间的传递，传遍全网的。

3、北斗星座通过地面站对卫星的可见性，建立了0-168张建链规划表，其中，0-167是正常表(以7天为一个周期)，168为临时表；另外，规定每条链路需要通过的节点卫星，建立节点卫星表。建链规划表临时表(168)的更新，是为了及时更新北斗导航系统中卫星的故障状态信息，确保卫星能够及时有效的建立星间链路。在建链规划表临时表更新前，需要判断发生故障的卫星是否为当前需要建立链路上的节点卫星，如果是，则在节点卫星表中设置该节点卫星为无效，并在此时隙内不再使用建链规划表中经过此节点卫星的链路；如果不是，那么直接查询当前时隙的建链规划表临时表，并在故障卫星表项上设置故障标识符。

4、新的星间链路的建立，当用户需要通过导航星座进行通信时，可以先判定需要建立链路的时刻是否为建链规划表设置的有效时刻，如果是则需要读取建立的建链规划表168，表中标明了当前时刻可以建立的链路，在表168中找到可以建立的链路，接着需要查询卫星的节点卫星表，节点卫星表是在考虑了地面站对卫星的可见性基础上，在链路建立之前已经预先设置好的，如果其节点卫星表中设置为无效，则表明建链规划表中经过此节点卫星的链路实际上是无法建立的；如果节点卫星表中卫星设置不是无效，则经过此节点卫星的链路可以建立；如果需要建立链路的时刻不在建链规划表设置的有效时刻就读取0-167的正常表，按照需要建立链路的有效时刻查询相应的正常表，找到可以建立的新链路。

参照图1，其为本方法框架图，首先进行步骤1-1逻辑地址编址，该步骤为北斗导航系统中所有卫星节点进行逻辑地址的编址，此地址不受卫星运动影响，在整个路由选择期间是唯一的。其次进行步骤1-2故障信息传递，该步骤使得所有卫星节点获得故障卫星的故障信息，通过状态正常的链路告知下一跳相邻的卫星节点。然后进行步骤1-3建链规划表临时表的更新，该步骤在每个节点卫星获取整个链路故障信息后，查询建链规划表临时表并更新相应的链路状态。最后进行步骤1-4新链路建立，新链路建立需要首先检查建立链路的时间是否在建链规划表的有效时刻内，如果是查询临时表来建立新链路；如果不是就查询建链规划表的正常表0-167。

参照图2，其为本方法卫星节点逻辑地址编址的示意图。为区别网络节点，需要将全网节点赋予一个唯一的地址。设网络中存在一个初始的静止状态，如图2，用<m,n>表示某节点的地址，其中m为同轨道面内节点的序号，n为轨道面序号。例如此刻左上角的卫星地址为<1,1>。处于相同纬度但不同轨道面内的卫星，具有相同的m值。节点地址在网络中固定，不会因为卫星的运动而改变。

参照图3，其为本方法链路故障状态信息传递示意图。图3描述了卫星12如何通过链路将故障状态信息传递给与其建立连接的其他卫星。卫星12首先将链路状态通告报文通过链路传递给相邻的卫星2 4、13。然后13、24收到的这个链路状态通告报文通过链路转发给31、25,并通过31、25最终转发给32。其他卫星也通过与2 3相同的方式,周期性地将与之直接相连的故障状态信息传递其他卫星。

参照图4，其为本方法更新建链规划表中临时表的流程图。首先进行步骤4-1初始化，然后进行步骤4-2，卫星<m,n>读取故障状态报告，接着进行步骤4-3，判断故障卫星是否为节点卫星，如果是就进行步骤4-4，标识此路由ID为无效，如果不是则进行步骤4-5，更新临时表，为卫星下一周期的建链提供参考。

参照图5，其为本方法新链路建立流程图。首先进行步骤5-1初始化，然后进行步骤5-2判断建链时刻是否为有效时刻，此时的有效时刻为建链规划表划分的有效时刻，若是则进行步骤5-4，读取临时表，若不是则进行步骤5-3，读取正常表；然后进行步骤5-5，查询此卫星的的节点卫星表，接着进行步骤5-6，判断节点卫星是否故障，此时判定是通过4-4步骤对节点卫星表进行标注后直接查询表得到的。若是则进行步骤5-7无法建立链路；若不是则进行步骤5-8，建立新的链路。

表1为XX节点卫星的建链规划表，用于标识数据传输路径；表2为节点卫星表，标注了每颗卫星需要通过的节点卫星。它们都采用时间的驱动方式，在每个整小时开始时需要先读取卫星建链规划表，首先查看临时表时刻是否在有效时刻内如果在就读取临时表，如果不在就读正常表。此时的临时表是通过上一周期内所获得星间链路故障状态信息后重新计算而获得的新表。

表1 XX卫星建链规划表

表2 XX节点卫星表

编号的取值范围为0～168，其中0～167表示整周表，168表示临时表。

Claims (1)

1.一种北斗导航系统星间链路建立的方法，其特征在于包括下述步骤：

1)分别给北斗导航系统的每一个卫星赋予一个唯一的卫星逻辑地址<m，n>，其中m为同轨道面内卫星的序号，n为轨道面序号；选择一颗卫星为主节点；

2)主节点以设定周期进行询问，获得卫星的故障状态信息，故障状态信息表明卫星在什么时刻出现了故障；卫星在收到其他卫星的故障状态信息时，根据建链规划表中预先计算的链路，将故障状态信息通过自身能够建立的链路转发到下一跳卫星，再由下一跳卫星通过其能够建立的链路进行转发，直到所有的卫星都得到该故障状态信息；

3)在设定时段内观测卫星，建立N+1张建链规划表，并以队列形式保存；其中，第1张到第N张是正常表，表中标明了1～N时刻建立的链路；第N+1张为临时表，表中标明了当前时刻可以建立的链路；每个时隙删除第1张正常表的内容，将第n+1张建链规划表的内容更新至第n张表，并重新建立临时表；每条链路需要通过的节点卫星，建立节点卫星表；重新建立临时表之前，判断发生故障的卫星是否为当前需要建立的链路上的节点卫星，如果是，则在节点卫星表中设置该节点卫星为无效，并在此时隙内不再使用建链规划表中经过此节点卫星的链路；如果不是，则查询当前时隙的建链规划表临时表，并在故障卫星表项上设置故障标识符；

4)当用户需要通过导航星座进行通信时，先判定需要建立链路的时刻是否为建链规划表设置的有效时刻，如果是，则读取临时表，找到可以建立的链路，然后查询卫星的节点卫星表，如果其节点卫星表中设置为无效，则表明链路无法建立；如果不是无效，则建立经过此节点卫星的链路；如果需要建立链路的时刻不在建链规划表设置的有效时刻就读取正常表，按照需要建立链路的时刻查询相应的正常表，找到可以建立的新链路。