CN111431585B - 大规模ngso卫星星座的接入方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大规模NGSO卫星星座的接入方法及装置，涉及卫星通信的技术领域，包括：先将目标地面站的可视空域划分为N个可视子区域；然后计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率，并将概率大于等于预设概率的可视子区域确定为高概率区域；其中，所有的高概率区域用于构成高概率区域集合；再从高概率区域集合中筛除干扰区域，得到K个可接入区域；最后通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入目标区域内的NGSO卫星，其中，目标区域为K个可接入区域中满足通信条件的任一可接入区域。本发明通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入目标区域内的NGSO卫星的方式，可以减少运算量，进而提高接入效率。

Description

大规模NGSO卫星星座的接入方法及装置

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是涉及一种大规模NGSO卫星星座的接入方法及装置。

背景技术

传统的卫星接入策略需要地面站内置星历并实时外推星座中各个卫星的位置，适用于卫星数量不多的情况。目前，越来越多的大规模卫星星座计划被提出：OneWeb(一网)公司计划在未来发射1980颗卫星；Samsung公司计划发射4600颗卫星；Boeing(波音)公司计划在V波段和C波段发射2946颗卫星；Space X公司计划starlink星座发射41943颗卫星。这些大规模星座的卫星数量(千、万颗)远大于传统星座，地面站若继续沿用传统的卫星接入策略，会导致运算量巨大，计算复杂度高，严重影响卫星接入效率。因此，传统以轨道外推卫星位置来寻找、接入卫星的方式在大规模星座系统中不再适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大规模NGSO卫星星座的接入方法及装置，以缓解了现有技术中存在的传统的卫星接入策略应用于大规模星座系统，导致运算量巨大，计算复杂度高，严重影响卫星接入效率的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种大规模NGSO卫星星座的接入方法，其中，包括：将目标地面站的可视空域划分为N个可视子区域；其中，所述可视空域为距离所述目标地面站预设高度的空间区域；计算每个所述可视子区域内NGSO卫星出现的概率，并将所述概率大于等于预设概率的可视子区域确定为高概率区域；其中，所有的高概率区域用于构成高概率区域集合；从所述高概率区域集合中筛除干扰区域，得到K个可接入区域；其中，所述干扰区域为所述NGSO卫星对GEO卫星产生干扰的高概率区域；通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入所述目标区域内的NGSO卫星；其中，所述目标区域为所述K个可接入区域中满足通信条件的任一可接入区域。

进一步的，所述方法还包括：当其他地面站的天线和所述目标地面站的天线指向同一目标区域时，判断其他地面站和目标地面站之间是否发生干扰；若是，则对所述其他地面站的天线进行指向角度调整，以使所述其他地面站的天线指向所述K个可接入区域中除所述目标区域以外的满足通信条件的任一可接入区域。

进一步的，所述方法还包括：当所述目标区域内的NGSO卫星即将运行出所述目标区域时，接入所述目标区域内的其他NGSO卫星，以执行卫星间切换操作。

进一步的，计算每个所述可视子区域内NGSO卫星出现的概率，包括：利用预设的概率计算算法计算每个所述可视子区域内NGSO卫星出现的概率。

进一步的，利用预设的概率计算算法计算每个所述可视子区域内NGSO卫星出现的概率包括：计算所述NGSO卫星相对于所述目标地面站的第一角度信息；计算所述可视子区域相对于所述目标地面站的第二角度信息；基于所述第一角度信息和所述第二角度信息，计算每个所述可视子区域内NGSO卫星出现的概率。

进一步的，所述第一角度信息包括：第一方位角度信息和第一俯仰角度信息，所述第二角度信息包括：第二方位角度信息和第二俯仰角度信息；其中，所述第一方位角度信息用于表征所述NGSO卫星相对于所述目标地面站的方位角度信息，所述第一俯仰角度信息用于表征所述NGSO卫星相对于所述目标地面站的俯仰角度信息，所述第二方位角度信息用于表征所述可视子区域相对所述目标地面站的方位角度信息，所述第二俯仰角度信息用于表征所述可视子区域相对于所述目标地面站的俯仰角度信息。

第二方面，本发明实施例提供了一种大规模NGSO卫星星座的接入装置，其中，包括：划分单元，用于将目标地面站的可视空域划分为N个可视子区域；其中，所述可视空域为距离所述目标地面站预设高度的空间区域；计算单元，用于计算每个所述可视子区域内NGSO卫星出现的概率，并将所述概率大于等于预设概率的可视子区域确定为高概率区域；其中，所有的高概率区域用于构成高概率区域集合；筛除单元，用于从所述高概率区域集合中筛除干扰区域，得到K个可接入区域；其中，所述干扰区域为所述NGSO卫星对GEO卫星产生干扰的高概率区域；第一接入单元，用于通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入所述目标区域内的NGSO卫星；其中，所述目标区域为所述K个可接入区域中满足通信条件的任一可接入区域。

进一步的，所述装置还包括：判断单元，用于当其他地面站的天线和所述目标地面站的天线指向同一目标区域时，判断其他地面站和目标地面站之间是否发生干扰；调整单元，用于若是，则对所述其他地面站的天线进行指向角度调整，以使所述其他地面站的天线指向所述K个可接入区域中除所述目标区域以外的满足通信条件的任一可接入区域。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面任一项所述的方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行如上述第一方面任一项所述的方法。

本发明提供的一种大规模NGSO卫星星座的接入方法及装置，先将目标地面站的可视空域划分为N个可视子区域；其中，可视空域为距离目标地面站预设高度的空间区域；然后计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率，并将概率大于等于预设概率的可视子区域确定为高概率区域；其中，所有的高概率区域用于构成高概率区域集合；再从高概率区域集合中筛除干扰区域，得到K个可接入区域；其中，干扰区域为NGSO卫星对GEO卫星产生干扰的高概率区域；最后通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入目标区域内的NGSO卫星；其中，目标区域为K个可接入区域中满足通信条件的任一可接入区域。

本发明实施例中的目标区域具有NGSO卫星出现概率高、能够避免对GEO卫星产生干扰且满足通信条件的特点，因此本发明实施例通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入目标区域内的NGSO卫星的方式，能够缓解现有技术中传统的卫星接入策略应用于大规模星座系统导致的运算量巨大，计算复杂度高，严重影响卫星接入效率的技术问题，从而实现了简化接入方式，降低天线的使用成本，进而提高接入效率，适用于大规模星座系统的技术效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种大规模NGSO卫星星座的接入方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种大规模NGSO卫星星座的接入方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种大规模NGSO卫星星座的接入方法应用于Walker星座的流程图；

图4为划分可视区域的结构示意图；

图5为每个可视子区域卫星出现的概率示意图；

图6为干扰区域的结构示意图；

图7为可接入卫星区域与不可接入卫星区域的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种大规模NGSO卫星星座的接入装置的结构示意图。

图标：

10-划分单元；20-计算单元；30-筛除单元；40-第一接入单元。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在星座系统运行过程中，多颗卫星可能同时覆盖某一地面站，该地面站使用的卫星接入与切换策略直接影响星座系统的性能。传统的卫星接入与切换策略包括距离优先方案、覆盖时间优先方案、负载均衡方案、综合加权接入方案等，这些策略大多以某种性能最优或某几种性能较优作为指标，选取当前时刻下指标最优的卫星接入。最主要的是，上述策略都需要地面站内置星历并实时外推星座系统中各个卫星的位置，适用于卫星覆盖重数较少(例如：2～4重)、卫星数量不多的情况。

目前，越来越多的大规模卫星星座计划被提出：OneWeb(一网)公司计划在未来发射1980颗卫星；Samsung公司计划发射4600颗卫星；Boeing(波音)公司计划在V波段和C波段发射2946颗卫星；Space X公司计划starlink星座发射41943颗卫星。这些大规模星座的卫星数量远大于传统星座，地面覆盖重数可达几十重甚至上百重。地面站若继续沿用传统的卫星接入策略外推卫星的位置，会导致运算量巨大、计算复杂度高，严重影响卫星接入效率。此外，超高的覆盖重数还会导致地面站频繁切换卫星，产生大量的握手、校时、校频等开销，严重降低星座系统工作效率。因此，传统以轨道外推卫星位置来寻找、接入卫星的方式可能不再适用。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种大规模NGSO卫星星座的接入方法进行详细描述。

实施例1：

根据本发明实施例，提供了一种大规模NGSO卫星星座的接入方法的实施例，需要说明的是，本发明实施例所设计的NGSO卫星星座的接入方法主要存在以下三个约束条件：(1)本发明实施例考虑大规模NGSO星座系统，包括：低地球轨道卫星系统和中地球轨道卫星系统；(2)NGSO星座系统具有星间链路，该星间链路用于传递通信数据；(3)地面站的波束指向要满足最低仰角要求，该要求一般根据通信质量给出(仰角越低信号质量越差)。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种大规模NGSO卫星星座的接入方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101，将目标地面站的可视空域划分为N个可视子区域。

在本发明实施例中，目标地面站u可以指地球地面与卫星通信的地面站点(如北京站点)。可视空域为距离目标地面站预设高度的空间区域，该空间区域可以为一个曲面。本发明实施例可以按照给定的视线张角γ将目标地面站u的可视空域划分为若干个可视子区域A_N×1，其中N为可视子区域的总数量。上述视线张角γ的大小一般根据卫星系统的波束张角决定。例如，低轨卫星系统的波束张角比较大，为15～20°，因此可以选择20°作为视线张角。除了按照给定的视线张角γ对可视空域进行划分之外，本发明实施例还可以按照其他规则对可视空域进行划分，因此本发明实施例对划分可视空域的依据不作具体限定。

步骤S102，计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率，并将概率大于等于预设概率的可视子区域确定为高概率区域；其中，所有的高概率区域用于构成高概率区域集合；

在本发明实施例中，可以优先考虑大规模NGSO星座系统与GEO星座系统共存的场景，其中，大规模NGSO星座系统由S颗NGSO卫星组成。本发明实施例可以将所有可视子区域内NGSO卫星出现的概率记为P_N×1。另外，该步骤所采用的概率计算方法包括可以包括轨道外推方法和数值方法，其中，数值方法可以理解为用公式计算得到的方法。由于NGSO星座系统的规模足够大，因此每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率p_i(i＝1,...,N,p_i∈P_N×1)一般都很高。需要注意的是，本发明实施例中所有可视子区域内NGSO卫星出现的概率不一定都大于等于预设概率，因此高概率区域集合为A_L×1(L≤N,A_L×1∈A_N×1)。

本发明实施例在确定高概率区域之后，还要考虑高概率区域是否存在同频干扰问题。具体分析如下：随着星座规模的扩大，卫星间不可避免地会产生同频干扰。目前较为常见的规避干扰方法大体分为以下两种：调整发射功率或关闭发射机；设置隔离角，即让不同发射机波束指向的夹角大于一定值。无论采用上述哪种方法来规避干扰，都会牺牲系统性能。由于大规模星座具有卫星数量多、运动速度快的特点，因此其与传统星座相比更需要频繁地规避干扰，其对系统性能的影响不可忽略。本发明实施例采用天线固定指向偏离干扰区域的方式来规避干扰，具体分析见下述步骤S103：

步骤S103，从高概率区域集合中筛除干扰区域，得到K个可接入区域；

在本发明实施例中，可接入区域的数量小于可视子区域的数量，即K<N。可接入区域A_K×1，(A_K×1∈A_N×1)。由于本申请优先考虑大规模NGSO星座系统与GEO星座系统共存的场景。因此该场景下NGSO星座系统中的NGSO卫星可能会对GEO星座系统中的GEO卫星产生干扰，上述干扰可以理解为同频干扰。也就是说，干扰区域为NGSO卫星对GEO卫星产生干扰的可视子区域，记为A_M×1，(0≤M<N,A_M×1∈A_N×1)。由于上述步骤S102中不满足概率条件的可视子区域最终不在步骤S104目标区域的范围内，因此为了简化计算，无需从所有的可视子区域中筛除干扰区域，可以直接从高概率区域集合中筛除干扰区域，因此干扰区域A_M×1还可以表示为存在NGSO卫星对GEO卫星产生干扰的高概率区域，其中，A_M×1的取值范围为(0≤M<L,A_M×1∈A_L×1)。

在实际应用中，GEO卫星对地静止，也就是说，GEO卫星相对于目标地面站u在可视空域中的位置恒定。基于上述特性，本实施例可以通过避开指向干扰区域的方式规避干扰。考虑到GEO卫星出现概率的特点(靠近南北极越密集，靠近赤道越稀疏)，一般可令北半球的目标地面站波束指向北部区域，南半球的目标地面站波束指向南部区域的方式来规避对GEO卫星的干扰。在本发明实施例中，如何高效地接入NGSO卫星是本申请最主要的技术问题，但是规避干扰是实现接入过程的重要步骤，因此规避干扰在本领域同等重要，一般的规避干扰策略比较复杂，而本申请通过直接从高概率区域集合中筛除干扰区域的方式，可以简化规避干扰。

本发明实施例在规避干扰之后，可以考虑如何接入NGSO卫星的技术问题。传统的接入策略需要天线跟踪卫星运动，即先通过星历计算出所有卫星位置，然后根据某种策略选定一颗卫星，调整天线指向选定卫星的位置后接入卫星通信，天线跟踪卫星运动，当卫星运动运行出地面站的可视范围后，需要重新计算卫星位置，再次寻找卫星接入，以此类推。传统的接入策略应用在大规模星座系统中，由于卫星很多(例如：千、万颗)，需要计算所有卫星每个时刻的位置，计算量大。本发明实施例采用固定目标地面站的天线指向的方式来接入NGSO卫星，具体分析见下述步骤S104：

步骤S104，通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入目标区域内的NGSO卫星；其中，目标区域为K个可接入区域中满足通信条件的任一可接入区域。

在本发明实施例中，天线包括发射机天线和接收机天线，是实现目标地面站与目标区域内的NGSO卫星能够进行通信的装置。满足通信条件可以指大于最低仰角角度，满足信噪比等。本发明实施例可以令目标地面站的天线固定指向满足通信条件的任一可接入区域a_j(a_j∈A_K×1)。由于天线固定指向的目标区域内始终存在至少一颗NGSO卫星，因此目标地面站可以通过该卫星接入星座系统，记接入的NGSO卫星为s_l(l＝1,...,S)。

本发明实施例提供的一种大规模NGSO卫星星座的接入方法，先确定目标地面站的可视空域，并将可视空域划分为N个可视子区域；其中，可视空域用于表征与目标地面站具有预设高度的空间区域；然后计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率，并将概率大于等于预设概率的可视子区域确定为高概率区域；其中，所有的高概率区域用于构成高概率区域集合；再从高概率区域集合中筛除干扰区域，得到K个可接入区域；其中，干扰区域为NGSO卫星对GEO卫星产生干扰的高概率区域；最后通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入目标区域内的NGSO卫星；其中，目标区域为K个可接入区域中满足通信条件的任一可接入区域。本发明实施例中的目标区域具有NGSO卫星出现概率高、能够避免对GEO卫星产生干扰且满足通信条件的特点，因此本发明实施例通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入目标区域内的NGSO卫星的方式，能够缓解现有技术中传统的卫星接入策略应用于大规模星座系统导致的运算量巨大，计算复杂度高，严重影响卫星接入效率的技术问题，从而实现了简化接入方式，降低天线的使用成本，进而提高接入效率，适用于大规模星座系统的技术效果。

在一个可选的实施例中，如图2所示，方法还包括：

步骤S105，当其他地面站的天线和目标地面站的天线指向同一目标区域时，判断其他地面站和目标地面站之间是否发生干扰；

步骤S106，若是，则对其他地面站的天线进行指向角度调整，以使其他地面站的天线指向K个可接入区域中除目标区域以外的满足通信条件的任一可接入区域。

在本发明实施例中，若多个其他地面站u₁,...,u_m与目标地面站u距离较近，则判断其他地面站u₁,...,u_m和目标地面站u是否同时指向同一目标区域a_j。若是，则对目标地面站u与其他地面站u₁,...,u_m进行协调，或在运控中心统一调度下，将其他地面站u₁,...,u_m的波束始终指向与目标区域概率相近的其他可接入区域接入不同区域内的NGSO卫星，实现空间分离，规避NGSO星座系统间的同频干扰；若否，则保持目标地面站u波束指向不变(或微调)，持续指向目标区域a_j。

在一个可选的实施例中，如图2所示，方法还包括：步骤S107，当目标区域内的NGSO卫星即将运行出目标区域时，接入目标区域内的其他NGSO卫星，以执行卫星间切换操作。

在本发明实施例中，当接入的NGSO卫星s_l即将运行出目标区域a_j时，需要执行卫星间切换操作。由于星座系统具有星间链路，因此即将运行出目标区域的NGSO卫星s_l可以通过星间链路将其星上的通信数据传递给目标区域a_j中的其他NGSO卫星或即将进入目标区域a_j的NGSO卫星，记为NGSO卫星s_l'。目标地面站的天线指向不变(或微调)，仍指向目标区域a_j，接入NGSO卫星s_l'继续进行通信，可以保证通信连续性。

在一个可选的实施例中，步骤S102，计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率，包括：

利用预设的概率计算算法计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率。

在本发明实施例中，预设的概率计算算法可以为轨道外推算法和数值算法，传统的卫星接入方法需要不断地外推，计算卫星位置，而本发明实施例中的轨道外推算法仅仅用于计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率，该概率相对稳定，为后期选择高概率的可视子区域提供了依据。

随着时间的推移，NGSO卫星出现的概率可能会出现一定的变化。根据系统精度需求，可以在一定时间内重新计算校正，确保卫星出现概率的准确性。

在一个可选的实施例中，当预设的概率计算算法为轨道外推算法时，利用预设的概率计算算法计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率包括以下步骤：

步骤1，计算NGSO卫星相对于目标地面站的第一角度信息；

步骤2，计算可视子区域相对于目标地面站的第二角度信息；

步骤3，基于第一角度信息和第二角度信息，计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率。

在一个可选的实施例中，第一角度信息包括：第一方位角度信息和第一俯仰角度信息，第二角度信息包括：第二方位角度信息和第二俯仰角度信息；其中，第一方位角度信息用于表征NGSO卫星相对于目标地面站的方位角度信息，第一俯仰角度信息用于表征NGSO卫星相对于目标地面站的俯仰角度信息，第二方位角度信息用于表征可视子区域相对目标地面站的方位角度信息，第二俯仰角度信息用于表征可视子区域相对于目标地面站的俯仰角度信息。

为了保证目标地面站以更高效的方式接入与切换卫星，本发明实施例通过将目标地面站的可视空域划分为N个可视子区域，计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率，将目标地面站的天线固定指向目标区域以接入目标区域内的NGSO卫星的方式，简化了卫星接入与切换流程，可以使目标地面站以更高效的方式接入卫星系统，同时还可以通过筛除干扰区域，对其他地面站的天线进行指向角度调整的方式快速规避干扰。该方式改变了传统地面站波束跟踪卫星的通信方式，目标地面站的天线无需复杂的伺服机构和跟踪控制环节，可以大幅降低天线的复杂度，降低使用成本，实现了在大规模星座系统场景下NGSO卫星的快速接入。

实施例2：

在前述实施例的基础上，本实施例提供了一种大规模NGSO卫星星座的接入方法应用于Walker星座的示例。该实施例的流程图如图3所示。该Walker星座的仿真参数见下述表1：

表1 Walker星座的仿真参数

参数	值
		卫星轨道高度	770km
卫星轨道倾角	88°
		卫星总数	7200
轨道面数	60
		相位因子	1
地面站地理经度	116.388deg
		地面站地理纬度	39.9289deg
视线张角	20deg
		地面站最小仰角	15deg
GEO卫星干扰保护间隔	15deg
		GEO卫星带卫星间隔	1deg
外推卫星周期	5
		仿真步长	2sec
通信中断时长占比	2％

基于该Walker星座的仿真参数，通过计算间接得到仿真结果，仿真结果如表2所示：

参数	值
		卫星周期	6014s
区域总数	55
		总时刻数	15035

本实施例采用轨道外推方法计算在5个周期内可视子区域卫星出现的概率，具体的计算过程如下：

步骤1，计算卫星相对目标地面站的方位角和俯仰角：

针对每一时刻(总时刻数15035)，判断目标地面站u对卫星s_j(j＝1,2…7200)在最小仰角θ(15°)内是否可见，计算公式如下：

其中，

为地心指向目标地面站u的矢量，

为目标地面站u指向卫星s_j的矢量。通过上述计算公式，可以计算出某一时刻下最大的可见卫星数为117，然而在其他时刻下计算出的可见卫星数小于等于117。也就是说，不同时刻下可见卫星的数量不同。在满足卫星可见的条件下，计算可视卫星相对目标地面站u的方位角和俯仰角，得到所有时刻下可视卫星的俯仰角ES_117×15035和方位角AS_117×15035。

步骤2，计算可视子区域相对目标地面站的方位角和俯仰角：

如图4所示，按照三角形排布方式划分可视区域，计算可视区域的中心相对目标地面站的方位角和俯仰角。由于给定的视线张角为20°，即可视子区域中心的间隔为20°，此时共划分成55个可视子区域，分别记所有可视子区域中心的方位角A_55×1和俯仰角E_55×1。

步骤3，计算可视子区域内卫星出现的概率：

通过上述步骤1和步骤2，可以得到每个时刻下目标地面站u的可视卫星的俯仰角ES_117×15035和方位角AS_117×15035，以及可视子区域中心的方位角A_55×1和俯仰角E_55×1。基于上述四种角度信息，可以依据余弦公式计算时刻t下卫星与可视子区域之间的距离d：

其中，a_i∈A，e_i∈E(i＝1,2...55)，a_sjt∈AS，e_sjt∈ES，其中，a_sjt、e_sjt分别表示在时刻t下可见的第j颗卫星的方位角、俯仰角。判断当前时刻t下第j颗卫星距离哪个可视子区域中心最近，则第j颗卫星处于该区域内。记录每个时刻每个可视子区域是否出现卫星，进而可以得到矩阵L_55×15035，按照下式可以得到每个可视子区域的卫星平均出现概率：

其中，i＝1,2…55,j＝0,1,2...15035，l_i,j∈L_55×15035，l_i,j＝0或1，当l_i,j＝0时，表示当前时刻没有卫星出现，当l_i,j＝1时表示当前时刻有卫星出现，k为总时刻数即15035，N为区域总数即55。

通过上述步骤3，可以计算出每个可视子区域的卫星出现概率。如图5所示，圆圈位置代表可视子区域的中心，极角0度代表正北方向，极轴长度代表仰角，坐标中心为目标地面站的正上方，即仰角90°位置。由图5可知，目标地面站的正上方为高仰角区域，卫星出现概率最低；随着可视子区域向四周扩展，卫星出现概率逐渐增加。此时，低仰角区域的卫星出现概率已经为1，而高仰角区域(60°以上)的卫星出现概率大约在0.6-0.75左右。图5中北方的卫星出现概率高于南方，是因为星座在极点方向分布更密集，越往赤道卫星分布越稀疏。本实施例中的可视子区域的中心间隔大于GEO卫星干扰保护间隔，因此GEO卫星出现的区域为干扰区域。干扰区域与可视子区域的位置关系如图6所示。

为了防止对GEO卫星的干扰，目标地面站的天线固定指向需要避开GEO卫星出现的区域。另外，卫星通信中断最大时长占比为2％，即98％的时间需要保证通信连续。结合图5给出的卫星出现概率，将出现概率为0.98以上的区域进行展示，因此目标地面站的天线固定指向范围为灰色区域，而黑色区域为不可接入卫星的区域。

图7中的灰色区域为可接入卫星区域，黑色区域为不可接入卫星区域。图7中的灰色区域范围内卫星出现概率很高，且规避了GEO卫星产生的干扰。选取灰色区域范围内的某一可视子区域，固定目标地面站的天线指向此区域，根据实际通信需求，可适当采用较高的仰角进行通信。由于天线指向的可视子区域内始终存在至少一颗卫星，因此目标地面站可以通过该卫星实时接入星座系统。

当接入的卫星即将运行出指向的可视子区域时，需要执行卫星间切换操作。由于卫星间具有星间链路，即将运行出可视子区域的卫星可以通过星间链路将其星上的通信数据传递给同一区域内的其他卫星或即将进入该区域内的卫星，目标地面站的天线指向不变(或微调)，仍指向该区域，在接入新的卫星之后继续通信，因此切换卫星的方式较为简便。

实施例3：

本发明实施例还提供了一种大规模NGSO卫星星座的接入装置，该NGSO卫星星座的接入装置主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的NGSO卫星星座的接入方法，以下对本发明实施例提供的NGSO卫星星座的接入装置做具体介绍。

图8是根据本发明实施例的一种大规模NGSO卫星星座的接入装置的示意图，如图8所示，该NGSO卫星星座的接入装置主要包括划分单元10，计算单元20，筛除单元30和第一接入单元40，其中：

划分单元10，用于将目标地面站的可视空域划分为N个可视子区域；其中，可视空域为距离目标地面站预设高度的空间区域；

计算单元20，用于计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率，并将概率大于等于预设概率的可视子区域确定为高概率区域；其中，所有的高概率区域用于构成高概率区域集合；

筛除单元30，用于从高概率区域集合中筛除干扰区域，得到K个可接入区域；其中，干扰区域为NGSO卫星对GEO卫星产生干扰的高概率区域；

第一接入单元40，用于通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入目标区域内的NGSO卫星；其中，目标区域为K个可接入区域中满足通信条件的任一可接入区域。

本发明实施例提供的一种大规模NGSO卫星星座的接入装置，先利用划分单元10将目标地面站的可视空域划分为N个可视子区域；然后利用计算单元20计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率，并将概率大于等于预设概率的可视子区域确定为高概率区域；其中，所有的高概率区域用于构成高概率区域集合；再利用筛除单元30从高概率区域集合中筛除干扰区域，得到K个可接入区域；最后利用第一接入单元40将目标地面站的天线固定指向目标区域接入目标区域内的NGSO卫星；其中，目标区域为K个可接入区域中满足通信条件的任一可接入区域。本发明实施例中的目标区域具有NGSO卫星出现概率高、能够避免对GEO卫星产生干扰且满足通信条件的特点，因此本发明实施例通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入目标区域内的NGSO卫星的方式，能够缓解现有技术中传统的卫星接入策略应用于大规模星座系统导致的运算量巨大，计算复杂度高，严重影响卫星接入效率的技术问题，从而实现了简化接入方式，降低天线的使用成本，进而提高接入效率，适用于大规模星座系统的技术效果。

可选地，上述NGSO卫星星座的接入装置还包括判断单元和调整单元，其中：

判断单元，用于当其他地面站的天线和目标地面站的天线指向同一目标区域时，判断其他地面站和目标地面站之间是否发生干扰；

调整单元，用于若是，则对其他地面站的天线进行指向角度调整，以使其他地面站的天线指向K个可接入区域中除目标区域以外的满足通信条件的任一可接入区域。

可选地，上述NGSO卫星星座的接入装置还包括第二接入单元，其中：

第二接入单元，用于当目标区域内的NGSO卫星即将运行出目标区域时，接入目标区域内的其他NGSO卫星，以执行卫星间切换操作。

可选地，计算单元20包括计算模块，其中：

计算模块，用于利用预设的概率计算算法计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率。

可选地，计算模块包括：第一计算子模块，第二计算子模块和第三计算子模块，其中：

第一计算子模块，用于计算NGSO卫星相对于目标地面站的第一角度信息；

第二计算子模块，用于计算可视子区域相对于目标地面站的第二角度信息；

第三计算子模块，用于基于第一角度信息和第二角度信息，计算每个可视子区域内NGSO卫星出现的概率。

可选地，第一角度信息包括：第一方位角度信息和第一俯仰角度信息，第二角度信息包括：第二方位角度信息和第二俯仰角度信息；其中，第一方位角度信息用于表征NGSO卫星相对于目标地面站的方位角度信息，第一俯仰角度信息用于表征NGSO卫星相对于目标地面站的俯仰角度信息，第二方位角度信息用于表征可视子区域相对目标地面站的方位角度信息，第二俯仰角度信息用于表征可视子区域相对于目标地面站的俯仰角度信息。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

进一步地，本实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，该存储器中存储有可在上述处理器上运行的计算机程序，其中，上述处理器执行计算机程序时执行前述方法实施例所提供的方法的步骤。

进一步地，本实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，该程序代码使上述处理器执行前述方法实施例所提供的方法的步骤。

本发明实施例所提供的大规模NGSO卫星星座的接入方法及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大规模NGSO卫星星座的接入方法，其特征在于，包括：

将目标地面站的可视空域划分为N个可视子区域；其中，所述可视空域为距离所述目标地面站预设高度的空间区域；

计算每个所述可视子区域内非同步轨道NGSO卫星出现的概率，并将所述概率大于等于预设概率的可视子区域确定为高概率区域；其中，所有的高概率区域用于构成高概率区域集合；

从所述高概率区域集合中筛除干扰区域，得到K个可接入区域；其中，所述干扰区域为所述NGSO卫星对静止轨道GEO卫星产生干扰的高概率区域；

通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入所述目标区域内的NGSO卫星；其中，所述目标区域为所述K个可接入区域中满足通信条件的任一可接入区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当其他地面站的天线和所述目标地面站的天线指向同一目标区域时，判断其他地面站和目标地面站之间是否发生干扰；

若是，则对所述其他地面站的天线进行指向角度调整，以使所述其他地面站的天线指向所述K个可接入区域中除所述目标区域以外的满足通信条件的任一可接入区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述目标区域内的NGSO卫星即将运行出所述目标区域时，接入所述目标区域内的其他NGSO卫星，以执行卫星间切换操作。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算每个所述可视子区域内NGSO卫星出现的概率，包括：

利用预设的概率计算算法计算每个所述可视子区域内NGSO卫星出现的概率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用预设的概率计算算法计算每个所述可视子区域内NGSO卫星出现的概率包括：

计算所述NGSO卫星相对于所述目标地面站的第一角度信息；

计算所述可视子区域相对于所述目标地面站的第二角度信息；

基于所述第一角度信息和所述第二角度信息，计算每个所述可视子区域内NGSO卫星出现的概率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一角度信息包括：第一方位角度信息和第一俯仰角度信息，所述第二角度信息包括：第二方位角度信息和第二俯仰角度信息；其中，所述第一方位角度信息用于表征所述NGSO卫星相对于所述目标地面站的方位角度信息，所述第一俯仰角度信息用于表征所述NGSO卫星相对于所述目标地面站的俯仰角度信息，所述第二方位角度信息用于表征所述可视子区域相对所述目标地面站的方位角度信息，所述第二俯仰角度信息用于表征所述可视子区域相对于所述目标地面站的俯仰角度信息。

7.一种大规模NGSO卫星星座的接入装置，其特征在于，包括：

划分单元，用于将目标地面站的可视空域划分为N个可视子区域；其中，所述可视空域为距离所述目标地面站预设高度的空间区域；

计算单元，用于计算每个所述可视子区域内NGSO卫星出现的概率，并将所述概率大于等于预设概率的可视子区域确定为高概率区域；其中，所有的高概率区域用于构成高概率区域集合；

筛除单元，用于从所述高概率区域集合中筛除干扰区域，得到K个可接入区域；其中，所述干扰区域为所述NGSO卫星对GEO卫星产生干扰的高概率区域；

第一接入单元，用于通过将目标地面站的天线固定指向目标区域接入所述目标区域内的NGSO卫星；其中，所述目标区域为所述K个可接入区域中满足通信条件的任一可接入区域。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

判断单元，用于当其他地面站的天线和所述目标地面站的天线指向同一目标区域时，判断其他地面站和目标地面站之间是否发生干扰；

调整单元，用于若是，则对所述其他地面站的天线进行指向角度调整，以使所述其他地面站的天线指向所述K个可接入区域中除所述目标区域以外的满足通信条件的任一可接入区域。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行如权利要求1至6任一项所述的方法。

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