CN112887010A - 一种星间链路信号级协同通信方法、装置和计算机设备 - Google Patents

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CN112887010A CN202110087859.0A CN202110087859A CN112887010A CN 112887010 A CN112887010 A CN 112887010A CN 202110087859 A CN202110087859 A CN 202110087859A CN 112887010 A CN112887010 A CN 112887010A
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Abstract

本申请涉及一种星间链路信号级协同通信方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：通过获取在第一时隙星间链路中发射器所保持的最佳发射相位，以及接收器与最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益；在第二时隙，在最佳发射相位上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，使接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益；当扰动接收增益大于最佳接收增益时，根据扰动接收增益对最佳接收增益进行更新，并向发射器发送正反馈信号，使发射器根据扰动发射相位更新最佳发射相位；根据更新后的最佳发射相位和最佳接收增益，执行下一时隙的星间链路协同通信。通过本方法可以提高星间链路信号级协同通信的效率，增强网络通信能力。

Description

一种星间链路信号级协同通信方法、装置和计算机设备
技术领域
本申请涉及组网通信技术领域，特别是涉及一种星间链路信号级协同通信方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
随着空间任务需求的不断复杂化，航天系统发展从单星应用模式向星座和网络化应用模式逐步转变。分布式卫星系统(Distributed Satellite Systems，DSS)是由物理上互不相连、共同实现空间任务多颗卫星构成的空间系统，在分布式卫星系统中系统任务由多颗卫星分担或协同，以此提高系统性能或实现新的目标。分布式卫星系统可以大幅提升系统性能，显著降低任务成本，使系统具有更高的可靠性和更强的适应性。
星间链路(Inter-Satellite Link)是指用于卫星之间通信的链路，也称为星际链路或交叉链路(Crosslink)。通过星间链路可以将多颗卫星互联成为空间通信与测量网络，实现卫星之间的信息传输和精密测量。弹性分散化天基系统各卫星之间的密切任务协同和控制管理对建立高性能星间网络和星间链路系统提出了空前要求。星间链路载荷属于功率体积受限系统，普遍天线增益低、传输能力弱。面向感知、通信等协同任务时单节点星间链路系统往往难以胜任远距离高带宽通信需求，成为协同任务瓶颈环节。若通过多跳方式多次转发必然导致通信时延上升，无法适应实时性要求较高场景；此外经由汇聚卫星节点转发方式对汇聚节点资源提出了更高的要求，同时使整个星间网络高度依赖于汇聚节点，在面临复杂环境时往往汇聚节点的损坏会造成整个网络的瘫痪。
因此，现有的星间链路通信方法技术存在协同通信效率较低、星间链路功耗大的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高星间链路协同通信效率、降低星间链路功耗的一种星间链路信号级协同通信方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种星间链路信号级协同通信方法，所述方法包括：
获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及所述星间链路中的接收器与所述最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益；
在第二时隙，通过所述发射器发射信号时，在所述最佳发射相位上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使所述接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益；
通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位更新所述最佳发射相位；
根据更新后的所述最佳发射相位和所述最佳接收增益，执行下一时隙的星间链路协同通信。
在其中一个实施例中，还包括：获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及所述星间链路中的接收器与所述最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益为：
Figure BDA0002911401820000021
其中，Ybest表示所述最佳接收增益，N表示所述星间链路中接收器的总数，a表示接收信号幅度，εi表示系统的相位误差，θbest,i表示所述发射器的最佳发射相位，φi表示信道的相位误差，Φi表示所述接收器与所述最佳发射相位对应的接收信号的相位，且Φi＝εi+θbest,i+φi。
在其中一个实施例中，通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位更新所述最佳发射相位；
当所述扰动接收增益不大于所述最佳接收增益时，通过所述接收器向所述发射器发送负反馈信号，以使所述发射器根据所述随机相位扰动的负值作为第一校正因子叠加到下一时隙的所述随机相位扰动中。
在其中一个实施例中，在通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位更新所述最佳发射相位之前，还包括：
判断所述接收器是否处于运动中，当所述接收器处于运动中时，设置一个补偿相位扰动；
通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位、所述随机相位扰动的负值、所述补偿相位扰动更新所述最佳发射相位；；
当所述扰动接收增益不大于所述最佳接收增益时，通过所述接收器向所述发射器发出负反馈信号，以使所述发射器根据所述随机相位扰动的负值作为第一校正因子、所述补偿相位扰动的值作为第二校正因子叠加到下一时隙的所述随机相位扰动中。
在其中一个实施例中，所述随机相位扰动服从概率分布；
当所述扰动接收增益不大于所述最佳接收增益时，在通过所述接收器向所述发射器发出负反馈信号，以使所述发射器将所述扰动发射相位的负值叠加到所述最佳发射相位上，作为更新后的最佳发射相位之后，还包括：
对连续负反馈的步数进行统计，当所述连续负反馈的步数达到预先设定的阈值时，调整所述概率分布的参数使得叠加的所述随机相位扰动的绝对值减小。
在其中一个实施例中，所述发射器发射信号为原始发送信号；
在所述在第二时隙，通过所述发射器发射信号时，在所述最佳发射相位的基础上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使所述接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益之前，还包括：
采用基于高线性度的多速率变换时延处理算法对所述星间链路的原始发送信号进行动态高精度时延相位处理。
在其中一个实施例中，还包括：采用基于高线性度的多速率变换时延处理算法对信号进行动态高精度时延相位处理，包括：
以采样率1/Ts对所述星间链路的原始发射信号进行采样，得到原始采样信号；
在所述原始采样信号任意两个采样点之间插入M0-1个0值，得到插值信号；
对所述插值信号进行带限滤波，使得滤波后信号的频谱与所述原始采样信号的频谱一致，得到所述带限滤波的滤波器的时域表达式为h(n)，根据所述带限滤波的滤波器的时域表达式h(n)，确定多速率变换时延相位算子为h(nM0+m)；
当所述原始发射信号时延满足τ＝mTs/M0时，通过将所述原始发射信号与所述多速率变换时延相位算子进行卷积，实现所述星间链路中发射机发射信号时延相位的连续一致性调整。
一种星间链路信号级协同通信装置，所述装置包括：
当前最佳状态获取模块，用于获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及所述星间链路中的接收器与所述最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益；
信号发射模块，用于在第二时隙，通过所述发射器发射信号时，在所述最佳发射相位的基础上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使所述接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益；
状态更新模块，用于通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位更新所述最佳发射相位。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及所述星间链路中的接收器与所述最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益；
在第二时隙，通过所述发射器发射信号时，在所述最佳发射相位上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使所述接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益；
通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位更新所述最佳发射相位；
根据更新后的所述最佳发射相位和所述最佳接收增益，执行下一时隙的星间链路协同通信。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及所述星间链路中的接收器与所述最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益；
在第二时隙，通过所述发射器发射信号时，在所述最佳发射相位上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使所述接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益；
通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位更新所述最佳发射相位；
根据更新后的所述最佳发射相位和所述最佳接收增益，执行下一时隙的星间链路协同通信。
上述星间链路信号级协同通信方法、装置、计算机设备和存储介质，通过获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及星间链路中的接收器与最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益；在第二时隙，通过发射器发射信号时，在最佳发射相位上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益；通过接收器接收发射器在第二时隙发射的信号，当扰动接收增益大于最佳接收增益时，根据扰动接收增益对最佳接收增益进行更新，并向发射器发送正反馈信号，以使发射器根据扰动发射相位更新最佳发射相位；根据更新后的所述最佳发射相位和所述最佳接收增益，执行下一时隙的星间链路协同通信，不断重复，使接收器接收到的信号强度能达到最佳接收增益。通过本方法可以提高星间链路信号级协同通信的效率，增强网络通信能力，降低星间链路功耗。
附图说明
图1为一个实施例中星间链路信号级协同通信方法的应用场景图；
图2为一个实施例中星间链路信号级协同通信方法的流程示意图；
图3为一个实施例中星间链路信号级协同通信装置的结构框图；
图4为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的星间链路信号级协同通信方法，可以应用于如下应用环境中。通过获取在第一时隙星间链路中发射器所保持的最佳发射相位，以及接收器与最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益；在第二时隙，在最佳发射相位上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，使接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益；当扰动接收增益大于最佳接收增益时，根据扰动接收增益对最佳接收增益进行更新，并向发射器发送正反馈信号，使发射器根据扰动发射相位更新最佳发射相位；根据更新后的最佳发射相位和最佳接收增益，执行下一时隙的星间链路协同通信。
上述过程是将各个发射器节点和接收器节点时延相位参数调整过程看成一个学习过程。每个分布式的星间链路收发器节点可以被抽象为一个智能体，控制对象为时变动态信道环境下的接收端波束相干合成功率。该问题实质上为马尔可夫决策过程MDP，如图1所示，过程如下：
在每个相干时间步骤t，给定当前环境状态St，每个星间链路收发器智能体节点k接收由观察函数O确定环境的观察
Figure BDA0002911401820000075
表示为
Figure BDA0002911401820000076
采取动作
Figure BDA0002911401820000071
在信号相干合成处形成联合动作；
每个星间链路收发器智能体接收奖励Rt+1，环境以概率p(s′,r|s,a)演化到下一个状态St+1；
每个星间链路收发器智能体接收新的观测值
Figure BDA0002911401820000072
所有星间链路收发器节点在系统中共享相同的奖励，从而鼓励它们之间的合作行为；
奖励函数可以建模为多状态优化目标，包括最大信噪比、最小功率分配和最快收敛速度等指标。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种星间链路信号级协同通信方法，以该方法应用于图1中的基于多智能体强化学习的星间链路分布式波束形成为例进行说明，包括以下步骤：
步骤202，获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及星间链路中的接收器与最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益。
星间链路发射器节点和接收器节点智能体将控制系统的优化过程按照时间进程划分为状态相互联系的多个阶段，并在每个阶段根据当前状态进行最优决策。在第一时隙，每个发射机都保留其当前的最佳发射相位θbest,i(n)，接收器测量当前时隙发射器以最佳发射相位发射信号时，接收端的接收信号强度，则当前最佳接收增益为：
Figure BDA0002911401820000073
Figure BDA0002911401820000074
其中，Ybest(n)表示最佳接收增益，Y(m)表示每一个时隙接收器接收到的信号的增益；Φi表示接收端接收到信号的相位；ai表示接收信号幅度。
步骤204，在第二时隙，通过发射器发射信号时，在最佳发射相位上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益。
第二时隙，每个发射器产生随机相位扰动δi，服从概率分布fδ(δi)，使得θi(n+1)＝θbest,i[n]+δi，其中θi(n+1)表示第二时隙发射器发射信号的相位，即叠加了随机相位扰动的扰动发射相位，测量接收器在第二时隙所接收信号的扰动接收增益Y(n+1)。
步骤206，通过接收器接收发射器在第二时隙发射的信号，当扰动接收增益大于最佳接收增益时，根据扰动接收增益对最佳接收增益进行更新，并向发射器发送正反馈信号，以使发射器根据扰动发射相位更新最佳发射相位。
比较Y(n+1)和Ybest(n)，当Y(n+1)大于Ybest(n)时，接收器生成并在星间链路系统中广播抽象表征的“调整”反馈信息，同时将最佳接收增益更新为Y(n+1)，即Ybest(n+1)＝Y(n+1)，同时使发射器更新最佳发射相位为θbest,i(n+1)；否则，接收器生成并在星间链路系统中广播抽象表征的“保持”反馈信息，最佳接收增益不变，Ybest(n+1)＝Ybest(n)，最佳发射相位不变，θbest,i(n+1)＝θbest,i(n)。
步骤208，根据更新后的最佳发射相位和最佳接收增益，执行下一时隙的星间链路协同通信。
在下一时隙中重复步骤202至208的过程，使星间链路收发器节点智能体间的联动协调，逼近网络的最优均衡策略。由于星间链路网络内全部智能体同时学习和同时决策，每一个智能体都面临最优策略将随着网络内其他智能体策略的变化而变化。
上述星间链路信号级协同通信方法中，通过获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及星间链路中的接收器与最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益；在第二时隙，通过发射器发射信号时，在最佳发射相位上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益；通过接收器接收发射器在第二时隙发射的信号，当扰动接收增益大于最佳接收增益时，根据扰动接收增益对最佳接收增益进行更新，并向发射器发送正反馈信号，以使发射器根据扰动发射相位更新最佳发射相位；根据更新后的最佳发射相位和最佳接收增益，执行下一时隙的星间链路协同通信，不断重复，使接收器接收到的信号强度能达到最佳接收增益。通过本方法可以提高星间链路信号级协同通信的效率，增强网络通信能力，降低星间链路功耗。
在其中一个实施例中，还包括：获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及星间链路中的接收器与最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益为：
Figure BDA0002911401820000091
其中，Ybest表示最佳接收增益，N表示星间链路中接收器的总数，a表示接收信号幅度，εi表示系统的相位误差，θbest,i表示发射器的最佳发射相位，φi表示信道的相位误差，Φi表示接收器与最佳发射相位对应的接收信号的相位，且Φi＝εi+θbest,i+φi。
在其中一个实施例中，通过接收器接收发射器在第二时隙发射的信号，当扰动接收增益大于最佳接收增益时，根据扰动接收增益对最佳接收增益进行更新，并向发射器发送正反馈信号，以使发射器根据扰动发射相位更新最佳发射相位；当扰动接收增益不大于最佳接收增益时，通过接收器向发射器发送负反馈信号，以使发射器根据随机相位扰动的负值作为第一校正因子叠加到下一时隙的随机相位扰动中。
本实施例中利用单个时隙中的负反馈信息来增强产生更好的相位变化的可能性。在负反馈的情况下，第一时隙中随机相位扰动的相反值将被添加到第二时隙产生的随机相位扰动中，从而增加了产生更好的相位变化的可能性。
具体的，
Figure BDA0002911401820000092
其中，χi表示第一校正因子。在连续的负反馈的情况下，自适应相位值始终位于发射信号的最佳发射相位附近。这是因为仅在正反馈的情况下才更新卫星发射信号的相位的值，以防止发射器发射信号的相位值偏离其最佳值。
在其中一个实施例中，在通过接收器接收发射器在第二时隙发射的信号，当扰动接收增益大于最佳接收增益时，根据扰动接收增益对最佳接收增益进行更新，并向发射器发送正反馈信号，以使发射器根据扰动发射相位更新最佳发射相位之前，还包括：判断接收器是否处于运动中，当接收器处于运动中时，设置一个补偿相位扰动；通过接收器接收发射器在第二时隙发射的信号，当扰动接收增益大于最佳接收增益时，根据扰动接收增益对最佳接收增益进行更新，并向发射器发送正反馈信号，以使发射器根据扰动发射相位、随机相位扰动的负值、补偿相位扰动更新最佳发射相位；当扰动接收增益不大于最佳接收增益时，通过接收器向发射器发出负反馈信号，以使发射器根据随机相位扰动的负值作为第一校正因子、补偿相位扰动的值作为第二校正因子叠加到下一时隙的随机相位扰动中。
在一个具体实施例中，随机相位扰动δi[n]服从均匀分布，即fδ(δi)～uniform[-δ0,δ0]；具体的，
Figure BDA0002911401820000101
其中，χi(n)表示第一校正因子；δp,i(n)表示第二校正因子；b1＝1表示接收器处于运动之中；当b1＝1时，δp,i(n)等概率取值±δ0。本实施例中，通过增加反馈信息量，引入对信道时变的估计，增加了对时变信道相位的补偿，减弱了相位漂移的影响。
在其中一个实施例中，随机相位扰动服从概率分布；当扰动接收增益不大于最佳接收增益时，在通过接收器向发射器发出负反馈信号，以使发射器将扰动发射相位的负值叠加到最佳发射相位上，作为更新后的最佳发射相位之后，还包括：对连续负反馈的步数进行统计，当连续负反馈的步数达到预先设定的阈值时，调整概率分布的参数使得叠加的随机相位扰动的绝对值减小。
具体的，
Figure BDA0002911401820000111
其中，CN表示连续负反馈的步数；CT表示预先设定的阈值；，RD表示随机相位扰动的调节系数，0＜RD＜1。在本实施例中，随机相位扰动δi[n]服从均匀分布，即fδ(δi)～uniform[-δ0,δ0]。当连续的负反馈步数达到阈值时，发射器将采用较小的随机相位扰动，可以稳定发射信号的状态。
在其中一个实施例中，发射器发射信号为原始发送信号；在第二时隙，通过发射器发射信号时，在最佳发射相位的基础上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益之前，还包括：采用基于高线性度的多速率变换时延处理算法对星间链路的原始发送信号进行动态高精度时延相位处理。包括：以采样率1/Ts对星间链路的原始发射信号进行采样，得到原始采样信号；在原始采样信号任意两个采样点之间插入M0-1个0值，使原始采样信号的频率变为M0倍，然后进行带限滤波，使得滤波后信号的频谱与原始采样信号的频谱一致，得到带限滤波的滤波器的时域表达式为h(n)，根据带限滤波的滤波器的时域表达式h(n)，确定多速率变换时延相位算子为h(nM0+m)；当原始发射信号时延满足τ＝mTs/M0时，通过将原始发射信号与多速率变换时延相位算子进行卷积，实现星间链路中发射机发射信号时延相位的连续一致性调整。
星间链路信号级协同通信需要实现皮秒级别的相位同步，对发射端的信号相位时延控制精度要求极高，同时面向宽带信号传输和精密测量应用的波束合成信号对信号带宽内相位线性一致性也提出了特殊要求。通常通过在各个子带上分别实施窄带相位闭环反馈同步控制，不仅会造成信号带宽内相位跳变而且反馈信息量会随子带数量急剧增加。本实施例中的基于高线性度的多速率变换时延处理方法可以实现信号时延相位的连续一致性调整，并且可以对现有星间链路载荷节点实现无损插入式精确延迟控制，极大有利于低功耗弹性分散化天基网络的星间链路信号级协同通信工程应用。基于高线性度的多速率变换时延相位处理方法特征在于只要时延相位τ可以表达为τ＝mTs/M0，信号xa(t-τ)都可以用非时延相位取样x(n)和多速率变换时延相位算子为h(nM0+m)的卷积来实现。
应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种星间链路信号级协同通信装置，包括：当前最佳状态获取模块302、信号发射模块304和状态更新模块306，其中：
当前最佳状态获取模块302，用于获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及星间链路中的接收器与最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益；
信号发射模块304，用于在第二时隙，通过发射器发射信号时，在最佳发射相位的基础上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益；
状态更新模块306，用于通过接收器接收发射器在第二时隙发射的信号，当扰动接收增益大于最佳接收增益时，根据扰动接收增益对最佳接收增益进行更新，并向发射器发送正反馈信号，以使发射器根据扰动发射相位更新最佳发射相位。
状态更新模块306还用于通过接收器接收发射器在第二时隙发射的信号，当扰动接收增益大于最佳接收增益时，根据扰动接收增益对最佳接收增益进行更新，并向发射器发送正反馈信号，以使发射器根据扰动发射相位更新最佳发射相位；当扰动接收增益不大于最佳接收增益时，通过接收器向发射器发送负反馈信号，以使发射器根据随机相位扰动的负值作为第一校正因子叠加到下一时隙的随机相位扰动中。
状态更新模块306还用于判断接收器是否处于运动中，当接收器处于运动中时，设置一个补偿相位扰动；通过接收器接收发射器在第二时隙发射的信号，当扰动接收增益大于最佳接收增益时，根据扰动接收增益对最佳接收增益进行更新，并向发射器发送正反馈信号，以使发射器根据扰动发射相位、随机相位扰动的负值、补偿相位扰动更新最佳发射相位；当扰动接收增益不大于最佳接收增益时，通过接收器向发射器发出负反馈信号，以使发射器根据随机相位扰动的负值作为第一校正因子、补偿相位扰动的值作为第二校正因子叠加到下一时隙的随机相位扰动中。
状态更新模块306还用于对连续负反馈的步数进行统计，当连续负反馈的步数达到预先设定的阈值时，调整概率分布的参数使得叠加的随机相位扰动的绝对值减小。
信号发射模块304还用于以采样率1/Ts对星间链路的原始发射信号进行采样，得到原始采样信号；在原始采样信号任意两个采样点之间插入M0-1个0值，得到插值信号；对插值信号进行带限滤波，使得滤波后信号的频谱与原始采样信号的频谱一致，得到带限滤波的滤波器的时域表达式为h(n)，根据带限滤波的滤波器的时域表达式h(n)，确定多速率变换时延相位算子为h(nM0+m)；当原始发射信号时延满足τ＝mTs/M0时，通过将原始发射信号与多速率变换时延相位算子进行卷积，实现星间链路中发射机发射信号时延相位的连续一致性调整。
关于星间链路信号级协同通信装置的具体限定可以参见上文中对于星间链路信号级协同通信方法的限定，在此不再赘述。上述星间链路信号级协同通信装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种星间链路信号级协同通信方法，其特征在于，所述方法包括：
获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及所述星间链路中的接收器与所述最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益；
在第二时隙，通过所述发射器发射信号时，在所述最佳发射相位上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使所述接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益；
通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位更新所述最佳发射相位；
根据更新后的所述最佳发射相位和所述最佳接收增益，执行下一时隙的星间链路协同通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及所述星间链路中的接收器与所述最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益，包括：
获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及所述星间链路中的接收器与所述最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益为：
Figure FDA0002911401810000011
其中，Ybest表示所述最佳接收增益，N表示所述星间链路中接收器的总数，a表示接收信号幅度，εi表示系统的相位误差，θbest,i表示所述发射器的最佳发射相位，φi表示信道的相位误差，Φi表示所述接收器与所述最佳发射相位对应的接收信号的相位，且Φi＝εi+θbest,i+φi。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位更新所述最佳发射相位，包括：
通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位更新所述最佳发射相位；
当所述扰动接收增益不大于所述最佳接收增益时，通过所述接收器向所述发射器发送负反馈信号，以使所述发射器根据所述随机相位扰动的负值作为第一校正因子叠加到下一时隙的所述随机相位扰动中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位更新所述最佳发射相位之前，还包括：
判断所述接收器是否处于运动中，当所述接收器处于运动中时，设置一个补偿相位扰动；
通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位、所述随机相位扰动的负值、所述补偿相位扰动更新所述最佳发射相位；
当所述扰动接收增益不大于所述最佳接收增益时，通过所述接收器向所述发射器发出负反馈信号，以使所述发射器根据所述随机相位扰动的负值作为第一校正因子、所述补偿相位扰动的值作为第二校正因子叠加到下一时隙的所述随机相位扰动中。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述随机相位扰动服从概率分布；
当所述扰动接收增益不大于所述最佳接收增益时，在通过所述接收器向所述发射器发出负反馈信号，以使所述发射器将所述扰动发射相位的负值叠加到所述最佳发射相位上，作为更新后的最佳发射相位之后，还包括：
对连续负反馈的步数进行统计，当所述连续负反馈的步数达到预先设定的阈值时，调整所述概率分布的参数使得叠加的所述随机相位扰动的绝对值减小。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射器发射信号为原始发送信号；
在所述在第二时隙，通过所述发射器发射信号时，在所述最佳发射相位的基础上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使所述接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益之前，还包括：
采用基于高线性度的多速率变换时延处理算法对所述星间链路的原始发送信号进行动态高精度时延相位处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，采用基于高线性度的多速率变换时延处理算法对信号进行动态高精度时延相位处理，包括：
以采样率1/Ts对所述星间链路的原始发射信号进行采样，得到原始采样信号；
在所述原始采样信号任意两个采样点之间插入M0-1个0值，得到插值信号；
对所述插值信号进行带限滤波，使得滤波后信号的频谱与所述原始采样信号的频谱一致，得到所述带限滤波的滤波器的时域表达式为h(n)，根据所述带限滤波的滤波器的时域表达式h(n)，确定多速率变换时延相位算子为h(nM0+m)；
当所述原始发射信号时延满足τ＝mTs/M0时，通过将所述原始发射信号与所述多速率变换时延相位算子进行卷积，实现所述星间链路中发射机发射信号时延相位的连续一致性调整。
8.一种星间链路信号级协同通信装置，其特征在于，所述装置包括：
当前最佳状态获取模块，用于获取在第一时隙星间链路中每一个发射器发射信号时所保持的最佳发射相位，以及所述星间链路中的接收器与所述最佳发射相位对应的接收信号的最佳接收增益；
信号发射模块，用于在第二时隙，通过所述发射器发射信号时，在所述最佳发射相位的基础上叠加一个随机相位扰动得到扰动发射相位，以使所述接收器测量在第二时隙所接收信号的扰动接收增益；
状态更新模块，用于通过所述接收器接收所述发射器在第二时隙发射的信号，当所述扰动接收增益大于所述最佳接收增益时，根据所述扰动接收增益对所述最佳接收增益进行更新，并向所述发射器发送正反馈信号，以使所述发射器根据所述扰动发射相位更新所述最佳发射相位。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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