CN114679214B - 用户可见卫星数的计算方法及系统、电子设备、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用户可见卫星数的计算方法及系统、电子设备、存储介质，该方法先将低轨卫星星座网络划分为多个星座层，采用理论模型单独计算每个星座层的用户可见卫星数后再进行求和，相比于直接对低轨卫星星座网络进行轨道仿真计算，大大减小了计算开销，提高了效率。而且，在求解过程中，不依托脱离实际的随机分布模型，而是考虑了实际卫星星座的运动规律，通过构建卫星密度与星座设计参数、用户经纬度之间的一系列函数关系，从而构建出用户可见卫星数的解析评估模型，计算结果更加准确，可靠性和实用性更高，且仅需使用用户纬度和星座层的部分星座设计参数，计算开销不受卫星数量影响，大幅提高了计算速度，特别适用于大规模卫星星座网络。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，特别地，涉及一种用户可见卫星数的计算方法及系统、电子设备、计算机可读取的存储介质。
背景技术
在低轨卫星星座，尤其是近期迅速发展的巨型星座中，用户在同一时刻可被多颗卫星覆盖并建立通信链路，这些卫星均称作用户在该时刻的可见卫星。计算地面用户的可见卫星数量对卫星网络性能评估非常重要，用户可见的卫星数量影响用户是否被覆盖、通信信道冗余量、信道同频干扰、通信速率等性能，准确的可见卫星数评估方法可为卫星网络系统性能评估和优化设计提供重要参考。
现有的求解方法分为两类：1)轨道仿真方法和2)随机几何模型方法。其中，轨道仿真方法通过轨道模拟的手段来计算用户可见卫星数量，该方法在各时刻更新星座中所有卫星的位置，计算用户在各时刻与各卫星的通信仰角，并判断该时刻有多少卫星对用户可见，随后输出用户的平均可见卫星数。但是，该方法需借助轨道仿真工具，并运行长时间、复杂的轨道仿真计算才能输出平均可见卫星数，计算开销较大，并且计算开销随网络中卫星规模增大而急剧增大。随机几何模型方法是一种利用随机几何模型评估用户可见卫星数量的解析方法，其假设球面上不相关的卫星点的位置服从泊松点过程，从而利用随机几何概率模型可以估计在给定球面区域中存在一定数量的卫星的概率，利用此模型可以推导出用户信道信干噪比和卫星覆盖概率。但是，上述基于卫星随机分布的方法假设并不符合真实的卫星星座场景，实际上卫星分布不是均匀的或随机的，而是具有规律性，卫星的密度与卫星的轨道倾角和所处的经纬度有关。因此，随机几何方法实际上并不适用于真实的卫星星座。因此，现有的可见卫星数评估方法均不适用于在低轨卫星星座网络中计算用户的可见卫星数量。
发明内容
本发明提供了一种用户可见卫星数的计算方法及系统、电子设备、计算机可读取的存储介质，以解决现有技术存在的上述缺点。
根据本发明的一个方面，提供一种用户可见卫星数的计算方法，用于计算低轨卫星星座网络中用户的可见卫星数量，包括以下内容：
按不同的轨道高度或轨道倾角将低轨卫星星座网络划分为多个星座层；
获取每个星座层的星座设计参数和用户纬度，所述星座设计参数包括轨道高度、最小仰角、轨道倾角和卫星数量；
基于星座层的轨道高度和最小仰角计算得到单星覆盖角；
构建卫星位置的概率密度函数，并结合用户纬度、单星覆盖角和轨道倾角对卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，以得到用户可见卫星的累积概率；
基于用户可见卫星的累积概率和每个星座层的卫星数量计算得到用户在每个星座层的可见卫星数；
对多个星座层的可见卫星数进行累加得到用户在低轨卫星星座网络中的可见卫星数。
进一步地，所述构建卫星位置的概率密度函数的过程包括以下内容：
分别构建卫星星下点的纬度和经度与卫星相位角的函数关系；
构建卫星相位角的概率分布函数；
基于卫星相位角的概率分布函数、卫星星下点纬度与卫星相位角的函数关系得到卫星星下点纬度的概率密度函数；
构建卫星星下点经度的概率密度函数，并结合卫星星下点纬度的概率密度函数得到卫星位置的概率密度函数。
进一步地，所述卫星位置的概率密度函数的表达式为：
其中，表示卫星星下点的纬度，λ表示卫星星下点的经度，α表示卫星的轨道倾角，表示卫星位置的概率密度函数。
进一步地，所述结合用户纬度、单星覆盖角和轨道倾角对卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，以得到用户可见卫星的累积概率的过程包括以下内容：
构建用户可见卫星域的边界经纬度与用户经纬度、单星覆盖角和轨道倾角的函数关系；
利用卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，并通过用户纬度、单星覆盖角、轨道倾角和上述函数关系确定积分区域，从而得到用户可见卫星的累积概率。
进一步地，所述用户可见卫星的累积概率为：
其中，表示用户可见卫星的累积概率，θ表示单星覆盖角，α表示卫星的轨道倾角，/>表示用户纬度，/>表示卫星星下点的纬度，/>表示纬度积分下限，/>表示纬度积分上限，/>
进一步地，当用户纬度满足时，将积分区域扩大至可见卫星域边界对应的纬度线和经度线合围而成的扇环形区域，利用卫星位置的概率密度函数在扇环形区域内进行近似积分，基于近似积分结果换算得到用户可见卫星的累积概率。
进一步地，所述近似积分结果的表达式为：
其中，表示用户纬度，θ表示单星覆盖角，α表示卫星的轨道倾角，Δλ表示扇环形区域的最大经度差，/>表示卫星位置的概率密度函数在扇环形区域内的近似积分结果；
并基于以下公式将近似积分结果换算得到用户可见卫星的累积概率：
其中，k表示转换系数。
另外，本发明还提供一种用户可见卫星数的计算系统，用于计算低轨卫星星座网络中用户的可见卫星数量，包括：
星座层划分单元，用于按不同的轨道高度或轨道倾角将低轨卫星星座网络划分为多个星座层；
数据获取单元，用于获取每个星座层的星座设计参数和用户纬度，所述星座设计参数包括轨道高度、最小仰角、轨道倾角和卫星数量；
第一计算单元，用于基于星座层的轨道高度和最小仰角计算得到单星覆盖角；
模型构建单元，用于构建卫星位置的概率密度函数，并结合用户纬度、单星覆盖角和轨道倾角对卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，以得到用户可见卫星的累积概率；
第二计算单元，用于基于用户可见卫星的累积概率和每个星座层的卫星数量计算得到用户在每个星座层的可见卫星数；
第三计算单元，用于对多个星座层的可见卫星数进行累加得到用户在低轨卫星星座网络中的可见卫星数。
另外，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如上所述的方法的步骤。
另外，本发明还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储计算用户可见卫星数的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。
本发明具有以下效果：
本发明的用户可见卫星数的计算方法，先按照不同的轨道高度或轨道倾角将大规模的低轨卫星星座网络划分为多个星座层，后续采用理论模型单独计算每个星座层的用户可见卫星数后再进行求和即可得到整个低轨卫星星座网络中用户可见的卫星数量，相比于直接对整个低轨卫星星座网络进行轨道仿真计算，大大减小了计算开销，提高了效率。而且，在每个星座层的用户可见卫星数求解过程中，不依托脱离实际的随机分布模型，而是考虑了实际卫星星座的运动规律，通过构建卫星密度与星座设计参数、用户经纬度之间的一系列函数关系，从而构建出用户可见卫星数的解析评估模型，计算结果更加准确，可靠性和实用性更高，且仅需使用用户纬度和星座层的部分星座设计参数，计算开销不受卫星数量影响，大幅提高了计算速度，特别适用于大规模卫星星座网络。
另外，本发明的用户可见卫星数的计算系统同样具有上述优点。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的用户可见卫星数的计算方法的流程示意图。
图2是Walker星座的构型示意图。
图3是卫星覆盖域的几何关系示意图。
图4是图1中步骤S4的子流程示意图。
图5是图1中步骤S4的另一子流程示意图。
图6是本发明优选实施例中卫星覆盖域的示意图。
图7是本发明优选实施例中采用轨道仿真实验结果与本发明的理论计算结果分别评估用户可见卫星数的对比验证示意图。
图8是本发明另一实施例的用户可见卫星数的计算系统的模块结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本发明的优选实施例提供一种用户可见卫星数的计算方法，用于计算低轨卫星星座网络中用户的可见卫星数量，包括以下内容：
步骤S1：按不同的轨道高度或轨道倾角将低轨卫星星座网络划分为多个星座层；
步骤S2：获取每个星座层的星座设计参数和用户纬度，所述星座设计参数包括轨道高度、最小仰角、轨道倾角和卫星数量；
步骤S3：基于星座层的轨道高度和最小仰角计算得到单星覆盖角；
步骤S4：构建卫星位置的概率密度函数，并结合用户纬度、单星覆盖角和轨道倾角对卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，以得到用户可见卫星的累积概率；
步骤S5：基于用户可见卫星的累积概率和每个星座层的卫星数量计算得到用户在每个星座层的可见卫星数；
步骤S6：对多个星座层的可见卫星数进行累加得到用户在低轨卫星星座网络中的可见卫星数。
可以理解，本实施例的用户可见卫星数的计算方法，先按照不同的轨道高度或轨道倾角将大规模的低轨卫星星座网络划分为多个星座层，后续采用理论模型单独计算每个星座层的用户可见卫星数后再进行求和即可得到整个低轨卫星星座网络中用户可见的卫星数量，相比于直接对整个低轨卫星星座网络进行轨道仿真计算，大大减小了计算开销，提高了效率。而且，在每个星座层的用户可见卫星数求解过程中，不依托脱离实际的随机分布模型，而是考虑了实际卫星星座的运动规律，通过构建卫星密度与星座设计参数、用户经纬度之间的一系列函数关系，从而构建出用户可见卫星数的解析评估模型，计算结果更加准确，可靠性和实用性更高，且仅需使用用户纬度和星座层的部分星座设计参数，计算开销不受卫星数量影响，大幅提高了计算速度，特别适用于大规模卫星星座网络。
可以理解，在所述步骤S1中，大多数LEO(低轨道地球卫星)轨道星座网络系统普遍采用Walker星座，即星座内卫星按照圆轨道飞行，按照轨道动力学规律分布，Walker星座内所有卫星具备相同的轨道倾角α、轨道高度hs和轨道周期Ts。通常，每个轨道平面有Mp个卫星均匀分布，共Np个轨道面沿赤道均匀分布。其中，如图2所示，Walker星座具体包含Walker-delta与Walker-star星座两类，两者的区别在于：前者一般采用倾斜轨道，后者一般采用近极轨道，且相邻轨道面之间的升交点赤经差分别为和/>Walker-delta类型星座的轨道倾角α为53°，Walker-star类型星座的轨道倾角α为90°。而目前的一些低轨卫星星座网络系统，例如Starlink和Telesat，通常采用混合多层星座，但每一层仍然可以被视为Walker类型星座。虽然卫星在轨道平面内均匀分布，但是它们投影至纬度方向上则表现出非均匀分布。例如，卫星密度在不同的纬度上有所不同，由于轨道平面在高纬度地区相交，卫星在高纬度地区更加密集。因此，可以根据不同的轨道高度hs或者轨道倾角α将低轨卫星星座网络划分为多个星座层，每个星座层内所有卫星的轨道高度hs、轨道倾角α、最小仰角σmin是相同的，不同星座层的轨道高度hs不同，轨道倾角α可以相同或者不同，最小仰角σmin可以相同或者不同。
可以理解，在所述步骤S2中，获取每个星座层的轨道高度hs、最小仰角σmin、轨道倾角α和卫星数量Ns,i以及用户纬度以便于后续计算每个星座层中用户的可见卫星数。
可以理解，在所述步骤S3中，卫星对地面覆盖域通常为卫星当前时刻可观测的地面区域的总和，范围通过仰角σ限定。如图3所示，假设卫星S的天线指向地球中心，卫星S相对地面用户U的仰角σ为卫星S与用户U的连线与用户U当地地平线的夹角，而单星覆盖区域是一个圆顶，通常受最小仰角的限制，覆盖面积由单星覆盖角θ直接确定，单星覆盖角θ定位为卫星和地球中心的连线与覆盖域边缘的夹角。通过给定星座层的轨道高度hs和最小仰角σmin，可以通过下式计算得到单星覆盖角θ：
其中，RE为地球半径。
可以理解，如图4所示，所述步骤S4中构建卫星位置的概率密度函数的过程包括以下内容：
步骤S41：分别构建卫星星下点的纬度和经度与卫星相位角的函数关系；
步骤S42：构建卫星相位角的概率分布函数；
步骤S43：基于卫星相位角的概率分布函数、卫星星下点纬度与卫星相位角的函数关系得到卫星星下点纬度的概率密度函数；
步骤S44：构建卫星星下点经度的概率密度函数，并结合卫星星下点纬度的概率密度函数得到卫星位置的概率密度函数。
具体地，设卫星轨道倾角分别构建卫星星下点的纬度和经度与卫星相位角的函数关系式如下：
tan(λ-λ0)＝cosαtanu公式(3)
其中，表示卫星星下点的纬度，λ表示卫星星下点的经度，α表示卫星的轨道倾角，λ0为卫星所处轨道升交点赤经，u表示卫星相位角，u∈[-π，π]。
由于卫星按照圆轨道运行，其角速度恒定，相位角线性变化，相位角u符合均匀分布，即u～U(-π，π)，则u的概率密度函数为：
则u的概率分布函数为：
从而基于公式(2)和公式(5)可以得到卫星星下点纬度的概率分布函数为：
其中，则卫星星下点纬度/>的概率密度函数为：
从公式(7)可以看出，卫星密度或者卫星出现概率并不是恒定的，而是随纬度变化并受轨道倾角的影响。
同理，基于公式(3)，且卫星星下点经度λ～U(-π，π)，则λ的概率密度函数为：
最后，结合公式(7)和公式(9)即可得到卫星位置的概率密度函数：
从公式(10)可以看出，卫星位置的概率密度函数是两个独立分布的联合概率。
可以理解，如图5所示，所述步骤S4中结合用户纬度、单星覆盖角和轨道倾角对卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，以得到用户可见卫星的累积概率的过程包括以下内容：
步骤S401：构建用户可见卫星域的边界经纬度与用户经纬度、单星覆盖角的函数关系；
步骤S402：利用卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，并通过用户纬度、单星覆盖角、轨道倾角和上述函数关系确定积分区域，从而得到用户可见卫星的累积概率。
具体地，当卫星对用户的仰角σ＞σmin时，定义该卫星是用户的可见卫星。由于卫星在地球表面的覆盖域的边缘是圆形，用R0表示，当用户处于R0的中心时，若同星座层内某个卫星星下点在R0范围内，则该卫星与用户的地心角一定小于单星覆盖角θ，且该卫星对于用户一定可见。因此，该时刻用户的可见卫星投影均在R0以内，R0也称作用户的可见卫星域R，如图6所示。
假设星下点与用户所在位置重合，在给定用户纬度和经度的条件下，构建用户可见卫星域的边界经纬度与用户经纬度、单星覆盖角的函数关系：
其中，λe表示可见卫星域边界的经度，表示可见卫星域边界的纬度，λU表示用户经度，/>表示用户纬度，θ表示单星覆盖角。
则用户可见卫星的累积概率是在可见卫星域R上的积分：
则用户可见卫星的累积概率P可通过下式计算：
其中，表示用户可见卫星的累积概率，θ表示单星覆盖角，α表示卫星的轨道倾角，/>表示用户纬度，/>表示卫星星下点的纬度，λ表示卫星星下点的经度，/>表示纬度积分下限，/>表示纬度积分上限，λL表示经度积分下限，λH表示经度积分上限。另外，由于卫星的纬度范围为[-α,α]，当用户纬度范围为/>或者/>时，可见卫星域R实际上收缩为R0与纬度边界合围的区域，因此，/> 而/> 因此，先对λ直接积分，则公式(13)可转换为：
从公式(14)可以看出，用户可见卫星的累积概率与用户经度无关，与用户纬度、单星覆盖角、轨道倾角有关，因此，积分区域由用户纬度单星覆盖角θ和轨道倾角α确定。
可以理解，在所述步骤S5中，基于以下公式计算得到每层星座层的可见卫星数：
其中，Nv,i表示用户在第i个星座层的可见卫星数，Ns,i表示第i个星座层中的卫星数量。
另外，上述数学模型也适合的逆行轨道，此时/>和/>的取值范围应为
可选地，当用户纬度满足时，可以将积分区域扩大至可见卫星域边界对应的纬度线和经度线合围而成的扇环形区域，利用卫星位置的概率密度函数在扇环形区域内进行近似积分，基于近似积分结果换算得到用户可见卫星的累积概率。其中，所述近似积分结果为：
其中，表示用户纬度，θ表示单星覆盖角，α表示卫星的轨道倾角，Δλ表示扇环形区域的最大经度差，/>表示卫星位置的概率密度函数在扇环形区域内的近似积分结果。
然后，用户可见卫星的累积概率可近似计算为：
其中，k表示转换系数，一般取k＝π/4。
则用户在星座层中的可见卫星数可近似为：
可以理解，通过扩大用户可见卫星累积概率的积分区域后进行近似积分，无需再根据用户纬度和单星覆盖角来精准确定积分区域，有利于进一步提升计算速度，但计算精度会略微有所下降。
可以理解，经步骤S1至步骤S5可以计算得到用户在每个星座层中的可见卫星数，在所述步骤S6中，基于以下公式计算得到用户在低轨卫星星座网络中的可见卫星数：
其中，NL表示低轨卫星星座网络中的星座层数量。
可以理解，本申请发明人同时采用了计算机轨道仿真实验和本发明的计算方法进行了对比，如图7所示，以具有11927颗卫星的星链星座为例，对其各层星座下不同纬度处用户的可见卫星数分别进行了仿真分析和理论计算，实现为轨道仿真结果，虚线为本发明的理论计算方法的计算结果，可见二者的吻合程度较高，也证明了本发明的计算方法的有效性。
另外，如图8所示，本发明的另一实施例还提供一种用户可见卫星数的计算系统，用于计算低轨卫星星座网络中用户的可见卫星数量，优选采用如上所述的计算方法，该计算系统包括：
星座层划分单元，用于按不同的轨道高度或轨道倾角将低轨卫星星座网络划分为多个星座层；
数据获取单元，用于获取每个星座层的星座设计参数和用户纬度，所述星座设计参数包括轨道高度、最小仰角、轨道倾角和卫星数量；
第一计算单元，用于基于星座层的轨道高度和最小仰角计算得到单星覆盖角；
模型构建单元，用于构建卫星位置的概率密度函数，并结合用户纬度、单星覆盖角和轨道倾角对卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，以得到用户可见卫星的累积概率；
第二计算单元，用于基于用户可见卫星的累积概率和每个星座层的卫星数量计算得到用户在每个星座层的可见卫星数；
第三计算单元，用于对多个星座层的可见卫星数进行累加得到用户在低轨卫星星座网络中的可见卫星数。
可以理解，本实施例的用户可见卫星数的计算系统，先按照不同的轨道高度或轨道倾角将大规模的低轨卫星星座网络划分为多个星座层，后续采用理论模型单独计算每个星座层的用户可见卫星数后再进行求和即可得到整个低轨卫星星座网络中用户可见的卫星数量，相比于直接对整个低轨卫星星座网络进行轨道仿真计算，大大减小了计算开销，提高了效率。而且，在每个星座层的用户可见卫星数求解过程中，不依托脱离实际的随机分布模型，而是考虑了实际卫星星座的运动规律，通过构建卫星密度与星座设计参数、用户经纬度之间的一系列函数关系，从而构建出用户可见卫星数的解析评估模型，计算结果更加准确，可靠性和实用性更高，且仅需使用用户纬度和星座层的部分星座设计参数，计算开销不受卫星数量影响，大幅提高了计算速度，特别适用于大规模卫星星座网络。
可以理解，本实施例的系统中的各个单元与上述方法实施例中的各个步骤相对应，故各个单元的具体计算过程和工作原理在此不再赘述，参考上述方法实施例即可。
另外，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如上所述的方法的步骤。
另外，本发明还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储计算用户可见卫星数的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。
一般计算机可读取存储介质的形式包括：软盘(floppy disk)、可挠性盘片(flexible disk)、硬盘、磁带、任何其与的磁性介质、CD-ROM、任何其余的光学介质、打孔卡片(punch cards)、纸带(paper tape)、任何其余的带有洞的图案的物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、可抹除可编程只读存储器(EPROM)、快闪可抹除可编程只读存储器(FLASH-EPROM)、其余任何存储器芯片或卡匣、或任何其余可让计算机读取的介质。指令可进一步被一传输介质所传送或接收。传输介质这一术语可包含任何有形或无形的介质，其可用来存储、编码或承载用来给机器执行的指令，并且包含数字或模拟通信信号或其与促进上述指令的通信的无形介质。传输介质包含同轴电缆、铜线以及光纤，其包含了用来传输一计算机数据信号的总线的导线。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用户可见卫星数的计算方法，用于计算低轨卫星星座网络中用户的可见卫星数量，其特征在于，包括以下内容：
按不同的轨道高度或轨道倾角将低轨卫星星座网络划分为多个星座层；
获取每个星座层的星座设计参数和用户纬度，所述星座设计参数包括轨道高度、最小仰角、轨道倾角和卫星数量；
基于星座层的轨道高度和最小仰角计算得到单星覆盖角；
构建卫星位置的概率密度函数，并结合用户纬度、单星覆盖角和轨道倾角对卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，以得到用户可见卫星的累积概率；
基于用户可见卫星的累积概率和每个星座层的卫星数量计算得到用户在每个星座层的可见卫星数；
对多个星座层的可见卫星数进行累加得到用户在低轨卫星星座网络中的可见卫星数；
所述构建卫星位置的概率密度函数的过程包括以下内容：
分别构建卫星星下点的纬度和经度与卫星相位角的函数关系；
构建卫星相位角的概率分布函数；
基于卫星相位角的概率分布函数、卫星星下点纬度与卫星相位角的函数关系得到卫星星下点纬度的概率密度函数；
构建卫星星下点经度的概率密度函数，并结合卫星星下点纬度的概率密度函数得到卫星位置的概率密度函数；
所述卫星位置的概率密度函数的表达式为：
其中，表示卫星星下点的纬度，λ表示卫星星下点的经度，α表示卫星的轨道倾角，/>表示卫星位置的概率密度函数；
所述结合用户纬度、单星覆盖角和轨道倾角对卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，以得到用户可见卫星的累积概率的过程包括以下内容：
构建用户可见卫星域的边界经纬度与用户经纬度、单星覆盖角和轨道倾角的函数关系；
利用卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，并通过用户纬度、单星覆盖角、轨道倾角和上述函数关系确定积分区域，从而得到用户可见卫星的累积概率；
所述用户可见卫星的累积概率为：
其中，表示用户可见卫星的累积概率，θ表示单星覆盖角，α表示卫星的轨道倾角，/>表示用户纬度，/>表示卫星星下点的纬度，/>表示纬度积分下限，/>表示纬度积分上限，/>
当用户纬度满足时，将积分区域扩大至可见卫星域边界对应的纬度线和经度线合围而成的扇环形区域，利用卫星位置的概率密度函数在扇环形区域内进行近似积分，基于近似积分结果换算得到用户可见卫星的累积概率；
所述近似积分结果的表达式为：
其中，表示用户纬度，θ表示单星覆盖角，α表示卫星的轨道倾角，△λ表示扇环形区域的最大经度差，/>表示卫星位置的概率密度函数在扇环形区域内的近似积分结果；
并基于以下公式将近似积分结果换算得到用户可见卫星的累积概率：
其中，k表示转换系数。
2.一种用户可见卫星数的计算系统，用于计算低轨卫星星座网络中用户的可见卫星数量，采用如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，包括：
星座层划分单元，用于按不同的轨道高度或轨道倾角将低轨卫星星座网络划分为多个星座层；
数据获取单元，用于获取每个星座层的星座设计参数和用户纬度，所述星座设计参数包括轨道高度、最小仰角、轨道倾角和卫星数量；
第一计算单元，用于基于星座层的轨道高度和最小仰角计算得到单星覆盖角；
模型构建单元，用于构建卫星位置的概率密度函数，并结合用户纬度、单星覆盖角和轨道倾角对卫星位置的概率密度函数在用户的可见卫星域内进行积分求解，以得到用户可见卫星的累积概率；
第二计算单元，用于基于用户可见卫星的累积概率和每个星座层的卫星数量计算得到用户在每个星座层的可见卫星数；
第三计算单元，用于对多个星座层的可见卫星数进行累加得到用户在低轨卫星星座网络中的可见卫星数。
3.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如权利要求1所述的方法的步骤。
4.一种计算机可读取的存储介质，用于存储计算用户可见卫星数的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在计算机上运行时执行如权利要求1所述的方法的步骤。
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