CN114845347B - 一种北斗短报文用户端服务区接入切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种北斗短报文用户端服务区接入切换方法。本发明包括如下步骤，北斗短报文终端实时接收导航卫星RNSS下行信号进行实时PVT解算，根据接收到的GEO卫星播发的短报文S出站信号、MEO卫星播发的短报文B2b出站信号的到达功率综合情况实时判断最优入站卫星；当用户正常接收GEO卫星S出站信号时，判决出站信号最强的GEO卫星仰角及方位角，直接发射GEO卫星L入站信号；当无法接收锁定S出站信号时，则启用MEO卫星全球短报文功能。本发明通过优化北斗短报文通信服务中区域短报文、全球短报文两个服务区的接入切换，在免信令调度的条件下实现用户终端的服务平稳切换。

Description

一种北斗短报文用户端服务区接入切换方法
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种北斗短报文用户端服务区接入切换方法。
背景技术
北斗短报文通信服务是北斗系统通信导航融合创新的重要体现，是北斗系统有别于其他卫星导航系统独有的特色服务。经过二十多年发展，北斗短报文通信服务在海洋渔业、交通运输、应急通信、气象水文等诸多领域得到成功应用，产生了显著的经济效益和社会效益。北斗三号系统在兼容原有短报文信号基础上，大幅提升了GEO区域短报文服务容量，并且充分利用MEO/IGSO卫星和星间链路新增全球短报文功能，具备了全球连续覆盖能力，填补我国在全球范围内随遇接入通信能力的空白。北斗区域短报文、全球短报文均包括应急搜救、位置报告、报文通信等基本功能，但二者信号体制、服务流程、性能指标存在较大差异，区域短报文服务基于GEO卫星仅覆盖亚太地区，服务容量大，全球短报文基于MEO/IGSO卫星可覆盖全球，但服务容量小。因此，在用户端如何科学合理对两种服务进行接入切换，是提升服务连续性、优化系统资源利用率的关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种北斗短报文用户端服务区接入切换方法，通过优化北斗短报文通信服务中区域短报文、全球短报文两个服务区的接入切换，在免信令调度的条件下实现用户终端的服务平稳切换。
本发明采用的技术方案：
一种北斗短报文用户端服务区接入切换方法，包括如下步骤，北斗短报文终端实时接收导航卫星RNSS下行信号进行实时PVT解算，根据接收到的GEO卫星播发的短报文S出站信号、MEO卫星播发的短报文B2b出站信号的到达功率综合情况实时判断最优入站卫星；当用户正常接收GEO卫星S出站信号时，判决出站信号最强的GEO卫星仰角及方位角，直接发射GEO卫星L入站信号；当无法接收锁定S出站信号时，则启用MEO卫星全球短报文功能；
当能够接收GEO卫星S出站信号时，通过GEO卫星透明转发器通过馈线链路直接转发至地面中心站；
当无法接收锁定S出站信号，能够接收到MEO卫星B2b出站信号时，判断MEO卫星是否具备上行接入能力，具备时识别B2b信号最强的卫星，发射MEO入站信号多普勒补偿；
对于MEO卫星在境外弧段接入的短报文信号，经过电文解析、星间链路转发，通过境内中转卫星馈线链路发送至地面中心站；对于MEO卫星在境内弧段接入的短报文信号，经过电文解析，本星通过馈线链路将用户信息发送至地面中心站。
所述北斗短报文终端根据接收到的北斗GEO卫星S出站信号、MEO卫星B2b出站信号的接收锁定状态及接收载噪比C/N0，判别其所处地理区域或信道条件中GEO卫星区域短报文服务、MEO卫星全球短报服务的可用性。
所述GEO卫星区域短报文服务可用性判决：如果接收锁定至少一颗北斗GEO卫星S出站信号，且其中接收载噪比最高值C/N0超过S服务区可用的门限值Th_s，设定Th_s为8kbps信息速率的解调门限42dBHz，判定为GEO卫星区域短报文服务可用，则直接转入GEO卫星区域短报文服务区切入、保持及退出，否则进行MEO卫星全球短报文服务可用性判决。
所述MEO卫星全球短报文服务可用性判决：如果GEO卫星区域短报文服务不可用，且锁定北斗MEO卫星B2b信号，通过解析B2b电文搜索具备“上行接入能力指示”标识的全球短报文上行卫星，MEO卫星“上行接入能力指示”标识通过B2b电文中帧头固定字段获取，若其所收MEO卫星集合中存在具备上行接入能力的卫星，判定为MEO卫星全球短报文服务可用，则直接转入MEO卫星全球短报文服务区切入、保持及退出，否则继续进行北斗GEO卫星S出站信号、MEO卫星B2b出站信号的捕获搜索。
所述GEO卫星区域短报文服务区切入、保持及退出，具体包括如下步骤：
GEO最优卫星接入：用户终端选择所接收S出站信号载噪比最强的GEO卫星为入站接入星，计算该卫星的方位角AG、仰角EG以及该星S信号到达多普勒偏差dfs，根据方位角、仰角进行指向调整，基于dfS进行上行L频率补偿dfLG，发射L频段入站信号，完成GEO卫星区域短报文服务接入；
GEO卫星服务区保持与状态更新：用户终端按照[最低频度间隔、最低更新位移、最强4个S信号集合载噪比波动保持量超限]三个条件中最先到达的条件进行在GEO卫星服务区内的信道状态变化；
GEO卫星服务区退出：用户终端所接收北斗GEO卫星S出站信号全部失锁，或者其中接收载噪比最高值C/N0低于S服务区可用的门限值Th_s，判定为GEO卫星区域短报文服务不可用，转入MEO卫星全球短报文服务可用性判决。
所述最低频度间隔设定为15分钟，最低更新位移设置为100km，载噪比波动保持量门限3dB，上报的状态包括：终端位置、终端所收最强4个S信号的波束号及载噪比。
所述MEO卫星全球短报文服务区切入、保持及退出，具体包括如下步骤：
MEO最优卫星接入：用户终端选择所接收具备“上行接入能力指示”标识的MEO卫星中B2b出站信号载噪比最强的MEO卫星为入站接入星，计算该卫星的方位角AM、仰角EM以及该星S信号到达多普勒偏差dfB2b，根据方位角、仰角进行指向调整，基于dfB2b进行上行L频率补偿dfLM，发射L频段入站信号，完成MEO卫星区域短报文服务接入；
MEO卫星服务区保持与状态更新：用户终端按照[最低频度间隔、最低更新位移、最强4个B2b信号集合发生变化]三个条件中最先到达的条件进行在MEO卫星服务区内的信道状态变化；
步骤3.3、MEO卫星服务区退出：如果捕获搜索并锁定任意一颗北斗GEO卫星S出站信号，且其中接收载噪比最高值C/N0超过S服务区可用的门限值Th_s，则判定从MEO卫星服务区转为GEO卫星服务区，转入步骤2.1处理；如果所收北斗MEO卫星B2b信号全部失锁，或者所收B2b信号电文中无“上行接入能力指示”标识的MEO卫星可视，则判定MEO卫星服务区不可用，继续进行信号搜索。
所述最低频度间隔设定为15分钟，最低更新位移设置为100km，载噪比波动保持量门限3dB，上报的状态包括：终端位置、终端所收最强4个B2b信号的卫星号。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
1.本发明提供的一种北斗短报文用户端服务区接入切换方法，在最大化节约短报文系统信道资源的条件下,用户终端通过S、B2b两种下行信号的状态感知,自主实现服务高可靠无缝切换，确保区域切换中的服务连续稳定性。
2.本发明提供的一种北斗短报文用户终端的服务区接入切换方法，并依此方法制定了GEO卫星/MEO卫星服务区可用性识别，GEO卫星区域短报文服务区切入、保持及退出，MEO卫星全球短报文服务区切入、保持及退出等方案，可在免信令调度的条件下实现用户终端的服务平稳切换，提升短报文服务可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明公开的一种北斗短报文用户端服务区接入切换方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
在本发明的描述中，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发明的限制。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，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。
作为在全球范围内移动的北斗短报文通信用户终端，对北斗短报文通信两项功能(区域/全球)的融合应用必须实现服务区的高可靠、低成本无缝切换。在服务容量方面，GEO服务大于MEO服务；在覆盖区域方面，MEO服务大于GEO服务。为实现系统资源的最大化利用并减小切区响应时延，免除下行信令调度，如图1所示，本发明提出一种由用户终端根据北斗S、B2b两种下行信号的接收状态，自主切换服务区域和选择接入卫星，在GEO卫星服务区内优先通过GEO卫星进行入站。
北斗短报文终端实时接收导航卫星RNSS下行信号进行实时PVT解算，根据接收到的GEO卫星播发的短报文S出站信号、MEO卫星播发的短报文B2b出站信号的到达功率综合情况实时判断最优入站卫星。当用户可正常接收GEO卫星S出站信号时，判决出站信号最强的GEO卫星仰角及方位角，直接发射GEO卫星L入站信号。当无法接收锁定S出站信号时，则启用MEO卫星全球短报文功能。MEO卫星入站卫星的选择，用户终端根据B2b下行信号到达强度、卫星播发的接入状态选择最优入站卫星，发射特定的同步头序列。同时，考虑到MEO卫星入站接收机捕获多普勒搜索范围受限，须用户机自适应进行入站发射频率的多普勒补偿。对于GEO卫星接入的短报文信号，通过GEO卫星透明转发器通过馈线链路直接转发至地面中心站；对于MEO卫星在境外弧段接入的短报文信号，经过电文解析、星间链路转发，通过境内中转卫星(GEO/IGSO/MEO)馈线链路发送至地面中心站；对于MEO卫星在境内弧段接入的短报文信号，经过电文解析，本星通过馈线链路将用户信息发送至地面中心站。
具体包括如下步骤：
步骤(1)GEO卫星/MEO卫星服务区可用性识别
北斗短报文终端根据接收到的北斗GEO卫星S出站信号、MEO卫星B2b出站信号的接收锁定状态及接收载噪比C/N0，其中，C为信号载波功率，N0为噪声功率密度；判别其所处地理区域或信道条件中GEO卫星区域短报文服务、MEO/IGSO全球短报服务的可用性。
步骤1.1、GEO卫星区域短报文服务可用性判决：如果可接收锁定至少一颗北斗GEO卫星S出站信号，且其中接收载噪比最高值C/N0超过S服务区可用的门限值Th_s，设定Th_s为8kbps信息速率的解调门限42dBHz，判定为GEO卫星区域短报文服务可用，则直接转入步骤2继续处理，否则转入步骤1.2继续判决。
步骤1.2、MEO卫星全球短报文服务可用性判决：如果GEO卫星区域短报文服务不可用，且可锁定北斗MEO卫星B2b信号，通过解析B2b电文搜索具备“上行接入能力指示”标识的全球短报文上行卫星，MEO卫星“上行接入能力指示”标识通过B2b电文中帧头固定字段获取，若其所收MEO卫星集合中存在具备上行接入能力的卫星，判定为MEO卫星全球短报文服务可用，则直接转入步骤3继续处理，否则转入步骤1.3。
步骤1.3、区域及全球短报文服务均不可用的后续处理：用户终端判决北斗GEO卫星区域短报文、MEO卫星全球短报文均不可用，用户终端返回步骤1，继续进行北斗GEO卫星S出站信号、MEO卫星B2b出站信号的捕获搜索。
步骤(2)GEO卫星区域短报文服务区切入、保持及退出
用户终端根据接收到的北斗GEO卫星S出站信号强度、与卫星的几何关系、自身位置进行最优卫星接入、状态更新和服务退出。
步骤2.1、GEO最优卫星接入：用户终端选择所接收S出站信号载噪比最强的GEO卫星为入站接入星，计算该卫星的方位角AG、仰角EG以及该星S信号到达多普勒偏差dfs，根据方位角、仰角进行指向调整(可选)，基于dfS进行上行L频率补偿dfLG，发射L频段入站信号，完成GEO卫星区域短报文服务接入。
步骤2.2、GEO卫星服务区保持与状态更新：用户终端按照[最低频度间隔、最低更新位移、最强4个S信号集合载噪比波动保持量超限]三个条件中最先到达的条件进行在GEO卫星服务区内的信道状态变化，最低频度间隔设定为15分钟，最低更新位移设置为100km，载噪比波动保持量门限3dB，上报的状态包括：终端位置、终端所收最强(不超过)4个S信号的波束号及载噪比。
步骤2.3、GEO卫星服务区退出：用户终端所接收北斗GEO卫星S出站信号全部失锁，或者其中接收载噪比最高值C/N0低于S服务区可用的门限值Th_s，判定为GEO卫星区域短报文服务不可用，转入步骤1.2继续处理。
步骤(3)MEO卫星全球短报文服务区切入、保持及退出
用户终端根据接收到的北斗MEO卫星B2b出站信号强度、与卫星的几何关系、自身位置进行最优卫星接入、状态更新和服务退出。
步骤3.1、MEO最优卫星接入：用户终端选择所接收具备“上行接入能力指示”标识的MEO卫星中B2b出站信号载噪比最强的MEO卫星为入站接入星，计算该卫星的方位角AM、仰角EM以及该星S信号到达多普勒偏差dfB2b，根据方位角、仰角进行指向调整(可选)，基于dfB2b进行上行L频率补偿dfLM，发射L频段入站信号，完成MEO卫星区域短报文服务接入。
步骤3.2、MEO卫星服务区保持与状态更新：用户终端按照[最低频度间隔、最低更新位移、最强4个B2b信号集合发生变化]三个条件中最先到达的条件进行在MEO卫星服务区内的信道状态变化，最低频度间隔设定为15分钟，最低更新位移设置为100km，载噪比波动保持量门限3dB，上报的状态包括：终端位置、终端所收最强(不超过)4个B2b信号的卫星号。
步骤3.3、MEO卫星服务区退出：如果捕获搜索并锁定任意一颗北斗GEO卫星S出站信号，且其中接收载噪比最高值C/N0超过S服务区可用的门限值Th_s，则判定从MEO卫星服务区转为GEO卫星服务区，转入步骤2.1处理；如果所收北斗MEO卫星B2b信号全部失锁，或者所收B2b信号电文中无“上行接入能力指示”标识的MEO卫星可视，则判定MEO卫星服务区不可用，转入步骤1.2处理。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种北斗短报文用户端服务区接入切换方法，其特征在于：包括如下步骤，北斗短报文终端实时接收导航卫星RNSS下行信号进行实时PVT解算，根据接收到的GEO卫星播发的短报文S出站信号、MEO卫星播发的短报文B2b出站信号的到达功率综合情况实时判断最优入站卫星；当用户正常接收GEO卫星S出站信号时，判决出站信号最强的GEO卫星仰角及方位角，直接发射GEO卫星L入站信号；当无法接收锁定S出站信号时，则启用MEO卫星全球短报文功能；
当能够接收GEO卫星S出站信号时，通过GEO卫星透明转发器通过馈线链路直接转发至地面中心站；
当无法接收锁定S出站信号，能够接收到MEO卫星B2b出站信号时，判断MEO卫星是否具备上行接入能力，具备时识别B2b信号最强的卫星，发射MEO入站信号；
对于MEO卫星在境外弧段接入的短报文信号，经过电文解析和星间链路转发，通过境内中转卫星馈线链路发送至地面中心站；对于MEO卫星在境内弧段接入的短报文信号，经过电文解析，本星通过馈线链路将用户信息发送至地面中心站。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述北斗短报文终端根据接收到的北斗GEO卫星S出站信号、MEO卫星B2b出站信号的接收锁定状态及接收载噪比，判别其所处地理区域或信道条件中GEO卫星区域短报文服务、MEO卫星全球短报服务的可用性。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述GEO卫星区域短报文服务可用性判决：如果接收锁定至少一颗北斗GEO卫星S出站信号，且其中接收载噪比最高值C/N0超过S服务区可用的门限值Th_s，设定Th_s为8kbps信息速率的解调门限42dBHz，判定为GEO卫星区域短报文服务可用，则直接转入GEO卫星区域短报文服务区切入、保持及退出，否则进行MEO卫星全球短报文服务可用性判决。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述MEO卫星全球短报文服务可用性判决：如果GEO卫星区域短报文服务不可用，且锁定北斗MEO卫星B2b信号，通过解析B2b电文搜索具备“上行接入能力指示”标识的全球短报文上行卫星，MEO卫星“上行接入能力指示”标识通过B2b电文中帧头固定字段获取，若其所收MEO卫星集合中存在具备上行接入能力的卫星，判定为MEO卫星全球短报文服务可用，则直接转入MEO卫星全球短报文服务区切入、保持及退出，否则继续进行北斗GEO卫星S出站信号和MEO卫星B2b出站信号的捕获搜索。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述GEO卫星区域短报文服务区切入、保持及退出，具体包括如下步骤：
GEO最优卫星接入：用户终端选择所接收S出站信号载噪比最强的GEO卫星为入站接入星，计算该卫星的方位角AG、仰角EG以及该星S信号到达多普勒偏差dfs，根据方位角、仰角进行指向调整，基于dfS进行上行L频率补偿dfLG，发射L频段入站信号，完成GEO卫星区域短报文服务接入；
GEO卫星服务区保持与状态更新：用户终端按照[最低频度间隔、最低更新位移、最强4个S信号集合载噪比波动保持量门限]三个条件中最先到达的条件进行在GEO卫星服务区内的信道状态变化；
GEO卫星服务区退出：用户终端所接收北斗GEO卫星S出站信号全部失锁，或者其中接收载噪比最高值C/N0低于S服务区可用的门限值Th_s，判定为GEO卫星区域短报文服务不可用，转入MEO卫星全球短报文服务可用性判决。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述最低频度间隔设定为15分钟，最低更新位移设置为100km，载噪比波动保持量门限3dB，上报的状态包括：终端位置、终端所收最强4个S信号的波束号及载噪比。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述MEO卫星全球短报文服务区切入、保持及退出，具体包括如下步骤：
MEO最优卫星接入：用户终端选择所接收具备“上行接入能力指示”标识的MEO卫星中B2b出站信号载噪比最强的MEO卫星为入站接入星，计算该卫星的方位角AM、仰角EM以及该星S信号到达多普勒偏差dfB2b，根据方位角、仰角进行指向调整，基于dfB2b进行上行L频率补偿dfLM，发射L频段入站信号，完成MEO卫星区域短报文服务接入；
MEO卫星服务区保持与状态更新：用户终端按照[最低频度间隔、最低更新位移、最强4个B2b信号集合发生变化]三个条件中最先到达的条件进行在MEO卫星服务区内的信道状态变化；
MEO卫星服务区退出：如果捕获搜索并锁定任意一颗北斗GEO卫星S出站信号，且其中接收载噪比最高值C/N0超过S服务区可用的门限值Th_s，则判定从MEO卫星服务区转为GEO卫星服务区，转入所述GEO最优卫星接入处理；如果所收北斗MEO卫星B2b信号全部失锁，或者所收B2b信号电文中无“上行接入能力指示”标识的MEO卫星可视，则判定MEO卫星服务区不可用，继续进行信号搜索。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述最低频度间隔设定为15分钟，MEO卫星服务区的最低更新位移设置为100km，MEO卫星服务区的载噪比波动保持量门限3dB，MEO卫星服务区的上报的状态包括：终端位置和终端所收最强4个B2b信号的卫星号。
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