CN116232413A

CN116232413A - 高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的方法和装置

Info

Publication number: CN116232413A
Application number: CN202211003958.7A
Authority: CN
Inventors: 刘志慧; 金世超; 董涛; 殷杰
Original assignee: Space Star Technology Co Ltd
Current assignee: Space Star Technology Co Ltd
Priority date: 2022-08-19
Filing date: 2022-08-19
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2042-08-19

Abstract

本发明涉及一种高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的方法和装置，通过GEO卫星成功传输概率的阈值设置、预计算值、实际值计算，作为GEO卫星参与协作授权频谱共享的信任度参考值的方法，通过广域覆盖，进行宏观控制，完成动态拓扑下大步长的域间管理；同时LEO卫星群的簇头作为边缘计算节点，进行当前时间片的协作策略计算和域内管理，实现频谱共享协作的无缝切换，支持多域多业务LEO卫星节点协同共享频谱，在提高频谱资源的利用效率、降低各节点的协作成本，提高GEO卫星授权用户的服务质量保障程度。

Description

高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的方法和装置

技术领域

本发明涉及卫星通信与网络技术领域，具体涉及一种高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的方法和装置。

背景技术

地球静止轨道(GEO)卫星具有覆盖范围广、星地链路相对固定的优势，在过去的几十年中得到了较为充分的发展和应用。GEO卫星系统囿于有限轨位和频谱资源、百毫秒量级的星地传输时延无法满足日益激增的多样化信息服务需求。

近几年，伴随航天运载等技术的不断进步，低轨道(LEO)卫星星座/星群凭借传输时延相对较短、成本低等优势，可实现批量部署、快速升级，因此，得到了各国产业界的关注。大规模LEO卫星星座/星群系统成为为多元化用户提供大带宽、低时延、海量接入等服务的一大候选方案。

然而，受限的空间频谱资源，已成为LEO卫星星座实施部署的挑战之一。未来广泛部署低轨卫星在用频方面，面临着需要与空间其它系统共享频谱的问题。国际电信联盟(ITU)无线电规范，非地球静止轨道(NGSO)卫星系统不应对GEO卫星引起不可接受的干扰。目前针对高、低轨卫星下行链路频谱共享方法主要为基于干扰控制的干扰协调方法，如专利“一种基于编队卫星分布式波束成形的高低轨频谱共享方法”(申请号202011598463.4)通过调整LEO编队卫星的接收方向图指向，使波束主瓣方向对准与其通信的低轨卫星用户，零陷方向对准GEO地面站；文献“基于相控阵天线方向法向优化的LEO卫星与GEO卫星频谱共存研究”通过优化LEO卫星相控阵天线的方向法向来抑制对GEO卫星干扰。然而，这种频谱共享方式没有考虑GEO卫星系统的业务动态特性，导致在GEO卫星系统业务量较少时，频谱利用率低，而在GEO卫星系统业务高峰时期，GEO卫星会因能量资源受限等因素无法保障数据传输速率需求。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种地球静止轨道(GEO)卫星和低轨道(LEO)通信卫星星座/星群协作共享频谱的方法和装置，以解决现有技术中GEO卫星装置在业务量较少时频谱利用率低的问题，支持多域LEO卫星节点协同共享频谱，在降低各节点的协作成本的同时，提高GEO卫星授权用户的服务质量保障程度。

实现本发明目的的技术解决方案为一种高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的方法，包括以下步骤：

步骤S1、利用GEO卫星波束内LEO卫星星座/星群覆盖情况和准协作频段信息，建立协作信任库；

步骤S2、根据LEO卫星星座/星群的星历、GEO卫星波束内LEO卫星星座/星群覆盖情况，在任意时间片之前，LEO卫星星座/星群构建LEO卫星协作星簇G[t]，并选出协作簇头H[t]；

步骤S3、利用协作簇头H[t]与GEO卫星系统进行协作协商；

步骤S4、若协作协商成功，则建立GEO卫星与LEO卫星协作共享频谱的协作目标和约束，确定协作策略参数；

步骤S5、根据确定的协作策略参数，计算判断协作频谱共享约束是否满足，若满足则执行步骤S6，若不满足，则LEO卫星星座/星群静默，等待新的协作触发；

步骤S6、协作簇头H[t]将成功传输概率P₀[t]传递给GEO卫星系统，同时向LEO卫星群/星座中各个LEO卫星i分发转发矩阵A_i[t]、预编码向量w_i[t]；

步骤S7、执行GEO卫星与LEO卫星星座/星群协作共享频谱下数据传输并更新实际成功传输概率P_act[t]。

根据本发明的一个方面，当协作星簇节点成员退出或域内节点加入时，更新协作簇头，各协作节点更新协作策略参数，具体包括：

若协作星簇节点成员退出，依据其域内其它节点与退出节点的距离、与协作簇头节点的距离之和的最小值，选择加入协作星簇的新节点；

若退出节点为协作簇头，更新协作簇头为原协作簇头以外其它协作域中距离各协作成员距离最小的节点；

协作簇头计算更新协作策略参数；

当协作星簇节点所属域外节点申请加入时，向GEO卫星系统上报信息，GEO卫星重新广播波束内LEO卫星星座/星群覆盖和准协作频段信息，具体包括：

GEO卫星系统查询历史协作星簇是否有当前申请节点的域信任值，若有，则域外节点加入申请通过，将新申请节点信息发送给当前协作簇头，协作簇头计算更新协作策略参数；

若没有，则查询当前协作星簇的各信任度库值，若满足期望值，则域外节点加入申请不通过；

若不满足期望值，域外节点加入申请通过，GEO卫星重新广播波束内LEO卫星星座/星群覆盖和准协作频段信息，协作簇头计算更新协作策略参数。

根据本发明的一个方面，所述LEO卫星星座/星群构建LEO卫星协作星簇G[t]，具体包括：

GEO卫星授权频段准协作波束覆盖下隶属于不同域的LEO卫星，根据各自域内的数据下传负载和与其它域节点互通情况，推选各域的协作代表节点集D_d[t]，其中，d表示第d个域；

D_d[t]的并集构成LEO卫星协作星簇G[t]，所述LEO卫星协作星簇G[t]包含K个协作成员。

根据本发明的一个方面，所述选出协作簇头H[t]具体包括：

根据协作星簇节点之间的距离，确定距离其他各星簇节点平均距离最短的星簇节点作为协作簇头H[t]。

根据本发明的一个方面，所述的协作簇头H[t]与GEO卫星系统进行协作协商，具体包括：

步骤S31、GEO卫星系统至少将GEO卫星系统的授权准协作频段[B₁,B₂]、目标传输速率R_0,th[t]、发射功率p₀、目标传输速率成功传输概率P_su-th[t]信息传递给协作簇头H[t]；

步骤S32、协作簇头H[t]根据GEO卫星的带宽频段B、目标传输速率R_0,th、发射功率p₀、LEO卫星星座/星群各域协作节点i的发射功率阈值P_i,th，估计各传输信道增益，计算GEO卫星目标速率经LEO卫星星座/星群协作中继后的成功传输概率P[t]；

步骤S33、对比Psu-th[t]值和P[t]值，若所述P[t]值大于或等于P_su-th[t]值，协商协作共享频谱成功。

根据本发明的一个方面，建立GEO卫星与LEO卫星协作共享频谱的协作目标和约束，基于迭代的连续凸优化近似和子梯度求解算法，确定协作策略参数，具体包括：

步骤S41、依据星间链路特性，联合考虑卫星天线增益、路径衰落影响，预估GEO卫星节点到协作星簇卫星节点i的信道增益h_p,si、协作星簇卫星节点j到协作星簇卫星节点i对应地面接收终端j的信道增益h_sj,si；

步骤S42、将协作星簇各节点用于转发GEO卫星数据的转发矩阵A_i[t]转换为

结构，对协作目标和协作频谱共享的约束中的相应变量进行变量变换；

步骤S43、设置单步迭代门限τ，以最大化相比于上一步时的协作星簇下行链路可传输速率和的增量为优化目标，在协作频谱共享的约束下，迭代联合优化向量v_i[t]的迭代增量Δ_v,i和协作星簇各节点用于下传自身域内数据的预编码向量w_i[t]迭代增量Δ_w,i；

在每一步的迭代优化求解中，通过一阶泰勒近似，将优化问题近似等效为二次项矩阵系数半正定的二次规划问题；

采用子梯度算法，对二次规划问题进行求解，得到第n步的最佳迭代增量

线性搜索

问题的最优ρ值，更新/>

步骤S44、重复以上迭代过程，直至迭代增量足够小；

缩放

满足协作频谱共享的约束；

其中，GEO卫星与LEO卫星协作频谱共享的协作目标为最大化LEO卫星群的受益速率R[t]，即最大化协作星簇的下行链路可传输速率和，计算公式为：

表示协作星簇协作节点，i地面接收节点收到的噪声功率；

GEO卫星与LEO卫星协作频谱共享的约束为协作星簇各域协作节点i的传输功率小于等于发射功率阈值P_i,th，i＝1,…,K，以及LEO卫星协作星簇协助转发到GEO卫星对应地面站的数据速率大于等于GEO卫星系统可接受的最小传输速率R_0,th。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S7中，具体包括：

GEO卫星将时频资源块RB₀＝[T₁,T₁+T₀]×[B₁,B₂]划分为等时隙的两个资源块RB₁和RB₂，RB₁＝[T₁,T₁+T₀/2]×[B₁,B₂]，RB₂＝[T₁+T₀/2,T₁+T₀]×[B₁,B₂]；

在第一个时隙资源块RB₁中，GEO卫星向协作星簇发送数据，协作星簇簇头H[t]计算用于协作星簇各节点下传自身域内数据的预编码向量w_i、协作星簇各节点用于转发GEO卫星数据的转发矩阵A_i；

在第二个时隙资源块RB₂中，协作星簇各节点i采用转发矩阵A_i对从GEO卫星接收的数据、采用预编码向量w_i对自身域内数据进行预编码，再将预编码向量w_i处理后的数据发送至协作星簇各节点对应地面接收终端、将转发矩阵A_i处理后的数据发送给GEO卫星对应地面站；

GEO卫星系统记录实际成功传输概率P_act[t]，存储(P_act[t]-P_su-th[t])/P_su-th[t]值为协作信任库中当前协作簇头所属域的协作信任度值。

根据本发明的一个方面，所述GEO卫星授权频段准协作波束覆盖下隶属于不同域的LEO卫星，根据各自域内的数据下传负载和与其它域节点互通情况，推选各域的协作代表节点集D_d[t]，具体包括：

同一域内的节点之间具有相对固定的星间链路；

各域协作代表的候选节点，在GEO卫星授权频段准协作波束覆盖范围内且与波束覆盖内其它域的存在链路；

对各域协作代表的候选节点，依据在该波束覆盖范围内可持续时间和与波束覆盖内其它域的链接数目加权求和值，由高到低进行排序；

根据各自域内当前区域内需下传量，按比例选择上述排序中一个或多个域协作代表节点，作为D_d[t]的元素。

根据本发明的一个方面，采用子梯度算法，对二次规划问题进行求解，得到第n步的最佳迭代增量

具体包括：

初始化tt＝0,以及发射功率约束对应的拉格朗日乘子λ_j[tt]、协作传输速率阈值约束对应的拉格朗日乘子μ[tt]、迭代增量

的范数平方阈值τ²约束对应的拉格朗日乘子λ_w,j[tt]、λ_vj[tt]，j＝1,…,K，迭代步长∈_λ,j、∈_μ、∈_λ,w,j、∈_λ,v,j，迭代约束参量Δ、∈₀；

根据

和/>

计算用于优化第n步迭代中预编码向量和转发矩阵而引入的迭代增量向量x[tt]；

其中，

x[tt]＝Δ_w,1[tt]^H,…,Δ_w,K[tt]^H,Δ_v[tt]^H]^H，/>

B_p＝Diag[σ₁h_s1,p,…,σ_Kh_sK,p],/>

B_s,i＝Diag,a_p,i＝||h_p,si||h_si,p，/>

表示协作星簇成员i收到的噪声功率a_s,i,j＝||h_p,si||h_sj,si,/>

令tt＝tt+1，根据公式

λ_w,i[tt]＝[λ_w,i[tt-1]-∈_λ,w,i(τ²-||Δ_w,i[tt]||²)]⁺、λ_v[tt]＝[λ_v[tt-1]-∈_λ,v(τ²-||Δ_v[tt]||²)]⁺，更新λ_i[tt]、μ[tt]、λ_w,i[tt]、λ_v,i[tt]；

计算Δ＝x[tt]-x[tt-1]；

循环直至||Δ||≤∈₀条件不满足。

根据本发明的一个方面，提供一种高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的装置，包括：

协作星簇管理模块，用于协作星簇成员的管理，包括所述的LEO卫星协作星簇构建、协作星簇节点的加入与退出、协作簇头选举与更新；

握手协商模块，用于LEO卫星协作簇头获取GEO卫星的带宽频段B、目标传输速率R_0,th、发射功率p₀信息、目标传输速率成功传输概率P_su-th[t]，完成所述协作协商；

协作目标和约束建立模块，用于建立所述的GEO卫星与LEO卫星协作共享频谱的协作目标和约束；

协作参数计算模块，用于所述协作簇头H[t]与GEO卫星系统进行协作协商中的成功传输概率P[t]计算，以及基于迭代的连续凸优化近似和子梯度求解算法，根据所述的协作目标、协作频谱共享的约束，确定协作策略参数。

根据本发明的构思，提出一种高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的方法和系统，通过GEO卫星成功传输概率的阈值设置、预计算值、实际值计算，作为GEO卫星参与协作授权频谱共享的信任度参考值的方法，通过广域覆盖，进行宏观控制，完成动态拓扑下大步长的域间管理；同时LEO卫星群的簇头作为边缘计算节点，进行当前时间片的协作策略计算和域内管理，实现频谱共享协作的无缝切换，支持多域多业务LEO卫星节点协同共享频谱，在提高频谱资源的利用效率、降低各节点的协作成本，提高GEO卫星授权用户的服务质量保障程度。

附图说明

图1为本发明的实施例中的高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的方法的流程示意图；

图2为本发明的图1中步骤S106的具体流程示意图；

图3为本发明的图2中步骤S202的具体流程示意图；

图4为本发明的图2中步骤S203的具体流程示意图；

图5为本发明的GEO卫星和LEO卫星星群协作共享频谱的场景图；

图6为本发明的实施例中高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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为本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，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。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1至图6所示，本发明的一种高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的方法，包括以下步骤：

步骤S101，GEO卫星波束内LEO卫星星座/星群覆盖和准协作频段信息广播给LEO卫星星座/星群Group_LEO，建立协作信任库DB_S。

可选的，本实施例的LEO卫星星座/星群Group_LEO成员可通过域标识DM和域内编号No唯一表示LEO_DM,No，协作信任库DB_S中各个域DM的协作信任值V_DM为所有V_DM,No总和V_DM＝∑_NoV_DM,No，其中，V_DM,No为每个成员LEO_DM,No的协作信任值。

步骤S102，根据LEO卫星星座/星群的星历、GEO卫星波束内LEO卫星星座/星群覆盖情况，在任意时间片之前，LEO卫星星座/星群构建LEO卫星协作星簇G[t]。

本实施例的LEO卫星星座/星群的星历、GEO卫星波束内LEO卫星星座/星群覆盖情况，可以包括但不限于以下信息：在t时间片内，GEO卫星授权频段准协作波束所覆盖隶的不同域DM的LEO卫星成员集合G_pre[t]。

本实施例的LEO卫星星座/星群构建LEO卫星协作星簇G[t]，可以包括但不限于以下信息：根据各自域内的数据下传负载和与其它域节点互通情况，推选各域d的协作代表节点集D_d[t]，D_d[t]的并集构成LEO卫星协作星簇G[t]，记协作成员数为K。

可选的，本实施例的各域协作代表的候选节点，在GEO卫星授权频段准协作波束覆盖范围内且与波束覆盖内其它域的存在链路；对各域协作代表的候选节点，依据在该波束覆盖范围内可持续时间和与波束覆盖内其它域的链接数目加权求和值，由高到低进行排序；根据各自域内当前区域内需下传量，按比例选择上述排序中从前到后依次选择一个或多个域的协作代表节点，作为D_d[t]的元素。

步骤S103，在LEO卫星协作星簇G[t]中选举协作簇头H[t]。

可选的，根据协作星簇节点之间的距离，推选到其它各星簇节点平均距离最短的星簇节点作为协作簇头H[t]。

步骤S104，协作簇头H[t]与GEO卫星系统进行协作协商，可以包括但不限于以下信息：GEO卫星系统至少将GEO卫星系统的授权准协作频段[B₁,B₂]、目标传输速率R_0,th[t]、发射功率p0、目标传输速率成功传输概率P_su-th[t]等信息传递给协作簇头H[t]；协作簇头H[t]，根据GEO卫星的带宽频段B、目标传输速率R_0,th、发射功率p₀，LEO卫星星座/星群各域协作节点i的发射功率阈值P_i,th，估计各传输信道增益，计算GEO卫星目标速率经LEO卫星星座/星群协作中继后的成功传输概率P[t]；将P_su-th[t]值和P[t]值进行比对。

可选的，根据Tr＝1000次传输信道增益估计值，判断GEO卫星目标速率经LEO卫星星座/星群协作中继后可否成功传输，统计成功传输次数Su[t]，计算P[t]＝Su[t]/Tr。

可选的，目标传输速率成功传输概率P_su-th[t]随着GEO卫星系统业务的差异化需求而变化。

步骤S105，若协作协商成功，建立GEO卫星与LEO卫星协作共享频谱的协作目标和约束。

其中，当P[t]值大于等于P_su-th[t]值时，协商协作共享频谱成功；GEO卫星与LEO卫星协作频谱共享的协作目标为最大化LEO卫星群的受益速率R[t]；GEO卫星与LEO卫星协作频谱共享的约束为协作星簇各域协作节点i(i＝1,…,K)的传输功率小于等于发射功率阈值P_i,th，以及LEO卫星协作星簇协助转发到GEO卫星对应地面站的数据速率大于等于GEO卫星系统可接受的最小传输速率R_0,th。

可选的，受益速率R[t]为最大化协作星簇的下行链路可传输速率和

记/>

表示协作星簇协作节点i地面接收节点收到的噪声功率，其中的/>

优化变量为预编码向量/>

和转发矩阵/>

i＝1,…,K。

可选的，GEO卫星与LEO卫星协作频谱共享的约束表述为P_i≤P_i,th,i＝1,…,K以及

步骤S106，基于连续凸优化近似和子梯度求解算法，根据所述协作目标、协作频谱共享的约束，确定协作策略参数。

本实施例是利用连续凸优化近似和凸优化求解算法，用于确定LEO卫星协作星簇在协作传输中的预编码向量

和转发矩阵/>

具体应用中，算法的输入是LEO卫星数目K，LEO卫星波束数目N，信道矢量h_p,si、h_p,p、h_si,sj、h_si,p，LEO卫星最大可传输功率P_i,th，GEO卫星最小的传输速率需求R_0,th，共用的频谱带宽B。

算法的输出是w_i、A_i、优化目标值。

可选的，参见图2，步骤S106的具体实现流程可以包括：

步骤S201，初始化预编码向量初始点

和/>

(其中，i＝1,…,K)；

步骤S202，在已知

的条件下，按照子梯度算法求解，获得第n+1步的最佳解/>

可选的，参见图3，步骤S202的具体实现流程包括：

步骤S301，初始化迭代次数t＝0，拉格朗日乘子λ_i[0]、μ[0]、λ_w,i[0]、λ _v [0](i＝1,…,K)，迭代步长∈_λ,i、∈_μ、∈_λ,w,i、∈_λ, _v ，迭代约束参量Δ、∈₀。

步骤S302，在已知λ_i[t]、μ[t]、λ_w,i[t]、λ _v [t](i＝1,…,K)的情况下，计算x[t]＝D[t]+D[t]^H)^-1(-E[t]^H-F[t]^H)，其中，

步骤S303，更新

步骤S304，如果||x[t+1]-x[t]||≤∈₀，转到步骤S305；否则，转到步骤S302。

步骤S305，输出x⁽ⁿ⁺¹⁾＝x[t+1]

具体的，

步骤S203，线性搜索

问题的最优ρ值。

进一步地，可选的，参见图4，步骤S203的具体实现流程包括：

步骤S401，将[0,1]区间划分为若干个子区间，并记录store值为0，初始化ρ值为当前子区间的中值，即ρ^opt＝0.5；

步骤S402，判断是否遍历完所有的子区间；

步骤S403，若未遍历完所有的子区间，按序将未遍历的第一个子区间，记为当前子区间，取ρ值为当前子区间的中值；

步骤S404，判断是否满足LEO卫星功率约束条件和GEO卫星最小速率约束条件：

步骤S405，如果否，跳到下一个子区间，转到步骤S402；如果是，计算当前的

将该值与store值做比较：如果store值相对更大，则跳到下一个子区间，转到步骤S402；否则，转到步骤S406；

步骤S406，将store值赋值为当前的

值，将当前的ρ值存储到ρ^opt；

步骤S407，输出当前的store值和ρ^opt值。

步骤S204，更新

步骤S205，判断由

组合成的列向量x，是否满足||x||≤ε。如果不满足，则重复步骤S202至S205；如果满足，则转到S206；

步骤S206，计算v_i＝v _i ⁽ⁿ⁺¹⁾/||c||、A_i＝v _ih_p,si ^H/||h_p,si||、w_i＝w_i ⁽ⁿ⁺¹⁾/||c||、R＝1/2B∑_ilog₂(1+γ_i)。

上述任意公式中未表示其具体含义的字母及公式为中间变量或中间参数，无具体含义。

示例性的，参见图5，为本实施例提供的GEO卫星和LEO卫星星群协作共享频谱的场景图。GEO卫星系统的授权频谱通过协作的方式共享给LEO卫星协作簇，非灰色LEO卫星为各个LEO卫星域所推选的协作星簇成员，负责帮助本域的数据下传到地面，同时负责协助GEO卫星将数据下传到地面。特别地，被推选为协作簇头的节点还负责进行簇成员管理、协作策略参数计算、协作策略分发。GEO卫星上部署有控制模块，存储协作信任库，负责协作域之外节点加入的管理。

上述GEO卫星和LEO卫星星群协作共享频谱方法，首先GEO卫星将GEO卫星波束内LEO卫星星座/星群覆盖和准协作频段信息广播给LEO卫星星座/星群，建立协作信任库；然后根据LEO卫星星座/星群的星历、GEO卫星波束内LEO卫星星座/星群覆盖情况，在每个时间片之前，LEO卫星星座/星群构建LEO卫星协作星簇G[t]，并在LEO卫星协作星簇中选举协作簇头H[t]；接着，协作簇头H[t]与GEO卫星系统进行协作协商，若协作协商成功，建立GEO卫星与LEO卫星协作共享频谱的协作目标和约束；基于迭代的连续凸优化近似和子梯度求解算法，根据所述协作目标、协作频谱共享的约束，确定协作策略参数；根据确定的协作策略参数：分发转发矩阵A_i[t]和预编码向量w_i[t]，计算判断协作频谱共享约束是否满足；如果满足约束，则协作簇头H[t]将成功传输概率P₀[t]传递给GEO卫星系统，同时向LEO卫星群/星座中各个LEO卫星i分发A_i[t]和w_i[t]值；执行GEO卫星与LEO卫星星座/星群协作共享频谱下数据传输并更新实际成功传输概率P_act[t]；否则，协作共享频谱失败，LEO卫星星座/星群静默，等待新的协作触发；若协作星簇节点成员退出或域内节点加入，更新协作簇头，各协作节点更新协作策略参数；若协作星簇节点所属域外节点申请加入，向GEO卫星系统上报信息，GEO卫星重新广播波束内LEO卫星星座/星群覆盖和准协作频段信息。这种通过GEO卫星成功传输概率的阈值设置、预计算值、实际值计算，作为GEO卫星参与协作授权频谱共享的信任度参考值的方法，通过广域覆盖，进行宏观控制，完成动态拓扑下大步长的域间管理；同时LEO卫星群的簇头作为边缘计算节点，进行当前时间片的协作策略计算和域内管理，实现频谱共享协作的无缝切换，支持多域多业务LEO卫星节点协同共享频谱，在提高频谱资源的利用效率、降低各节点的协作成本，提高GEO卫星授权用户的服务质量保障程度。

根据本发明的一个方面，提供了一种高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的装置，包括：

协作星簇管理模块100用于GEO卫星与LEO卫星群间协作的管理，包括LEO协作管理和GEO协作管理两个子模块。GEO协作管理主要负责当前协作星簇域外节点加入申请的许可和协作信任库的维护；LEO协作管理主要负责当前协作星簇域内节点和簇头选举。

握手协商模块110用于确定是否可以达成协作。通过通信传递协作基础参数，如GEO卫星协作管理子模块向LEO卫星协作管理子模块传递当前GEO卫星传输速率要求、成功传输概率阈值、可用频段、波束覆盖情况；LEO卫星协作管理子模块汇聚LEO卫星协作各域的星历和功率资源等情况，计算判断可否满足GEO卫星协作约束。

协作目标和约束建立模块120用于根据握手协商的结果，构建协作目标和约束。

协作参数计算模块130用于确定协作策略参数。通过基于连续凸优化近似和子梯度求解算法，确定高、低轨卫星协作共享频谱中LEO卫星群的协作策略参数。

根据本发明的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上述技术方案中任一项所述一种高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的方法。

综上所述，本发明提出了一种高轨卫星与低轨卫星协作共享频谱的方法和装置，通过GEO卫星成功传输概率的阈值设置、预计算值、实际值计算，作为GEO卫星参与协作授权频谱共享的信任度参考值的方法，通过广域覆盖，进行宏观控制，完成动态拓扑下大步长的域间管理；同时LEO卫星群的簇头作为边缘计算节点，进行当前时间片的协作策略计算和域内管理，实现频谱共享协作的无缝切换，支持多域多业务LEO卫星节点协同共享频谱，在提高频谱资源的利用效率、降低各节点的协作成本，提高GEO卫星授权用户的服务质量保障程度。

此外，需要说明的是，本发明可提供为方法、装置或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。