本發(fā)明屬于低軌通信衛(wèi)星，尤其涉及一種用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、低軌衛(wèi)星通常指軌道高度低于2000km的衛(wèi)星。與單顆衛(wèi)星形成的覆蓋區(qū)域相比，多顆衛(wèi)星組網(wǎng)形成的星座顯著增強(qiáng)了系統(tǒng)的覆蓋性能，在信息獲取、分發(fā)方面提高了系統(tǒng)的可用性和靈活性。

2、低軌全球通信衛(wèi)星星座可為全球提供寬帶通信服務(wù)。寬帶通信服務(wù)一般需要隨遇波束和業(yè)務(wù)波束。其中，隨遇波束實(shí)現(xiàn)用戶接入信息的發(fā)射和接收，在波束覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行輪詢掃描；業(yè)務(wù)波束為用戶提供在線保持、尋呼及應(yīng)答、數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)，具有凝視、跳波束兩種工作模式。在凝視工作模式下，某個(gè)特定波束可持續(xù)指向用戶所在的經(jīng)緯度位置；在跳波束工作模式下，將衛(wèi)星可覆蓋區(qū)域劃分為若干個(gè)小區(qū)，星上多個(gè)波束可接力開啟，持續(xù)覆蓋用戶所在的經(jīng)緯度位置。

3、如果一個(gè)用戶可同時(shí)被多顆衛(wèi)星接入，則認(rèn)為星座可在用戶所在區(qū)域?qū)崿F(xiàn)多重覆蓋。在有多重覆蓋的情況下，可以利用多重覆蓋的冗余特性優(yōu)化系統(tǒng)性能。衛(wèi)星功率需求的精細(xì)分析是衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)的重要組成部分，衛(wèi)星的功率需求直接決定了衛(wèi)星太陽翼及蓄電池的規(guī)模，影響熱控組件的選取。衛(wèi)星的功率取決于衛(wèi)星的業(yè)務(wù)模式和載荷模塊的設(shè)計(jì)。

4、對(duì)于衛(wèi)星的業(yè)務(wù)模型，在維持系統(tǒng)通信容量一定的前提下，配置有多波束的衛(wèi)星有兩種波束開關(guān)方法。方法一是在多重覆蓋區(qū)內(nèi)讓每顆衛(wèi)星都開較少的波束；方法二是在多重覆蓋區(qū)內(nèi)讓少數(shù)衛(wèi)星開較多的波束。這兩種方法都可以維持系統(tǒng)通信容量。但是針對(duì)特定軌道的特定衛(wèi)星，此時(shí)可能準(zhǔn)備進(jìn)入地影，只能采用蓄電池進(jìn)行供電，或者進(jìn)入需要更多業(yè)務(wù)需求的區(qū)域?qū)е滦巧瞎脑黾?。種種情況會(huì)導(dǎo)致單顆衛(wèi)星的功耗短時(shí)間急劇變化或?qū)π铍姵氐南脑龃?，不利于衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行，現(xiàn)有技術(shù)較少通過星座級(jí)任務(wù)調(diào)度對(duì)衛(wèi)星功率均衡策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法和系統(tǒng)，旨在降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法，包括：

3、確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)總功耗；

4、根據(jù)確定的多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)總功耗，確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)蓄電池放電深度；

5、根據(jù)確定的多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)蓄電池放電深度，以最小化多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的蓄電池放電深度差異量為準(zhǔn)則，構(gòu)建功耗均衡模型；

6、基于功耗均衡模型，求解得到多重覆蓋星座中各衛(wèi)星在功耗均衡之后的波束集合信息；

7、將求解得到的多重覆蓋星座中各衛(wèi)星在功耗均衡之后的波束集合信息發(fā)送至對(duì)應(yīng)衛(wèi)星，衛(wèi)星將功耗均衡之后的波束集合信息中對(duì)應(yīng)的波束設(shè)定為業(yè)務(wù)波束，完成多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的功耗均衡。

8、在上述用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法中，確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)總功耗，包括：

9、確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的多波束實(shí)時(shí)總功耗；

10、確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星除多波束負(fù)載外其他耗電設(shè)備的實(shí)時(shí)總功耗；

11、根據(jù)確定的多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的多波束實(shí)時(shí)總功耗和多重覆蓋星座中各衛(wèi)星除多波束負(fù)載外其他耗電設(shè)備的實(shí)時(shí)總功耗，確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)總功耗。

12、在上述用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法中，通過如下公式確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的多波束實(shí)時(shí)總功耗：

13、

14、其中，xi表示多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星的多波束實(shí)時(shí)總功耗，ni,beam表示多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星的波束數(shù)量，表示多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星的第m個(gè)波束，表示多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星的第m個(gè)波束的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)量，表示由多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星的第m個(gè)波束的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)量產(chǎn)生的實(shí)時(shí)功耗，i＝1,2,...,ns，ns表示多重覆蓋星座中的衛(wèi)星總數(shù)量。

15、在上述用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法中，通過如下公式確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的耗電設(shè)備的實(shí)時(shí)總功耗：

16、

17、其中，yi表示多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星除多波束負(fù)載外其他耗電設(shè)備的實(shí)時(shí)總功耗，ni,device表示多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星除多波束負(fù)載外其他耗電設(shè)備的數(shù)量，表示多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星的第n個(gè)其他耗電設(shè)備表示多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星的第n個(gè)其他耗電設(shè)備的實(shí)時(shí)功耗。

18、在上述用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法中，通過如下公式確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)總功耗：

19、

20、其中，pi表示多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星的實(shí)時(shí)總功耗。

21、在上述用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法中，通過如下公式確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)蓄電池放電深度：

22、

23、其中，dodi表示多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星的實(shí)時(shí)蓄電池放電深度，psai表示多重覆蓋星座中第i顆衛(wèi)星的太陽翼實(shí)時(shí)充電功率。

24、在上述用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法中，功耗均衡模型表示如下：

25、minmax|dodi-dodj|

26、其中，j＝1,2,...,ns，i≠j。

27、在上述用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法中，基于功耗均衡模型，求解得到多重覆蓋星座中各衛(wèi)星在功耗均衡之后的波束集合信息，包括：

28、確定多重覆蓋星座的衛(wèi)星蓄電池平均放電深度dodaverage：

29、

30、對(duì)多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)蓄電池放電深度進(jìn)行循環(huán)遍歷，得到實(shí)時(shí)蓄電池放電深度差|dodi-dodj|的序列，并按照從大到小的順序進(jìn)行排序，得到衛(wèi)星蓄電池排序數(shù)組為{(i1,j1),(i2,j2),(i3,j3)...}；其中，衛(wèi)星蓄電池排序數(shù)組中元素總個(gè)數(shù)為np；

31、取衛(wèi)星蓄電池排序數(shù)組中的前1/4個(gè)元素，得到其中涉及的待進(jìn)行波束調(diào)整的衛(wèi)星編號(hào)集合cs，集合cs中元素總個(gè)數(shù)為ncs；

32、確定集合cs中衛(wèi)星蓄電池放電深度與dodaverage之差：

33、δdodp＝dodp-dodaverage

34、其中，δdodp表示集合cs衛(wèi)星編號(hào)為p的衛(wèi)星的實(shí)時(shí)蓄電池放電深度dodp與dodaverage之差；p＝1,...,ncs；

35、若則優(yōu)先減少對(duì)應(yīng)衛(wèi)星打開波束的數(shù)量；若則優(yōu)先增加對(duì)應(yīng)衛(wèi)星打開波束的數(shù)量。

36、在上述用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法中，

37、相應(yīng)的，本發(fā)明還公開了一種用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)系統(tǒng)，包括：

38、第一確定模塊，用于確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)總功耗；

39、第二確定模塊，用于根據(jù)確定的多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)總功耗，確定多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)蓄電池放電深度；

40、模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)確定的多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的實(shí)時(shí)蓄電池放電深度，以最小化多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的蓄電池放電深度差異量為準(zhǔn)則，構(gòu)建功耗均衡模型；

41、解算模塊，用于基于功耗均衡模型，求解得到多重覆蓋星座中各衛(wèi)星在功耗均衡之后的波束集合信息；

42、均衡模塊，用于將求解得到的多重覆蓋星座中各衛(wèi)星在功耗均衡之后的波束集合信息發(fā)送至對(duì)應(yīng)衛(wèi)星，衛(wèi)星將功耗均衡之后的波束集合信息中對(duì)應(yīng)的波束設(shè)定為業(yè)務(wù)波束，完成多重覆蓋星座中各衛(wèi)星的功耗均衡。

43、本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

44、本發(fā)明公開了一種用于降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗的波束開關(guān)方法和系統(tǒng)，在不影響業(yè)務(wù)容量的前提下對(duì)衛(wèi)星的波束開關(guān)策略進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，防止單個(gè)衛(wèi)星的功率需求或消耗短時(shí)間急劇變化，能夠顯著提高星座系統(tǒng)資源利用率，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星功率均衡，降低多重覆蓋星座衛(wèi)星功耗。