基于位置信息和运动趋势的卫星终端波束选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于位置信息和运动趋势的卫星终端波束选择方法，包括以下步骤：首先，卫星终端从广播消息中接收所在各波束中心点经纬度信息，结合自身位置计算与在各波束中心点的距离；接着，选取距离最小的波束，判断是否存在其他距离相近的波束；若存在，则从满足条件的波束中选取与卫星终端运动方向夹角最小的波束为选中波束；若不存在，则将距离最小的波束指定为选中波束；最后，卫星终端发起正常位置更新流程。本发明专利技术方法能够克服卫星波束中心至边缘信号强度变化较小、难以根据信道质量进行波束选择的问题；能够缓解乒乓效应，减少卫星终端波束重选和位置更新的次数，降低使用功耗、延长工作时间。

【技术实现步骤摘要】
基于位置信息和运动趋势的卫星终端波束选择方法
本专利技术涉及卫星移动通信
，尤其涉及一种基于位置信息和运动趋势的卫星终端波束选择方法。
技术介绍
卫星移动通信系统作为地面蜂窝移动通信的延伸和补充，多用于偏远地区的通信和应急通信，较好地解决了地面蜂窝移动通信系统在偏远地区以及海域中覆盖能力受限的问题。在多波束卫星移动通信系统中，信关站会存储各卫星终端所在的寻呼区信息，当卫星终端被寻呼时，信关站会在卫星终端所处的寻呼区内对其进行寻呼，所以卫星终端在移动过程中需要及时告知信关站自己所处的寻呼区。对于高速运动的卫星终端，当其位于多个波束覆盖范围的重叠区，且在各波束之间往复移动时，卫星终端将反复进行波束重选和位置更新流程，从而引发乒乓效应，乒乓效应不仅浪费卫星通信系统有限的系统资源，还会造成卫星终端耗电量过大，甚至影响卫星终端正常的通信业务。因此，需要提出一种适用于多波束卫星移动通信的卫星终端波束选择方法，确保网络寻呼的可靠性，并有效避免乒乓效应。中国专利CN111371486A中，提出了一种基于低轨卫星的波束切换的方法、系统、设备及存储介质，通过判断波束信号质量，选取信号质量最强的波束进行切换，该专利主要针对低轨卫星通信系统进行设计且仅考虑了波束信号质量，存在乒乓效应风险。中国专利CN107852227B中，提出了一种基于距离门限控制的卫星通信位置报告和寻呼方法，通过判断用户终端当前位置与预计位置之差是否超过距离门限来确定是否触发位置报告，该专利使用固定的距离门限值，未考虑运动方向对终端在波束中停留时间的影响。
技术实现思路
针对卫星移动通信系统中高速运动卫星终端的波束选择问题，本专利技术公开了一种基于位置信息和运动趋势的卫星终端波束选择方法，其具体步骤包括：S1，多波束卫星移动通信系统通过广播消息向地面卫星终端广播各波束中心点位置的经纬度信息；S2，地面卫星终端在待机状态下持续接收来自多波束卫星移动通信系统的广播消息，并通过其自身的定位功能获取自身位置信息，自身位置信息包括自身的经纬度信息；S3，地面卫星终端计算自身位置与能够覆盖自身位置的各波束中心点的距离；假设地面卫星终端同时被N个波束覆盖，则地面卫星终端所在位置与第i个波束Bi中心点之间的距离Li表示为：其中，i＝1,2,…,N，R为地球半径，αu、分别为卫星终端和波束Bi中心点的经度坐标，βu、分别为卫星终端和波束Bi中心点的纬度坐标；S4，地面卫星终端选取步骤S3中计算得到的多个距离中的最小值，即最小距离对应的波束，判断其他波束中是否存在与地面卫星终端的距离和上述最小距离相近的波束，若存在，则挑选出全部满足该条件的波束和最小距离对应的波束，执行步骤S5，否则，将最小距离对应的波束指定为选中波束，执行步骤S7；所述的步骤S4，地面卫星终端从N个波束中选取与波束中心点与其距离最小的波束Bk，即1≤k≤N,k∈N+，k为最小距离所对应的波束的波束序号，Lk为地面卫星终端所在位置与第k个波束Bk中心点之间的距离，将距离阈值记为ΔL，其取值由卫星移动通信系统波束覆盖范围的直径大小确定，判断是否存在其他波束Bj，1≤j≤N,j≠k,j∈N+，满足Lj≤(Lk+ΔL)，j为满足该条件的波束的波束序号，Lj为地面卫星终端所在位置与第j个波束Bj中心点之间的距离；若存在，则将全部满足该条件的波束以及波束Bk存入集合Ω，执行步骤S5，否则，将波束Bk指定为选中波束，执行步骤S7；S5，地面卫星终端从其自身安装的角加速度计和加速度计中获取自身运动速度矢量，计算地面卫星终端与各波束中心点连线和卫星终端运动速度矢量的夹角；假设集合Ω中共有M个波束，对于第m个波束bm，bm∈Ω,m＝1,2,…,M，地面卫星终端与波束bm中心点连线和卫星终端运动速度矢量的夹角的计算公式为：其中，和分别为波束bm中心点的经度坐标和纬度坐标，θu为地面卫星终端速度矢量与正北方的夹角；S6，地面卫星终端选取步骤S5中计算得到的所有夹角中最小值，即最小夹角，所对应的波束，将其指定为选中波束；所述的步骤S6，地面卫星终端从集合Ω中选取步骤S5中计算得到的最小夹角所对应的波束bc，即1≤c≤M,c∈N+，c为最小夹角所对应的波束的波束序号，将波束bc指定为选中波束；S7，地面卫星终端在选中波束中驻留，并对自身位置进行更新。在本专利技术方法中，所述的多波束卫星移动通信系统将一个点波束作为一个寻呼区，当地面卫星终端被寻呼时，信关站在卫星终端所处的寻呼区内对其进行寻呼。卫星终端在移动过程中，如果所处波束发生改变，更新自身位置信息并告知信关站自己的驻留波束信息，当卫星终端同时被多个卫星波束覆盖时，需要从中择优选择一个波束作为自己的驻留波束。本专利技术的有益效果为：本专利技术方法通过比较卫星终端与周围点波束的波束中心点的距离，驻留在距离最近的点波束上，克服了卫星波束中心点至边缘信号强度变化较小、难以通过信道质量测量技术进行波束选择的问题；本专利技术方法结合卫星终端自身的运动趋势进行波束选择，选择驻留时间最长的波束，可减少卫星终端进行波束重选和位置更新的次数，缓解处于波束边缘地区卫星终端的乒乓效应，降低卫星终端的功耗，延长卫星终端的工作时间。附图说明图1为本专利技术方法的实现流程图。图2为本专利技术中卫星终端与波束中心点的距离示意图。图3为本专利技术中卫星终端运动趋势与卫星终端和波束中心点连线的关系示意图。具体实施方式为了更好的了解本
技术实现思路
，这里给出一个实施例。下面结合附图，对本专利技术进行详细描述。图1为本专利技术方法的实现流程图。在本专利技术方法中，所述的多波束卫星移动通信系统将一个点波束作为一个寻呼区，当地面卫星终端被寻呼时，信关站在卫星终端所处的寻呼区内对其进行寻呼。卫星终端在移动过程中，如果所处波束发生改变，更新自身位置信息并告知信关站自己的驻留波束信息，当卫星终端同时被多个卫星波束覆盖时，需要从中择优选择一个波束作为自己的驻留波束。实施例1：假设卫星终端同时被3个波束覆盖，如图2所示，3个波束的波束中心点分别记为波束中心点1、波束中心点2、波束中心点3，L1、L2和L3分别是卫星终端与波束中心点1、波束中心点2和波束中心点3的距离，可以通过下列公式进行计算：其中，i＝1,2,3，R为地球半径，αu、分别为卫星终端和波束中心点i的经度坐标，βu、分别为卫星终端和波束中心点i的纬度坐标。随后，对L1、L2和L3进行比较，假设L1最小，且L2和L3均大于L1+ΔL，则卫星终端选择波束1进行驻留，然后进行正常位置更新流程。实施例2：假设卫星终端同时被3个波束覆盖，如图3所示，卫星终端与波束中心点1、波束中心点2和波束中心点3的距离L1、L2和L3中L1最小，L2满足L2≤L1+ΔL条件。卫星终端从集成的角加速度计和加速度计中获取自身运动方向，即速度矢量与正北方的夹角θu，由此计算卫星终端与波束中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于位置信息和运动趋势的卫星终端波束选择方法，其特征在于，其具体步骤包括：/nS1，多波束卫星移动通信系统通过广播消息向地面卫星终端广播各波束中心点位置的经纬度信息；/nS2，地面卫星终端在待机状态下持续接收来自多波束卫星移动通信系统的广播消息，并通过其自身的定位功能获取自身位置信息，自身位置信息包括自身的经纬度信息；/nS3，地面卫星终端计算自身位置与能够覆盖自身位置的各波束中心点的距离；/n假设地面卫星终端同时被N个波束覆盖，则地面卫星终端所在位置与第i个波束B

【技术特征摘要】
1.一种基于位置信息和运动趋势的卫星终端波束选择方法，其特征在于，其具体步骤包括：
S1，多波束卫星移动通信系统通过广播消息向地面卫星终端广播各波束中心点位置的经纬度信息；
S2，地面卫星终端在待机状态下持续接收来自多波束卫星移动通信系统的广播消息，并通过其自身的定位功能获取自身位置信息，自身位置信息包括自身的经纬度信息；
S3，地面卫星终端计算自身位置与能够覆盖自身位置的各波束中心点的距离；
假设地面卫星终端同时被N个波束覆盖，则地面卫星终端所在位置与第i个波束Bi中心点之间的距离Li表示为：



其中，i＝1,2,…,N，R为地球半径，αu、分别为卫星终端和波束Bi中心点的经度坐标，βu、分别为卫星终端和波束Bi中心点的纬度坐标；
S4，地面卫星终端选取步骤S3中计算得到的多个距离中的最小值，即最小距离对应的波束，判断其他波束中是否存在与地面卫星终端的距离和上述最小距离相近的波束，若存在，则挑选出全部满足该条件的波束和最小距离对应的波束，执行步骤S5，否则，将最小距离对应的波束指定为选中波束，执行步骤S7；
所述的步骤S4，地面卫星终端从N个波束中选取与波束中心点与其距离最小的波束Bk，即k为最小距离所对应的波束的波束序号，Lk为地面卫星终端所在位置与第k个波束Bk中心点之间的距离，将距离阈值记为ΔL，其取值由卫星移动通信系统波束覆盖范围的直径大小确定，判断是否存在其他波束Bj，1≤j≤N,j≠k,j∈N+，满足Lj≤(Lk+ΔL)，j为满足该条件的波束的波束序号，Lj为地面卫星终端所在位置与第j个波束Bj中心点之间的距离；若存在，则将全...

【专利技术属性】
技术研发人员：何元智，鲍峰，刘韵，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院网络信息研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11