靜止軌道衛(wèi)星通信論文

1、靜止軌道衛(wèi)星通信論文1靜止軌道衛(wèi)星通信資源一任務匹配約束分析靜止軌道衛(wèi)星通信資源一任務匹配就是根據通信任務需求，綜合考慮 各種約束條件，按照一定規(guī)則對衛(wèi)星資源進行優(yōu)化配置，制定出滿足 衛(wèi)星應用任務需求的資源分配調度方案9。衛(wèi)星任務規(guī)劃方案的合 理性和準確性直接關系到任務的完成效果10。因此，要實現規(guī)劃 調度的目標，必須對靜止軌道衛(wèi)星通信資源調度問題中涉及到的約束 條件進行詳細分析。靜止軌道衛(wèi)星通信資源調度問題的約束規(guī)則，可 分為2大類共6項，如圖2所示。1. 1靜止軌道衛(wèi)星通信資源一任務匹配的硬性約束硬性約束是指完成 衛(wèi)星通信必須具備的最基本的條件。包括3項內容，具體為：1）通信 資源調度的范

2、圍約束衛(wèi)星通信首先要求衛(wèi)星能被衛(wèi)星無線電通信使用 終端“看到”，而這是由衛(wèi)星天線波束覆蓋范圍決定的，即當衛(wèi)星無 線電通信使用終端處于衛(wèi)星天線波束覆蓋范圍內時，才能進行通信;否 則無法達成通信。2）通信資源調度的時間約束任務的時間約束。針 對某一任務的資源調度時間不能晚于該任務的開始時間，資源調度結 束時間不能早于任務的結束時間，且任務對于資源的占用時間不能小 于任務執(zhí)行的持續(xù)時間。資源的時間約束。在春分和秋分期間，靜 止軌道衛(wèi)星因為處在太陽和地球之間，此時太陽帶來的強噪聲將引起 通信中斷，即日凌中斷。3）通信資源調度的頻段約束不同衛(wèi)星、衛(wèi)星 使用終端的工作頻段通常是確定值，而只有處于同工作頻段

3、的衛(wèi)星和 使用終端之間才能建立通信鏈路，提供通信服務，這是衛(wèi)星通信資源 調度問題中的一個硬約束。1. 2靜止軌道衛(wèi)星通信資源一任務匹配的軟性約束軟性約束是指對衛(wèi) 星通信的質量、取得效益具有影響的約束條件。包括3項內容，具體 為：1）通信資源調度的能力約束資源具備的能力（比如帶寬等）必須達 到完成任務的最低要求，才能被分配執(zhí)行任務。2）通信資源調度的質 量約束在衛(wèi)星通信中，無線電波要先后穿越對流層、平流層、電離層 等，不可避免的會受到多種因素影響，產生自由空間傳播損耗、大氣 吸收損耗和雨衰損耗等，導致通信質量下降，甚至出現通信中斷的現 象，特別是降雨對Ku，Ka頻段信號產生衰耗較大12。而目前，

4、實 際應用中的通信衛(wèi)星工作頻段大都在C，Ku和Ka頻段。因此，在調度 過程中要考慮通信鏈路載噪比、損耗、誤碼率等的影響。3）通信資源 調度的優(yōu)先級約束任務的優(yōu)先級約束。任務的價值（重要水準）、緊 迫度和執(zhí)行順序等屬性決定了每項任務具備不同的優(yōu)先級。資源的 優(yōu)先級約束。資源的價值、能力和稀缺水準等屬性決定了每個資源也 具備不同的優(yōu)先級。2靜止軌道衛(wèi)星通信資源一任務匹配問題模型在一個多任務的通信環(huán)境下，通信資源分配問題可以描述為一個由通 信資源和通信任務所構成的數學規(guī)劃問題?；谝陨蠈o止軌道衛(wèi)星 通信資源一任務匹配的約束分析，建立數學模型如下。2. 1問題假設為簡化問題，便于建立數學模型，在不改

5、變問題性質的 前提下，做出如下假設：1）所有資源都絕對可靠，即不考慮出現資源 性能降低或者故障的情況；2）一個通信資源某一時刻只能為一個通信任 務提供服務。3）衛(wèi)星轉發(fā)器均為透明轉發(fā)器，不考慮衛(wèi)星具備星上處 理功能；4）所有任務在進行匹配調度前已經確定，不考慮有新任務動態(tài) 更新的情況；5）任務一旦開始就必須完成，不考慮自然或人為干涉的任 務中斷;6）各個任務之間是相對獨立任務，不存有邏輯上的先后關系;7） 匹配調度過程中不考慮決策者或者事件固有經驗的偏好因素。2. 2變量約束條件描述1）覆蓋范圍約束衛(wèi)星覆蓋區(qū)域d由波束決定， 對于全球波束，覆蓋區(qū)域為地球南北緯75。之間與以星下點為中心對 地球

6、邊緣張角17.34所圍成的部分。對于點波束，覆蓋區(qū)域d可以 通過模型計算得到。若任務區(qū)域為D，任務區(qū)域必須在覆蓋范圍之內。2. 3目標函數衛(wèi)星資源調度相關研究中，通常根據任務完成情況確定 目標函數17。一般的資源一任務調度多數是以產生的綜合收益最 大為目標，本文從任務收益和衛(wèi)星資源使用兩方面考慮調度目標。1） 任務調度收益大。即任務收益之和盡可能高，不僅要盡可能調度高收 益的任務，而且成功調度的任務數量要多。收益主要根據任務的優(yōu)先 級確定。3靜止軌道衛(wèi)星通信資源一任務匹配問題求解思路根據以上分析可知，靜止軌道衛(wèi)星通信資源一任務匹配是一個多目標 組合優(yōu)化問題，結合靜止軌道衛(wèi)星通信資源一任務匹配規(guī)

7、則，給出求 解該問題的思路，如圖3所示。匹配過程可以描述為：步驟1數據初 始化。根據通信任務和衛(wèi)星資源的描述，進行數據預處理，主要是編 號、計算資源覆蓋區(qū)域和可用時間，得到任務集合T和資源集合R， 進入步驟2;步驟2匹配可行性檢測。對照資源一任務匹配的“硬約束” 條件，篩選出可調度任務集Tk。如果Tk為空，則無法進行匹配，終止 流程，否則進入步驟3;步驟3選擇任務。從可調度任務集Tk中選出優(yōu) 先級最大的任務Ti，并將Ti移出丁匕進入步驟4。如果已完成的任務 數量等于可調度任務總數，則結束整個流程;步驟4選擇資源。根據資 源優(yōu)先級，為選定的任務Ti分配資源Rj，如果資源能夠滿足任務需 求，進入步

8、驟5;否則進入步驟6;步驟5資源分配。將資源Rj從R中 移出，設置Rj狀態(tài)為已調用，并將Rj的處理任務結束時間設為tie， 返回步驟3進行循環(huán)操作;步驟6資源釋放。選擇剛完成的任務，將其 占用的資源狀態(tài)設置為可調用，并放回R中，返回步驟4進行循環(huán)操 作。4數據仿真人工智能算法是求解多目標組合優(yōu)化問題的有效手段，本文采用蟻群 算法進行仿真分析。采用Matlab R2010a編程，在Win7系統（硬件配 置Core二代2. 2GHz，1G內存）計算完成，調度總收益19，經驗證其 結果準確，運行時間2. 775756s。運行結果如表4所示。5結束語結合靜止軌道衛(wèi)星通信的工作過程和軌道特點，系統分析了在多衛(wèi)星 和多任務通信環(huán)境背景下，靜止軌道衛(wèi)星通信