1.一种面向信道信息自适应的低轨卫星间智能协作传输方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)信道状态信息获取:建立基于神经网络的信道状态信息获取模型,利用历史信道状态信息进行神经网络模型训练,优化模型参数,根据训练好的模型预测信道状态信息;
(2)协作传输状态判决:由降雨衰减、自由空间损耗、预测的信道状态信息联合计算接收信号信噪比;将计算得到的接收信号信噪比与信噪比阈值比较,获得多星协作传输决策值;
(3)多星协作传输:根据多星协作传输决策值判断是否满足协作传输条件,若满足,则选择多颗低轨卫星参与协作传输。
2.根据权利要求1所述的一种面向信道信息自适应的低轨卫星间智能协作传输方法,其特征在于,(1)信道状态信息获取的过程包括如下步骤:(1.1)构建基于神经网络的信道状态信息获取模型,对历史信道状态信息数据集F进行归一化,在归一化后的数据集 上结合K折交叉验证训练模型,优化模型参数;初始化K值,k表示第k折,0≤k≤K‑1,变量i=0,模型均方误差值和MSE=0;
其中: F={Fx,1≤x≤X}表示信道状态信息数据集,Fx表示第x个信道状态信息值, 表示归一化后的信道状态信息数据集,b表示最大信道状态信息值,a表示最小的信道状态信息值;
(1.2)采用K折交叉验证训练模型,得到优化后的模型参数,并将该模型用于预测信道状态信息。
3.根据权利要求2所述的一种面向信道信息自适应的低轨卫星间智能协作传输方法,其特征在于,(1.2)优化模型参数具体步骤如下:(1.2.1)k=i,若k≤K‑1对归一化后数据集进行划分,否则进入步骤(1.2.4),数据集被划分成测试集的数据集 测试集的标签集 训练集的数据集 训练集的标签集其中:
N为正整
数,m表示单个分区大小;
(1.2.2)划分好的数据集送入神经网络训练,并比较每轮训练得到损失值,在设定好的轮次下模型损失值不再下降,则保存当前模型参数,计算模型的均方误差值mse和均方误差值和MSE,MSE=MSE+mse;
其中: 表示模型输出的第i个值, 表示测试集的标签集中第i个标签值;
(1.2.3)i=i+1,进入步骤(1.2.2);
(1.2.4)K折交叉验证结束,得到K个评估模型的均方误差值和MSE和K个训练好的模型参数,对MSE取平均得到K个评估模型的均方误差值的平均值MSEaverage,其中:(1.2.5)将均方误差值的平均值MSEaverage和K个模型的均方误差值mse比较,得到最小的均方误差值mse对应的模型参数。
4.根据权利要求1所述的一种面向信道信息自适应的低轨卫星间智能协作传输方法,其特征在于,(2)协作传输状态判决具体包括如下步骤:(2.1)实时计算卫星i接收信噪比SNRi:其中:pi表示卫星i发射功率,h(s,i),e表示卫星i到地面接收机间信道状态信息,Gr,i表示卫星i地面接收机接收天线增益, 表示卫星i发射天线增益,天线增益公式中μ=2.07123sin(θ)/sin(θ3dB),θ表示天线端俯仰角大小,由卫星和接收机间距离d决定,J1和J3分别表示1阶和3阶第一类贝塞尔函数,θ3dB表示波束增益相对波束中心
3dB衰减处所对应的角度, 表示θ=0时最大天线增益,Di表示卫星i天线口径,η表示卫星i天线效率, 表示信号波长,c表示光速,f表示载波频率,Kn表示波尔兹曼常数,T表示接收机的等效噪声温度,B表示转发器带宽;AP(·)表示降雨衰减量,Aa表示衰减超过年均a%时间的降雨衰减量,a为全年降雨时间与全年总时间的比值,p年一年时间内发生的概率,β为降雨量影响系数,Ls(·)表示自由空间损耗, di表示地面接收机和卫星i间距离;
(2.2)将求出的接收信号信噪比SNRi与阈值SNRthreshold比较,当SNRi≤SNRthreshold卫星i需要协调可见卫星,进行协调传输;否则采用单星传输。
5.根据权利要求1所述的一种面向信道信息自适应的低轨卫星间智能协作传输方法,其特征在于,(3)多星协作传输具体包括如下步骤:(3.1)在卫星i和接收机可见的总时间Ta内,通过(1)中保存好的模型参数预测当前时间t的信道状态信息 将 和估计到的信道状态信息值 比较,根据比较的结果,选择当前时间t的信道状态信息 或估计到的信道状态信息值 计算得到接收信号信噪比SNRi,当信噪比SNRi小于阈值SNRthreshold进入步骤(3.2),否则进入步骤(3.3),超过总时间Ta结束流程,其中:CSIthreshold表示信道状态信息门限值;
(3.2)选择除卫星i外所有可见卫星数M中与接收机的最短距离dj,min的卫星j,其中:dj,min=min({dm,1≤m≤M}),1≤j≤M表示卫星j到接收机的距离,卫星j参与协作传输,同时将卫星j从可见卫星数M中去除,此时协作传输后接收信号信噪比SNRi:2
其中:Si=PGt,i(di)Gr,i(di)Ls(di)AP(di)|h(s,i),e| ,Sj=PGt,j(dj)Gr,j(dj)Ls(dj)AP(dj)|2
h(s,j),e|,aj=1表示卫星j参与协作传输;
当信噪比SNRi小于阈值SNRthreshold或参与协作传输卫星总数不大于所有可见卫星数M时,进入步骤(3.2),否则进入步骤(3.1);
(3.3)卫星和接收机间采用单星传输,进入步骤(3.1)。
6.根据权利要求5所述的一种面向信道信息自适应的低轨卫星间智能协作传输方法,其特征在于,将预测当前时间t的信道状态信息 和估计到的信道状态信息值比较,当两者差值的绝对值满足: 则由当前信道状态信息求出接收信号信噪比SNRi,否则由预测得到的信道状态信息 求出接收信号信噪比SNRi。