申请/专利权人：南京大学

申请日：2018-10-26

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN109740832B

主分类号：G06Q10/0631

分类号：G06Q10/0631;G06Q50/50

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.15#授权;2019.06.04#实质审查的生效;2019.05.10#公开

摘要：一种用于增强卫星系统自主导航能力的连接计划设计方法，依据星历计算得到可视矩阵；各卫星节点依据可视矩阵采用公平性连接计划算法计算得到连接计划输出；各节点在时间同步的基础上，分别按照连接计划设计结果在连接计划设计周期起始时刻同时执行链路调度。对于每个链路调度周期，连接计划设计过程均在星上完成而不依赖于地面站：1卫星网络中各卫星节点通过与其他卫星节点进行信息交互，获取统一的全网最新星历，并依据星历计算得到可视矩阵，即连接计划设计的输入；2卫星网络中各节点对确定的连接计划设计周期，对输入采用确定性的连接计划设计算法，在星上计算得到相同的连接计划设计输出；3卫星网络中各卫星节点在时间同步的基础上，分别按照连接计划设计结果在连接计划设计周期起始时刻同时执行链路调度。

主权项：1.一种用于增强卫星系统自主导航能力的连接计划设计方法，其特征在于，依据星历计算得到可视矩阵；各卫星节点依据可视矩阵采用公平性连接计划算法计算得到连接计划输出；各节点在时间同步的基础上，分别按照连接计划设计结果在连接计划设计周期起始时刻同时执行链路调度；对于每个链路调度周期，连接计划设计过程均在星上完成而不依赖于地面站；分为以下三个步骤：步骤1：卫星网络中各卫星节点通过与其他卫星节点进行信息交互，获取统一的全网最新星历，并依据星历计算得到可视矩阵，即连接计划设计的输入；步骤2：卫星网络中各节点对确定的连接计划设计周期，对输入采用确定性的连接计划设计算法，在星上计算得到相同的连接计划设计输出；步骤3：卫星网络中各卫星节点在时间同步的基础上，分别按照连接计划设计结果在连接计划设计周期起始时刻同时执行链路调度；当卫星失效时，该连接计划设计方法可以在星上短时间内快速地重新计算连接计划并执行新的连接计划结果。

全文数据：一种用于增强卫星系统自主导航能力的连接计划设计方法技术领域本发明适用于需要自主导航的卫星系统，提供了一种不依赖于地面站的由网络中各个卫星节点自主计算并进行调度链路的连接计划设计方法。背景技术卫星系统自主导航是指星座卫星在长时间得不到地面测控系统支持的情况下，通过星间双向测距、数据交换、以及星载处理器滤波处理，不断修正地面站注入的卫星长期预报星历及时钟参数，并自主生成导航电文和维持星座基本构型，满足用户高精度导航定位应用需求的实现过程。其中，星间测距和通信链路是卫星系统自主导航的核心技术。然而由于卫星自身的限制，卫星上星间链路的天线个数受到限制，远不能满足与所有可视卫星同时建立星间链路的条件。基于一定的约束条件，解决星间链路拓扑的优化设计问题被称作连接计划设计。为了能够支持卫星系统自主导航能力，连接计划设计需在满足约束条件下对星间测距与通信需求两个指标进行优化。此前的连接计划设计方法都是集中式的连接计划设计方法，是必须由地面站先计算出拓扑调度结果，再由地面站将连接计划设计结果上注到各个卫星，由各个卫星分别执行调结果。上述集中式的连接计划设计方法有以下几点问题：1集中式的连接计划设计方法需要由地面站完成计算过程，并且需要由地面站定期地向所有卫星节点上注拓扑调度结果，会增加地面测控站的布设数量、增加地面站至卫星的信息注入次数、影响通信效率并加大系统长期维持费用。2集中式的连接计划设计方法整个流程完全依赖于地面站，若出现地面站突发失效的问题，则整个卫星系统将无法继续运行。同时，若出现卫星突发失效的问题，卫星需先将节点失效信息传回地面站，由地面站完成计算并给每个卫星节点上注新的连接计划，整个流程耗时长，整个卫星网络中不能够快速的更新连接计划设计结果，未失效节点仍然按照原拓扑结果与失效节点建立星间链路，会导致卫星系统长时间内处于低性能状态。3由于地面站计算资源好，为了使连接计划设计结果在测距与通信两个指标上更加优化，现阶段已提出的集中式的连接计划设计方法大多采用启发式算法。启发式算法由于算法复杂度高，一次计算耗时长，同时由于启发式算法具有随机性和不确定性，计算过程需一次性完成，若中途停止，再次计算时会得到完全不一样的结果，造成地面站计算资源浪费。可以看出，现阶段的集中式连接计划设计方法依赖于地面站，与卫星系统不依赖地面站实现自主导航的目标相违背。然而由于启发式算法算法复杂度高这一特性，星上不具有相应的计算能力；同时，由于连接计划结果数据量大，在一颗星上采用简单算法计算然后将结果发送到其他星会占用大量的通信资源，影响卫星系统的正常工作；再有，在地面集中式方法所采用的算法中，复杂度小的算法也具有随机性和不确定性，也就是即使算法有相同的输入，由不同的卫星计算时，也会得到不一样的结果计算过程，因此也不能够实现不依赖于地面站进行连接计划设计。发明内容发明目的：针对上述现阶段卫星系统的连接计划设计仍依赖于地面站、且与卫星系统不依赖地面站实现自主导航的目标相违背这一问题，本发明提出了一种用于增强卫星系统自主导航能力的连接计划设计方法，能够不依赖与地面站计算连接计划。技术方案：一种用于增强卫星系统自主导航能力的连接计划设计方法，网络中各卫星节点通过与其他卫星节点进行信息交互，获取统一的全网最新星历，并依据星历计算得到可视矩阵；各节点依据可视矩阵采用公平性连接计划算法计算得到连接计划输出；各节点在时间同步的基础上，分别按照连接计划设计结果在连接计划设计周期起始时刻同时执行链路调度。对于每个链路调度周期，连接计划设计过程均在星上完成而不依赖于地面站。该方法分为以下三个步骤：步骤1：卫星网络中各卫星节点通过与其他卫星节点进行信息交互，获取统一的全网最新星历，并依据星历计算得到可视矩阵，即连接计划设计的输入；所述步骤1中，卫星网络中各卫星节点通过信息交互得到全网星历。由于卫星是时刻运动的，每个卫星节点获取统一的全网星历后，需对星历进行预处理。预处理中，将调度起始时间到调度结束时间这一时间段分为多个小时间段如1分钟，称为连接计划设计周期，每个连接计划周期又分为多个时隙如3秒。以连接计划设计周期为基本单位根据星历以及其他限制条件如卫星上星间链路天线角限制计算出所有卫星之间的可视性在整个连接计划设计周期内保持可视则判断为可视，否则判断为不可视，进而得到连接计划设计方法的输入，即可视矩阵。可视矩阵是指S个N*N的二维矩阵，其中S指将调度起始时间到调度结束时间这一段时间划分的总的连接计划设计周期个数，N是指整个网络中卫星节点的个数。可视矩阵中，矩阵第i行第j列为1则说明该分钟内第i个卫星节点与第j个卫星节点可视；若为0则不可视。该矩阵为对称矩阵，对角线位置规定为0。各个卫星节点得到的可视矩阵输入是相同的。只要保证所有卫星节点获取的星历是统一的，并约定处理周期和处理方法，则每个卫星节点根据星历计算得到的可视矩阵也是一致的。整个卫星系统需提前约定系统拓扑调度的周期如约定为7天和调度起始时间如约定为卫星系统运行起始时刻，则每一拓扑调度周期的起始时刻即为上一周期的结束时间。同时，卫星系统需约定为下一调度周期计算拓扑调度的起始时刻如下一周期开始前两小时。步骤2：卫星网络中各节点对确定的连接计划设计周期，对输入采用确定性的连接计划设计算法，在星上计算得到相同的连接计划设计输出；所述步骤2中所采用的算法是确定性算法，即根据相同的输入能够得到相同的输出，以保证所有的卫星节点能够计算出相同的全网调度结果；所采用的算法应使得全网卫星节点之间建链具有公平性，卫星需不断地在所有可视卫星中切换建链，以满足卫星系统自主导航的测距与通信需求；相较于地面集中式方法所采用的启发式算法，本发明涉及的实现方法所采用的算法复杂度低，以保证能够在星上完成计算。本发明中各卫星节点所采用的连接计划设计算法是公平连接计划设计算法。该算法以最大权非完美匹配算法为核心，通过权重调整使得全网卫星节点之间建链具有公平性，即卫星节点能够公平地与所有可视节点建链。由于最大权匹配算法的结果是确定的，因此在实施中，只要保证权重初始值以及调整权重的方式一致，那么所有卫星节点根据相同输入就能得到完全一致的相同输出。对于每个连接计划设计周期，每个卫星节点计算时需执行以下步骤：步骤2.1：将该连接计划设计周期内的可视矩阵转换为图模型，图中，顶点是各个卫星节点，边是可视的卫星节点对；步骤2.2：所有边权重初始化为无穷大；步骤2.3：对当前时隙的完全图进行最大权非完美匹配；步骤2.4：权重调整当前时隙匹配的边，权重重置为0；当前时隙没有匹配的边，权重加1；步骤2.5：判断所有时隙是否完成链路分配，是则结束；否则时隙数加1，并返回步骤2.3。所述步骤2.3中使用的最大权非完美匹配是采用了先将最大权非完美匹配转化为最大权完美匹配的方法，再利用BlossomV算法计算最大权完美匹配得到的结果。连接计划设计输出是指S个M*N的二维矩阵，其中S指将调度起始时间到调度结束时间这一段时间划分的总的连接计划设计周期个数，N是指整个网络中卫星节点的个数，M是指一个连接计划周期被划分的时隙数。调度矩阵内，矩阵第i行第j列为a则说明在该连接计划设计周期内的第i个时隙，第j个卫星节点需与第a个卫星节点建链；为0则说明该卫星j在时隙i不与其他任何卫星建链。步骤3：卫星网络中各卫星节点在时间同步的基础上，分别按照连接计划设计结果在连接计划设计周期起始时刻同时执行链路调度。所述步骤3中的执行各自的链路分配结果是指整个网络中卫星节点在保证调度起始时间相同且时间同步的基础上，每个时隙需要将卫星上的星间链路天线按照链路分配的结果对准该时隙的建链卫星。每个卫星节点与建链卫星建立星间链路后，通过判断是否收到回执数据包确认建链卫星是否失效。当出现卫星失效问题时，卫星失效消息会由最先知道该失效消息的卫星通过其他星间链路广播至其他未失效卫星，并约定下一调度周期开始时间和调度周期，当有效卫星节点接收到广播的失效信息后立即计算新的连接计划，所有卫星节点只需在下一调度周期开始时间之前完成连接计划的计算过程，该连接计划设计方法能够在星上快速的重新计算连接计划设计结果并执行。整个卫星网络中每个节点为同一调度周期计算的连接计划完全一致，每个卫星节点计算的结果包括网络中全部有效节点在调度周期内的连接计划。为保证所有卫星每次计算时是为同一周期计算连接计划设计结果，卫星系统需提前约定系统拓扑调度的周期和调度起始时间。相较于传统的依赖于地面站的集中式方法，该方法可以有效应对地面站失效的问题，传统的集中式设计方法需要依赖于地面站的计算能力以及需要地面站定期地向每个卫星节点上注连接计划，若地面站突发失效，则整个卫星系统将会无法运行。而连接计划设计方法完全不依赖于地面站，所有步骤在卫星上由卫星自主完成，省去了地面站计算以及地面站将连接计划设计结果上注到各个卫星上的过程，即使地面站突发失效，卫星系统也能继续在轨自主运行。当卫星失效时，该连接计划设计方法可以在星上短时间内快速地重新计算连接计划并执行新的连接计划结果，当出现卫星失效问题时，卫星失效消息会由最先知道该失效消息的卫星通过星间链路发送至其他未失效卫星并约定下一调度周期开始时间，当有效卫星节点接收到广播的失效信息后立即计算新的连接计划，所有卫星节点只需在下一调度周期开始时间之前完成连接计划的计算过程。全网更新节点信息以及连接计划的计算过程所需时间短，与传统的由地面站获知卫星失效并计算之后上注到各个卫星的集中式方法相比，连接计划设计方法能够在星上快速的重新计算连接计划设计结果并执行。所采用的算法在计算中能够得到以下两点效果：效果1：卫星间的边权重在不断变化，每个连接计划设计周期内的多个时隙里的匹配结果会尽可能不一样，也即一颗卫星在多个时隙内会尽可能与可视卫星公平建链，满足了导航卫星系统的数据传输需求；效果2：卫星间的边权重值是距上一次该边被选择建链的时间间隔，因此最大权非完美匹配算法会尽可能选择距上一次该边被选择建链的时间间隔长的边，也即最大权非完美匹配算法尽可能选择不一样的可视卫星，满足了导航卫星系统的测距需求，提高了导航卫星系统的自主导航能力。该实现方法与现阶段集中式方法相比，与自主导航性能相关的测距性能得到优化，通信性能稍差，但不影响卫星系统的正常工作。本发明是一种适用于自主导航卫星系统的连接计划设计方法。采用本连接计划设计方法的卫星系统需具有以下特点：1卫星系统中各卫星节点具有自主获取星历的能力。星历是连接计划设计的输入，需确保整个网络中所有卫星节点获取的星历准确无误。2卫星系统中各卫星节点具有时间同步的能力。整个网络中，各个卫星根据计算出的连接计划结果，需要在同一时刻开始链路调度过程。3卫星系统中各卫星采用指向性天线分时隙进行通信，并且有一颗卫星在同一时刻只能与其他一颗卫星建链的约束条件。本发明基于卫星网络中星间链路的发展，提供了一种用于增强卫星系统自主导航能力的连接计划设计方法。连接计划设计是指由卫星间可视关系基于一定的系统约束条件优化设计得到星间链路调度的结果。在传统的设计方法中，对于每个链路调度周期，由地面站完成连接计划设计并将结果上注到各个卫星；而在本发明涉及的设计方法中，连接计划设计过程均在星上完成而不依赖于地面站。本发明涉及的设计方法内容包括：卫星网络中各卫星节点通过与其他卫星节点进行信息交互，获取统一的全网最新星历，并依据星历计算得到可视矩阵，即连接计划设计的输入；卫星网络中各节点对确定的连接计划设计周期，对输入采用确定性的连接计划设计算法，在星上计算得到相同的连接计划设计输出；卫星网络中各卫星节点在时间同步的基础上，分别按照连接计划设计结果在连接计划设计周期起始时刻同时执行链路调度。有益效果：相较于传统的连接计划设计方法，本发明的连接计划设计过程均在卫星上完成，完全不依赖于地面站，能够有效地减少地面测控站的布设数量，减少地面站至卫星的信息注入次数，降低系统长期维持的费用，并且可以有效应对地面站失效或卫星失效等问题，能够增强系统的生存能力，提高卫星系统的自主导航能力。本发明提出了一种用于增强卫星系统自主导航能力的连接计划设计方法。该实现方法采用复杂度较低的算法并且是确定性算法，能够有效预测计算所需时间，不会占用太多星上计算资源；该方法由导航卫星网络中卫星节点自主计算得到时间同步的链路分配结果，不需要由地面站上注调度结果，能够有效地减少地面测控站的布设数量，减少地面站至卫星的信息注入次数，降低系统长期维持费用，提高卫星系统的自主导航能力。当卫星数较少时，本发明方法采用复杂度小的算法也可得到很好的链路分配优化效果，可以完全替代集中式方法。当卫星数较多时，虽然相较于集中式方法，本发明方法得到的链路分配结果不够优化，但可以作为集中式方法的有益补充，用以应对如卫星失效或地面站失效等突发情况。附图说明图1是本发明实施例所采用的导航卫星系统场景图图2是连接计划设计方法的拓扑处理方式示意图图3是公平性连接计划设计算法每分钟计算的输入示意图图4是公平性连接计划设计算法的流程框图图5是最大权非完美匹配算法输入预处理的示意图图6是公平性连接计划设计算法每分钟计算的输出示意图图7是本实施例统计结果图具体实施方式为了使本发明的目的、技术方法及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方法为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本实施例采用了如图1所示的导航卫星系统场景图，其中包括24颗MEOWalker2431星座，3颗GEO与3颗IGSO起区域增强作用。该实施例满足本发明所述的实现方法所需要的三个前提，同时，在本实施例中，一个卫星节点同时刻只能与另外一个卫星节点建链并通信。本发明提出了一种连接计划设计的实现方法，该方法分为以下三个步骤：步骤1：卫星网络中各卫星节点通过与其他卫星节点进行信息交互，获取统一的全网最新星历，并依据星历计算得到可视矩阵，即连接计划设计的输入。所述步骤1中，网络中各卫星节点获取所有卫星的星历后，由于卫星是时刻运动的，需对星历进行预处理。如图2，预处理中，将调度起始时间到调度结束时间这一时间段本实施例中轨道周期为7天，也即一个调度周期分为多个小时间段1分钟，每分钟称为一个连接计划周期。每分钟再划分为20个时隙，每个时隙3秒。以分钟为基本单位根据星历以及其他限制条件卫星上星间链路天线角限制计算出所有卫星之间的可视矩阵。预处理完成之后，得到的公平性连接计划设计方法的输入，称为可视矩阵，可视矩阵是指10080个30*30的多维矩阵，其中10080指将调度起始时间到调度结束时间这一段时间划分的总分钟数的个数，30是指整个网络中卫星节点的个数。每分钟的可视矩阵如图3，可视矩阵中，矩阵第i行第j列为1则说明该分钟内第i个卫星节点与第j个卫星节点可视；为0则不可视。该矩阵为对称矩阵，对角线位置规定为0。步骤2：卫星网络中各节点对确定的连接计划设计周期，由相同的输入分别运用相同的连接计划设计算法，在星上计算得到相同的连接计划设计输出。所述步骤2中，以分钟为单位进行连接计划计算，如图4，对于每个连接计划设计周期，每个卫星节点计算时需执行以下步骤：步骤2.1：将该连接计划设计周期内的可视矩阵转换为图模型，图中，顶点是各个卫星节点，边是可视的卫星节点对；步骤2.2：所有边权重初始化为无穷大；步骤2.3：对当前时隙的完全图进行最大权非完美匹配；步骤2.4：权重调整当前时隙匹配的边，权重重置为0；当前时隙没有匹配的边，权重加1；步骤2.5：判断所有时隙是否完成链路分配，是则结束；否则时隙数加1，并返回步骤2.3。其中的关键步骤是步骤2.3。如图5，初始输入图是指由可视关系转换而来的图，辅助图与初始输入图完全一致。步骤2.3中，先将初始输入图与辅助图合并，再加上边权为0的辅助边得到集合图，在该集合图上采用BlossomV算法求最大权完美匹配，在得到的选择的边集合中去掉辅助边，即可得到最大权非完美匹配的结果。在步骤2中，本实施例会得到10080个20*30的调度矩阵，也即公平性连接计划设计的输出。其中10080指将调度起始时间到调度结束时间这一段时间划分的总分钟数的个数，20是指每分钟有20个时隙，30是指整个网络中卫星节点的个数。每分钟的调度矩阵如图6，调度矩阵内，矩阵第i行第j列为a则说明在该分钟内的第i个时隙，第j个卫星节点需与第a个卫星节点建链；为0则说明该卫星j在时隙i不与其他任何卫星建链。步骤3：卫星网络中各卫星节点在时间同步的基础上，分别按照连接计划设计结果在连接计划设计周期起始时刻同时执行链路调度。在步骤3中，整个网络中各卫星节点在时间同步的基础上，每个时隙需要将卫星上的星间链路天线按照链路分配的结果对准该时隙的建链卫星。每个卫星节点与建链卫星建立星间链路后，通过判断是否收到回执数据包确认建链卫星是否失效。当出现卫星失效问题时，卫星失效消息会由最先知道该失效消息的卫星通过其他星间链路广播至其他未失效卫星，并约定下一调度周期开始时间如卫星开始广播该失效消息的3小时后，其中0.5小时为广播该失效消息所需要的时间，2.5小时为计算连接计划所需要的时间和调度周期如7天。本实施例中，当有效卫星节点接收到广播的失效信息后立即计算新的连接计划，所有卫星节点只需在下一调度周期开始时间之前完成连接计划的计算过程，因此该连接计划设计方法能够在星上快速的重新计算连接计划设计结果并执行。在本实施例中，统计了本发明涉及的实现方法与一种地面集中式的实现方法在两个重要指标上的比较结果，该集中式方法基于模拟退火算法实现。两个统计指标分别为卫星分布的空间几何强度因子PositionDilutionofPrecision，PDOP和全网端到端的平均时延All-to-alldelay。空间几何强度因子反映的是整个卫星网络的测距性能，值越小，测距性能越好；而全网端到端的平均时延反映的是整个卫星网络的通信性能，值越小，通信性能越好。统计结果如图7。由统计结果可以看出，本发明实现方法所得到的链路分配结果具有更好的PDOP值，在全网端到端的平均时延上稍差于该集中式算法，但不会影响卫星系统的正常工作。同时，在本实施例中，统计了本发明实现方法与该集中式实现方法的计算所需时间，结果显示，对同时长的调度周期，本发明实现方法计算所需时间仅为该集中式方法的130。由上述内容可以看出，与该集中式方法相比，本发明涉及的实现方法在测距性能得到了优化，通信性能稍差，但可以满足导航卫星系统的正常工作需求。本实现方法不依赖与地面站，同时由于计算时间短，可以在星上短时间内快速地重新计算连接计划并执行新的连接计划结果。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种用于增强卫星系统自主导航能力的连接计划设计方法，其特征在于，依据星历计算得到可视矩阵；各卫星节点依据可视矩阵采用公平性连接计划算法计算得到连接计划输出；各节点在时间同步的基础上，分别按照连接计划设计结果在连接计划设计周期起始时刻同时执行链路调度。对于每个链路调度周期，连接计划设计过程均在星上完成而不依赖于地面站；分为以下三个步骤：步骤1：卫星网络中各卫星节点通过与其他卫星节点进行信息交互，获取统一的全网最新星历，并依据星历计算得到可视矩阵，即连接计划设计的输入；步骤2：卫星网络中各节点对确定的连接计划设计周期，对输入采用确定性的连接计划设计算法，在星上计算得到相同的连接计划设计输出；步骤3：卫星网络中各卫星节点在时间同步的基础上，分别按照连接计划设计结果在连接计划设计周期起始时刻同时执行链路调度；当卫星失效时，该连接计划设计方法可以在星上短时间内快速地重新计算连接计划并执行新的连接计划结果。2.根据权利要求书1所述的一种用于增强卫星系统自主导航能力的连接计划设计方法，其特征在于：所述步骤1中，卫星网络中各卫星节点通过信息交互得到全网星历；由于卫星是时刻运动的，每个卫星节点获取统一的全网星历后，需对星历进行预处理；预处理中，将调度起始时间到调度结束时间这一时间段分为多个小时间段如1分钟，称为连接计划设计周期，每个连接计划周期又分为多个时隙如3秒；以连接计划设计周期为基本单位根据星历以及其他限制条件，包括卫星上星间链路天线角限制，计算出所有卫星之间的可视性，可视性在整个连接计划设计周期内保持可视则判断为可视，否则判断为不可视，进而得到连接计划设计方法的输入，即可视矩阵；各个卫星节点得到的可视矩阵输入是相同的；只要保证所有卫星节点获取的星历是统一的，并约定处理周期和处理方法，则每个卫星节点根据星历计算得到的可视矩阵也是一致的；所述步骤2中，各卫星节点所采用的连接计划设计算法是公平连接计划设计算法；该算法以最大权非完美匹配算法为核心，通过权重调整使得全网卫星节点之间建链具有公平性，即卫星节点能够公平地与所有可视节点建链；所采用的算法是确定性算法，即根据相同的输入能够得到相同的输出，以保证所有的卫星节点能够计算出相同的全网调度结果；所采用的算法应使得全网卫星节点之间建链具有公平性，卫星需不断地在所有可视卫星中切换建链，以满足卫星系统自主导航的测距与通信需求；对于每个连接计划设计周期，每个卫星节点计算时需执行以下步骤：步骤2.1：将该连接计划设计周期内的可视矩阵转换为图模型，图中，顶点是各个卫星节点，边是可视的卫星节点对；步骤2.2：所有边权重初始化为无穷大；步骤2.3：对当前时隙的完全图进行最大权非完美匹配；步骤2.4：权重调整，当前时隙匹配的边，权重重置为0；当前时隙没有匹配的边，权重加1；步骤2.5：判断所有时隙是否完成链路分配，是则结束；否则时隙数加1，并返回步骤2.3；所述步骤2.3中使用的最大权非完美匹配是采用了先将最大权非完美匹配转化为最大权完美匹配的方法，再利用BlossomV算法计算最大权完美匹配得到的结果；由于最大权匹配算法的结果是确定的，只要保证权重初始值以及调整权重的方式一致，那么所有卫星节点根据相同输入就能得到完全一致的相同输出；所述步骤3中，执行各自的链路分配结果是指整个网络中卫星节点在保证调度起始时间相同且时间同步的基础上，每个时隙需要将卫星上的星间链路天线按照链路分配的结果对准该时隙的建链卫星。3.根据权利要求书1所述的采用确定性的连接计划设计算法，其特征在于：所采用的连接计划设计算法是确定性算法，即根据相同的输入能够得到相同的输出，以保证所有的卫星节点能够计算出相同的全网调度结果；所采用的算法应使得全网卫星节点之间建链具有公平性，卫星需不断地在所有可视卫星中切换建链，以满足卫星系统自主导航的测距与通信需求；相较于地面集中式方法所采用的启发式算法，本发明涉及的实现方法所采用的算法复杂度低，以保证能够在星上完成计算。4.根据权利要求书1所述的计算得到相同的连接计划设计输出，其特征在于：整个卫星网络中每个节点为同一调度周期计算的连接计划完全一致，每个卫星节点计算的结果包括网络中全部有效节点在调度周期内的连接计划。为保证所有卫星每次计算时是为同一周期计算连接计划设计结果，卫星系统需提前约定系统拓扑调度的周期和调度起始时间。5.根据权利要求书1所述的一种增强卫星系统自主导航能力的连接计划设计方法，其特征在于：当卫星失效时，该连接计划设计方法可以不依赖于地面站在星上短时间内快速地重新计算连接计划并执行新的连接计划结果。每个卫星节点与建链卫星建立星间链路后，通过判断是否收到回执数据包确认建链卫星是否失效。当出现卫星失效问题时，卫星失效消息会由最先知道该失效消息的卫星通过星间链路发送至其他未失效卫星并约定下一调度周期开始时间，当有效卫星节点接收到广播的失效信息后立即计算新的连接计划，所有卫星节点只需在下一调度周期开始时间之前完成连接计划的计算过程，并全网更新节点信息。

百度查询： 南京大学 一种用于增强卫星系统自主导航能力的连接计划设计方法

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