通信卫星节能控制方法、计算机装置和存储介质与流程

1.本发明涉及通信卫星技术领域，尤其是一种通信卫星节能控制方法、计算机装置和存储介质。


背景技术：

2.能耗问题是一个影响卫星通信效率和可靠性的重要问题。虽然通信卫星上设有太阳能电池，但是太阳能电池不一定能长时间持续满功率地发电，例如，低地球轨道(low earth orbit，leo)通信卫星几乎会在每个自转周期内都运行到地球的阴影面，此时通信卫星只能靠化学电池供电，如果化学电池储能不足，将会影响通信卫星的正常工作，因此通信卫星必须有合理的节能控制技术。目前，通信卫星可以通过进入休眠来进行节能，但是目前的相关技术没有准确地设定通信卫星进入休眠的时间，容易导致在需要通信卫星提供服务时通信卫星进入休眠状态无法提供服务，在需要通信卫星提供服务时通信卫星正常工作造成能源浪费等问题，不但没有实现节能效果，还影响通信卫星的正常工作。


技术实现要素：

3.针对目前的相关技术没有准确地设定通信卫星进入休眠的时间等至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种通信卫星节能控制方法、计算机装置和存储介质。
4.一方面，本发明实施例包括一种通信卫星节能控制方法，包括：
5.获取通信卫星拍摄得到的地面图像；
6.根据所述地面图像确定所述通信卫星所经过地区的特征信息；
7.根据所述特征信息控制所述通信卫星的节能工作模式。
8.进一步地，所述获取通信卫星拍摄得到的地面图像，包括：
9.获取所述通信卫星的通信信号发射主瓣宽度；
10.生成拍摄参数；所述拍摄参数能够设定拍摄视角大小，所述拍摄视角大小与所述通信信号发射主瓣宽度相关；
11.将所述拍摄参数发送至所述通信卫星；
12.控制所述通信卫星根据所述拍摄参数拍摄所述地面图像。
13.进一步地，所述根据所述地面图像确定所述通信卫星所经过地区的特征信息，包括：
14.对所述地面图像进行图像识别；
15.根据所述图像识别的结果，确定所述通信卫星所经过地区的地区位置信息；
16.根据所述地区位置信息，查询所述通信卫星所经过地区的通信业务运行信息。
17.进一步地，所述对所述地面图像进行图像识别，包括：
18.将所述地面图像输入至第一神经网络中；
19.由所述第一神经网络对所述地面图像进行特征识别处理。
20.进一步地，所述根据所述特征信息控制所述通信卫星的节能工作模式，包括：
21.根据所述通信业务运行信息，确定所述通信卫星所经过地区的业务需求量；
22.当所述业务需求量小于预设的阈值，控制所述通信卫星在第一时间段内进入所述节能工作模式。
23.进一步地，所述控制所述通信卫星在第一时间段内进入所述节能工作模式，包括：
24.控制所述通信卫星在所述第一时间段内，减弱通信信号发射强度和/或减小通信信号发射范围；
25.控制所述通信卫星在所述第一时间段内，关闭部分内设设备；
26.控制所述通信卫星在所述第一时间段结束后，恢复通信信号发射强度和/或通信信号发射范围，重启被关闭的内设设备。
27.进一步地，所述控制所述通信卫星在第一时间段内进入所述节能工作模式，还包括：
28.根据所述地面图像的面积，设定所述第一时间段的长度；所述第一时间段的长度与所述地面图像的面积正相关。
29.进一步地，所述通信卫星节能控制方法还包括：
30.获取所述通信卫星的工作状态参数；
31.将所述地面图像和所述工作状态参数输入至第二神经网络中；
32.由所述第二神经网络对所述地面图像和所述工作状态参数进行特征识别处理；
33.根据所述所述第二神经网络的识别结果，控制所述通信卫星的节能工作模式。
34.另一方面，本发明实施例还包括一种计算机装置，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行实施例中的通信卫星节能控制方法。
35.另一方面，本发明实施例还包括一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行实施例中的通信卫星节能控制方法。
36.本发明的有益效果是：实施例中的通信卫星节能控制方法，通过拍摄地面图像并进行图像识别，能够确定通信卫星所经过的地区，根据通信卫星所经过的地区从而确定是否控制通信卫星进入节能工作模式，能够准确把握通信卫星进入节能工作模式的时间点，使得通信卫星进入节能工作模式的时段与通信卫星所经过的地区的时段匹配，从而与通信卫星所经过的地区的业务需求等特征匹配，能够准确地设定通信卫星进入节能工作模式的时间，降低通信卫星进入节能工作模式对正常通信过程的影响，维持较高的通信质量。
附图说明
37.图1为实施例中应用通信卫星节能控制方法的系统结构示意图；
38.图2为实施例中通信卫星节能控制方法的流程图。
具体实施方式
39.本实施例中的通信卫星节能控制方法可以应用在图1所示的系统中。图1所示的系统包括通信卫星、卫星信号接收塔和中控中心，其中通信卫星在太空运行，卫星信号接收塔和中控中心设置在地面，通信卫星通过卫星信号接收塔与中控中心连接，通信卫星可以向中控中心发送数据，也可以接收中控中心发送的数据，中控中心可以向通信卫星发送控制
指令以控制通信卫星的工作。
40.本实施例中，可以由图1中的中控中心执行通信卫星节能控制方法，也可以由通信卫星内设置的控制部件来执行通信卫星节能控制方法，以由中控中心执行通信卫星节能控制方法为例来进行说明。本实施例中，参照图2，通信卫星节能控制方法包括以下步骤：
41.s1.获取通信卫星拍摄得到的地面图像；
42.s2.根据地面图像确定通信卫星所经过地区的特征信息；
43.s3.根据特征信息控制通信卫星的节能工作模式。
44.本实施例中，步骤s1-s3均可以在以秒计算的较短时间内执行完成，也就是通信卫星节能控制方法的整个执行过程时间较短，因此是通信卫星节能控制方法的整个执行过程可以看做是实时进行的。
45.本实施例中，通信卫星安装一个面向地面方向的摄像仪器，能够在通信卫星运行经过的地面上空拍摄到地面图像。其中，地面可以是指陆地或者海洋等地面。摄像仪器的朝向与通信卫星上与地面进行通信的天线的朝向相同。
46.中控中心在执行步骤s1，也就是获取通信卫星拍摄得到的地面图像这一步骤时，可以执行以下步骤：
47.s101.获取通信卫星的通信信号发射主瓣宽度；
48.s102.生成拍摄参数；拍摄参数能够设定拍摄视角大小，拍摄视角大小与通信信号发射主瓣宽度相关；
49.s103.将拍摄参数发送至通信卫星；
50.s104.控制通信卫星根据拍摄参数拍摄地面图像。
51.步骤s101中，中控中心通过向通信卫星发出查询指令，或者查询本地的数据库，可以查询得到通信卫星的通信信号发射主瓣宽度。在通信卫星相对地面的高度不变、通信卫星的天线方向不变的情况下，可以认为通信卫星在地面的信号覆盖范围是由通信卫星的通信信号发射主瓣宽度决定的，通过步骤s101可查询确定通信卫星在地面的信号覆盖范围。
52.步骤s102中，中控中心生成拍摄参数，其中拍摄参数可以控制通信卫星的拍摄仪器在拍摄地面图像的时候所使用的分辨率、光圈、快门、曝光度以及焦距等参数。中控中心可以通过调整其中的焦距大小，控制通信卫星拍摄出来的地面图像的视角大小，例如在其他条件保持不变的情况下，所使用的焦距越大则视角越小。中控中心还可以截取通信卫星的拍摄仪器原生输出的地面图像的中心部分，通过控制中心部分占原地面图像的面积比例来控制通信卫星拍摄出来的地面图像的视角大小，例如在其他条件保持不变的情况下，所截取出的地面图像的中心部分占原地面图像的面积比例越大则视角越小。
53.参照图1，步骤s103中，中控中心通过卫星信号接收塔将拍摄参数发送至通信卫星，步骤s104中，中控中心指令通信卫星根据拍摄参数拍摄地面图像。通信卫星使用拍摄参数所设定的焦距拍摄得到地面图像，或者使用拍摄参数所设定的截取比例从原生拍摄得到的地面图像中心截取出一部分，通信卫星最终向中控中心返回的地面图像(或其部分)具有与通信信号发射主瓣宽度相关的拍摄视角大小。
54.通过执行步骤s101-s104，中控中心能够通过几何光学原理，根据通信卫星拍摄得到的地面图像的拍摄视角大小与通信信号发射主瓣宽度的大小之间的关系，确定通信卫星在地面上的信号覆盖区域与地面图像中所包含的地面区域之间的大小和位置关系，从而能
够根据地面图像中所包含的地面区域，计算通信卫星在地面上的信号覆盖区域，中控中心在其电子地图中将通信卫星在地面上的信号覆盖区域确定出来执行后续步骤。
55.可选地，在执行步骤s101-s104时，步骤s102中拍摄参数设定的拍摄视角大小与通信信号发射主瓣宽度相关，这样通信卫星在地面上的信号覆盖区域与地面图像中所包含的地面区域有较大部分是重合的，在忽略信号旁瓣等因素的情况下，可以认为地面图像中所包含的地面区域便是通信卫星在地面上的信号覆盖区域，从而为执行步骤s2-s3提供原理上的理论依据。
56.由于地面图像中所包含的地面区域与通信卫星在地面上的信号覆盖区域相关，甚至地面图像中所包含的地面区域与通信卫星在地面上的信号覆盖区域相同，因此可以只需使用地面图像来确定通信卫星在地面上的信号覆盖区域，无需另外分析通信卫星在地面上的信号覆盖区域，由于通过通信卫星拍摄并传回地面图像的过程产生的成本，比分析通信卫星在地面上的信号覆盖区域的过程产生的成本低，因此执行步骤s101-s104对通信卫星以及中控中心等设备的资源要求低，从而有利于避免占用通信卫星以及中控中心过多资源，降低节能控制过程对通信业务的影响。
57.中控中心在执行步骤s2，也就是根据地面图像确定通信卫星所经过地区的特征信息这一步骤时，具体可以执行以下步骤：
58.s201.对地面图像进行图像识别；
59.s202.根据图像识别的结果，确定通信卫星所经过地区的地区位置信息；
60.s203.根据地区位置信息，查询通信卫星所经过地区的通信业务运行信息。
61.在执行步骤s201时，中控中心可以运行第一神经网络，将地面图像输入至第一神经网络中，由第一神经网络对地面图像进行特征识别处理。其中第一神经网络可以是经过训练的cnn网络等人工智能模型。第一神经网络对地面图像进行特征识别处理，提取出地面图像中包含的特征信息，步骤s202中，可以通过地面图像中包含的特征信息，确定被包含在地面图像中的那个地区的位置信息，也就是通信卫星所经过地区的地区位置信息。具体地，通信卫星所经过地区的地区位置信息可以通过地面图像中心点对应的经纬度坐标等数据表示。
62.步骤s203中，中控中心可以根据通信卫星所经过地区的地区位置信息，确定该地区的通信业务运行信息。例如，如果地区位置信息表示通信卫星所经过地区为海洋、沙漠、热带雨林或者南极大陆等无人区，可以直接确定通信卫星所经过地区没有通信业务运行；如果地区位置信息表示通信卫星所经过地区为其他地区，中控中心可以从通信服务运营商那里查询到该地区的基站分布、各基站的当前业务负荷量、通信用户的业务需求量等通信业务运行信息。
63.在执行步骤s201-s203之前，中控中心可以对第一神经网络进行训练。中控中心可以获取大量的与地面图像同类型的样本图像，并且标记样本图像的位置信息(例如样本图像的中心点的经纬度坐标)，以样本图像作为第一神经网络的输入信息，以样本图像对应的位置信息作为第一神经网络的期望输出信息，对第一神经网络进行训练。执行步骤s201-s203时所使用的第一神经网络是经过训练后的神经网络。
64.中控中心在执行步骤s3，也就是根据特征信息控制通信卫星的节能工作模式这一步骤时，具体可以执行以下步骤：
65.s301.根据通信业务运行信息，确定通信卫星所经过地区的业务需求量；
66.s302.当业务需求量小于预设的阈值，控制通信卫星在第一时间段内进入节能工作模式。
67.步骤s301中，中控中心可以根据从通信服务运营商那里查询到该地区的基站分布、各基站的当前业务负荷量、通信用户的业务需求量等通信业务运行信息，预测通信卫星所经过地区的业务需求量，其中业务需求量可以表示为数据传输量、通话路数等数据。
68.步骤s302中，中控中心可以预先设定一个阈值，将业务需求量与该阈值进行对比，如果业务需求量小于预设的阈值，可以判断通信卫星当前所经过地区的业务需求量过小，通信卫星在此地区上空工作提供通信服务缺乏价值，可以控制在未来的第一时间段内进入节能工作模式。
69.具体地，中控中心在控制通信卫星在第一时间段内进入节能工作模式时，可以控制通信卫星在第一时间段内，减弱通信信号发射强度、减小通信信号发射范围和/或关闭部分内设设备，其中可以通过降低通信卫星上的天线发射功率以减弱通信信号发射强度和/或减小通信信号发射范围，通过关闭通信卫星上的不必要频段等以关闭部分内设设备，从而降低通信卫星的能耗，使得通信卫星进入节能状态，有利于通信卫星减少对太阳能电池和化学电池的用电需求，在太阳能电池能够正常发电的情况下，太阳能电池能够对化学电池充电，在太阳能电池能不能发电的情况下，能够减少化学电池的放电，使得通信卫星有足够的电量以执行可能发生的紧急任务，同时也有利于降低太阳能电池和化学电池的负荷以及化学电池的充放电次数，延长太阳能电池和化学电池的寿命。
70.本实施例中，步骤s302中所设定的第一时间段内可以是根据地面图像的面积设定的，具体地第一时间段的长度与地面图像的面积正相关，即地面图像的面积越大则第一时间段的长度越长，也就是地面图像的面积越大则通信卫星保持在节能工作模式的时间就越长。由于执行步骤s1-s2能够确定，地面图像中所包含的地区，也就是通信卫星正在经过其上空的地区，其通信业务需求低甚至为零，因此通信卫星在经过地面图像中所包含的地区上空时保持节能工作模式的时间越长则越能发挥节能的价值，而通过将第一时间段的长度设定为与地面图像的面积正相关，则可以使得通信卫星在节能工作模式的时间段与通信卫星经过地面图像中所包含的地区上空的时间段趋近相同，从而能够更好地发挥通信卫星节能的价值。
71.本实施例中，中控中心还可以执行以下步骤：
72.s4.获取通信卫星的工作状态参数；
73.s5.将地面图像和工作状态参数输入至第二神经网络中；
74.s6.由第二神经网络对地面图像和工作状态参数进行特征识别处理；
75.s7.根据第二神经网络的识别结果，控制通信卫星的节能工作模式。
76.步骤s4中，中控中心向通信卫星查询，或者通信卫星向中控中心汇报其当前所在轨道编号、通信所使用的电磁频率、化学电池当前剩余电量、太阳能电池当前发电功率、当前业务负荷量等工作状态参数。
77.在执行步骤s5时，中控中心可以运行第二神经网络，将地面图像和步骤s4所获得的工作状态参数输入至第二神经网络中，由第二神经网络对地面图像和工作状态参数进行特征识别处理。在将地面图像和工作状态参数输入至第二神经网络之前，可以对地面图像
和工作状态参数进行拼接处理，使得地面图像和工作状态参数成为一组输入数据供第二神经网络进行处理。其中第二神经网络可以是经过训练的cnn网络等人工智能模型。步骤s6中，第二神经网络对地面图像和工作状态参数拼接所成的数据进行特征识别处理，提取出地面图像和工作状态参数中包含的特征信息。
78.步骤s7中，第二神经网络可以直接通过输出值表示是否控制通信卫星进入节能工作模式，例如通过输出值“0”表示控制通信卫星进入节能工作模式，通过输出值“1”表示不控制通信卫星进入节能工作模式或者控制通信卫星退出节能工作模式。
79.通过执行步骤s4-s7，可以使用第二神经网络对地面图像和工作状态参数进行识别，确定是否控制通信卫星进入节能工作模式，第二神经网络除了识别出地面图像中包含的地理信息特征外，还可以结合通信卫星的工作状态参数来判断是否控制通信卫星进入节能工作模式，其中，通信卫星的工作状态参数对判断是否控制通信卫星进入节能工作模式的影响，可能体现在如果通信卫星的工作状态参数满足一定条件(例如当前所在轨道内缺少其他通信卫星提供通信服务，通信所使用的电磁频率频道为紧急服务频道，因此通信卫星不适宜进入节能模式退出服务，化学电池当前剩余电量较多而无需节能，太阳能电池当前发电功率较高而无需节能，当前业务负荷量较重而无法进入节能模式等)，即使地面图像所对应的地区属于无人区等通信需求较低的地区，也不必控制通信卫星进入节能工作模式等。
80.在执行步骤s4-s7之前，中控中心可以对第二神经网络进行训练。中控中心可以获取大量的与地面图像同类型的样本图像，以及大量的与工作状态参数同类型的样本参数，将一个样本图像和一个样本参数拼接为一组输入样本，并且标记输入样本对应的节能工作模式表示值(例如以“0”表示控制通信卫星进入节能工作模式，以“1”表示不控制通信卫星进入节能工作模式)，以输入样本作为第二神经网络的输入信息，以输入样本对应的节能工作模式表示值作为第二神经网络的期望输出信息，对第二神经网络进行训练。执行步骤s4-s7时所使用的第二神经网络是经过训练后的神经网络。
81.可以通过编写执行本实施例中的通信卫星节能控制方法的计算机程序，将该计算机程序写入至计算机装置或者存储介质中，当计算机程序被读取出来运行时，执行本实施例中的通信卫星节能控制方法，从而实现与实施例中的通信卫星节能控制方法相同的技术效果。
82.需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
83.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第
一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。
84.应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
85.此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
86.进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
87.计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
88.以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。