本发明涉及无线通信的，特别是涉及一种基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法及系统。
背景技术：
1、国际电信联盟(international telecommunication union，itu)完成了《imt面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》。该建议书作为6g的纲领性文件，提出了沉浸式通信、超大规模连接、超高可靠低时延通信、泛在连接、通信ai一体化和通信感知一体化六大6g典型场景，以及可持续性、泛在智能、安全/隐私/弹性、连接未连接的用户四大设计原则。特别地，该建议书中提出的6g典型场景和设计原则均强调了实现泛在连接和广域覆盖的美好愿景。传统的地面网络因其固有的限制难以实现全球三维立体覆盖，考虑到卫星网络的广域覆盖优势，实现星地融合的统一组网成为未来网络提供无缝连接的必然选择。
2、随着移动终端的泛在化接入，现有的地面网络因其固有的限制已无法提供全球的无缝覆盖。卫星网络因其在广域覆盖方面的优势，被视为使能6g移动通信之泛在连接的关键使能技术。然而，卫星网络面临多方面的性能挑战。一方面，由于极远的星地通信距离，卫星通信面临严重的路径损耗，特别是频谱资源丰富的高频段和高轨道卫星，星地信号经历严重的衰减。另一方面，超大规模低轨卫星星座的部署在实现全球的立体覆盖的同时，也引入了严重的干扰问题和卫星频繁切换的问题，限制了终端接入的性能。
3、由于卫星与地面节点之间极远的通信距离以及雨衰云衰等因素的影响，星地之间的信号传输面临严重的路径损耗。这导致地面终端接收到的信号遭受严重的衰减且难以实现小型化轻量化的收发机设计。智能超表面(reconfigurable intelligent surface，ris)因其低功耗、低成本、易部署、高增益等显著性能优势，被视为下一代移动通信的关键使能技术之一。通过实时地调控智能超表面的反射/透射系数可以实现对无线传播环境的智能重构。将智能超表面引入星地通信以建立辅助通信链路，补偿信号强度的衰减，可以提高星地通信的可靠性、能量效率和频谱效率。
4、其中，ris作为6g新物理维度的物理层潜在关键技术，可通过阵元参数的调控实现对无线传播环境的智能重构，提供辅助通信链路以增强原有的通信系统的性能。ris因其低成本、易部署、高增益及低功耗等特性优势引起了学术界和产业界的广泛关注和研究，包括ris辅助的盲区覆盖、ris辅助的干扰抑制、ris辅助的隐蔽通信以及ris辅助的无人机通信等多种通信场景。
5、根据轨道高度，卫星可以分为典型高度为500～2000km的低地球轨道(low earthorbit，leo)卫星、典型高度为8000～20000km的中地球轨道(medium earth orbit，meo)卫星和高度约35786km的地球同步轨道(geosynchronous orbit，geo)卫星等。其中，低轨卫星具有发射成本低、距离地面近、传输时延短、路径损耗小、数据传输率高等优点，同时地面终端信号能以更小的信号功率被低轨卫星接收，有利于地面终端的小型化。但由于相对于地面的高速运动，低轨卫星系统面临严重的多普勒频移和复杂星间切换等问题。中轨卫星和地球同步轨道卫星覆盖范围较大，特别是地球同步轨道卫星系统可与地面接收节点保持相对静止，提供特定区域的稳定波束覆盖，但同时面临严重的路径损耗和较高的传输时延。
6、考虑不同轨道卫星的覆盖特点，引入智能超表面以辅助多轨道卫星组网，将智能超表面部署于低轨、中轨卫星上面增强临近同轨卫星或远距异轨卫星的通信链路。根据用户所处的卫星覆盖区域，选择不同的卫星星座和服务方式以确保卫星通信业务的连续性和可靠性。然而，现有研究工作大多考虑了智能超表面辅助单层轨道卫星或单颗卫星的系统，未考虑智能超表面辅助多轨多卫星的系统模型。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法及系统，通过优化有源和无源中继和卫星星座构型，实现星地传输性能的有效提升。
2、第一方面，本发明提供一种基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法，包括以下步骤：构建多轨道多卫星系统，所述多轨道多卫星系统包括多个不同的轨道高度，每个轨道高度设置有一个或多个卫星；在相对低轨道卫星的有效载荷上部署智能超表面，基于所述智能超表面辅助所述多轨道卫星系统进行星地通信。
3、在第一方面的一种实现方式中，所述不同的轨道高度包括地球同步轨道、中地球轨道和低地球轨道。
4、在第一方面的一种实现方式中，所述智能超表面工作在反射模式、透射模式、同时透射反射模式或全吸收模式。
5、在第一方面的一种实现方式中，部署所述智能超表面的卫星采用以下任一工作模式：
6、作为有源中继节点进行信号转发；
7、作为无源中继节点通过所述智能超表面进行信号的反射或透射；
8、同时作为有源中继节点和无源中继节点；
9、通过所述智能超表面传输中继信号，并同时作为发射端传输独立数据。
10、在第一方面的一种实现方式中，基于所述智能超表面辅助所述多轨道卫星系统进行星地通信包括：
11、位于相对高轨道卫星的覆盖范围内的多个相对低轨道卫星，在与地面终端建立连接后进行协作多点传输；
12、部署智能超表面的卫星和未部署智能超表面的卫星通过工作模式切换实现上下行链路通信。
13、在第一方面的一种实现方式中，所述协作多点传输包括联合传输、协作波束赋形。
14、在第一方面的一种实现方式中，所述智能超表面的角度参数、反射系数和投射系统可调。
15、在第一方面的一种实现方式中，位于相对高轨道卫星的覆盖范围内的多个相对低轨道卫星能够同时与所述相对高轨道卫星建立连接。
16、第二方面，本发明提供一种基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信系统，包括：
17、多轨道多卫星系统，所述多轨道多卫星系统包括多个不同的轨道高度，每个轨道高度设置有一个或多个卫星；
18、智能超表面，部署在相对低轨道卫星的有效载荷上，用于辅助所述多轨道卫星系统进行星地通信。
19、如上所述，本发明的基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法及系统，具有以下有益效果：
20、(1)通过将智能超表面引入多轨道多卫星通信网络红来补偿高轨道卫星严重的路径损耗，同时部署智能超表面的中低轨道卫星可与未部署智能超表面的卫星通过协作多点技术进行联合传输和接收，有效实现多连接下的覆盖增强和干扰抑制；
21、(2)智能超表面以低成本高增益的优势可以选择性地部署于不同轨道的卫星上，同时提供卫星的有源中继链路和智能超表面的无源中继链路；
22、(3)智能超表面的低功耗特性和轻量化设计有利于将其部署于多类型轨道的卫星载荷上，实现卫星载荷受限情况下多轨道多星协作多点传输/接收的性能提升；
23、(4)适用于缓解星地通信链路的严重路径损耗。
1.一种基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法，其特征在于：所述不同的轨道高度包括地球同步轨道、中地球轨道和低地球轨道。
3.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法，其特征在于：所述智能超表面工作在反射模式、透射模式、同时透射反射模式或全吸收模式。
4.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法，其特征在于：部署所述智能超表面的卫星采用以下任一工作模式：
5.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法，其特征在于：基于所述智能超表面辅助所述多轨道卫星系统进行星地通信包括：
6.根据权利要求5所述的基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法，其特征在于：所述协作多点传输包括联合传输、协作波束赋形。
7.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法，其特征在于：所述智能超表面的角度参数、反射系数和投射系统可调。
8.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信方法，其特征在于：位于相对高轨道卫星的覆盖范围内的多个相对低轨道卫星能够同时与所述相对高轨道卫星建立连接。
9.一种基于智能超表面辅助的多轨道多卫星通信系统，其特征在于：包括：
