CN116896408A - 一种利用geo业务波束进行leo中继数据回传的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法，利用LEO接收GEO的全球广播信令波束；依据全球广播信令波束接入GEO网络后，获取GEO信道资源分配信息和波束范围，LEO依据信道资源分配信息和波束范围与GEO建立两条中继数据回传链路；LEO完成中继数据回传后释放回传链路，LEO具有两套独立的业务信号收发设备。本发明利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传，解决了现有LEO数据回传过程中，地面站建设受限，无法满足业务落地需求的问题，同时可以保障多用户使用且降低使用成本，支持的链路数量多，传输速率有保证，比传统的利用数据中继卫星进行数据回传或LEO直接回传的方式具有明显优势。

Description

一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法
技术领域
本发明涉及航天器中继数据回传技术领域，尤其涉及一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法。
背景技术
随着航天技术的发展，中低轨航天器LEO呈现出大规模星座式发展趋势，作为全球系统，中低轨航天器LEO在海外建设地面站受限的情况下，通常只能通过一个或多个国土地面站网络提供测控及数传支持，无法保证非国土上空运行时段内的业务落地需求；现有中低轨航天器LEO中继数据回传，一是利用单个高频段跟踪波束对波束内关键用户进行高速率中继数据回传，虽然服务有一定保障，但用户数量极少且成本较高；二是形成有限个低频段宽波束对少量用户进行低速率服务，用户数量少且传输速率低；三是利用传统的数据中继卫星支持中低轨道航天器的实时数据回传，但中继卫星同时支持的链路数量较少，相对成本较高；而高轨高通量卫星GEO具备区域容量大、支持用户多的优点，可以支持中低轨航天器LEO中继数据回传业务，但需要解决跨波束高速切换等技术难题。
文献号为CN115913318A的专利文献公开一种低轨航天器通信的方法、系统及电子设备，应用于低轨卫星互联网的服务器，所述方法包括：获取低轨航天器向第一低轨卫星发送的通信请求；依据通信请求建立低轨航天器与地面装置之间的通信链路，以使低轨航天器和地面装置通过通信链路进行通信。
其申请通过将低轨卫星互联网作为低轨卫星与地面装置通信的中继系统，使得通过低轨卫星互联网建立的通信链路具有捕获简单、多普勒频移小的特点，能够充分利用低轨卫星互联网的效能为低轨航天器提供稳定可靠的中继通信手段，有效提高低轨航天器测控和数据中继传输的覆盖率和效率。但同时也存在利用低轨卫星作为中继系统覆盖范围受限，中继系统数据传输的连续性不易保证的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法，解决现有LEO数据回传无法满足多用户、高速率、大范围数据回传的要求的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法，包括以下步骤：
S1、LEO接收GEO的全球广播信令波束；
S2、LEO依据全球广播信令波束，发出加入GEO网络的入网申请；
S3、LEO接入GEO网络后，确定中继数据回传过程中将要切换的信道资源分配信息和波束范围；
S4、LEO依据信道资源分配信息和波束范围，在当前所在波束及待切换波束与GEO建立两条中继数据回传链路；
S5、LEO完成中继数据回传后释放回传链路；
其中LEO具有两套独立的业务信号收发设备。
进一步地：所述LEO发出接入网络申请的步骤包括：
S11、LEO依据全球广播信令波束，获取全网时钟同步信息，完成全网时钟同步；
S12、LEO全网时钟同步后，获取GEO网络入网时隙信息，发出接入GEO网络申请。
进一步地：所述LEO接入GEO网络的步骤为：
S21、LEO依据入网时隙信息随机挑选时隙片段发起GEO网络接入申请；
S22、若GEO网络接入申请成功，LEO获取信道资源分配信息和中继数据回传过程中将要切换的波束范围；
S23、若网络接入申请不成功，则在入网时隙信息其它时隙片段中随机挑选时隙再次发起入网申请；
S24、若一个入网时隙信息所有时隙片段均申请不成功，则在下一个入网时隙信息的时隙片段继续进行申请。
进一步地：所述LEO依据自身当前位置信息、实时信道资源分配信息和星历信息，确定数据回传过程中将要切换的波束范围。
进一步地：所述信道资源分配信息包括各波束覆盖范围、LEO在各波束覆盖范围中继收发可用的极化、频率、带宽和功率信息。
进一步地：所述LEO处于当前所在波束及待切换波束交叠区时，两条中继数据回传链路同时用于回传数据，或一条作为中继数据回传链路另一条作为中继数据备份回传链路。
进一步地：所述LEO两条中继数据回传链路依据链路信号强弱和链路稳定持续时间确定那一条为中继数据回传链路或中继数据备份回传链路。
本发明的有益效果：
1、本发明利用高轨高通量卫星GEO业务波束进行中低轨航天器LEO中继数据回传，解决了现有中低轨航天器LEO数据回传过程中，地面站建设受限，无法满足业务落地需求的问题，同时可以保障多用户使用且降低使用成本，支持的链路数量多，传输速率有保证，比传统的利用数据中继卫星进行数据回传或中低轨航天器LEO直接回传的方式具有明显优势。
2、本发明中低轨航天器LEO获取高轨高通量卫星GEO的信道资源分配信息和数据回传过程中将要切换的波束范围，中低轨航天器LEO利用两套独立的业务信号收发设备，依据信道资源分配信息和波束范围，在当前所在波束及待切换波束与高轨高通量卫星GEO建立两条中继数据回传链路，可以保证至少一条中继数据回传链路处于使用状态，解决跨波束高速切换的技术难题，同时数据传输的速度得到提高，数据传输的稳定性得到保证。
3、本发明中低轨航天器LEO在当前所在波束及待切换波束交叠区时，两条中继数据回传链路中依据链路信号强弱和链路稳定持续时间选择回传数据链路或备份回传链路，可以实现两条中继数据回传链路同时用于回传数据，保证数据稳定可靠的同时提高数据的传输速率，或一条用于回传数据另一条作为备份回传链路，根据状态及时切换，保证回传数据的稳定可靠。
附图说明
图1为本发明一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法的流程示意图；
图2为本发明LEO与GEO数据回传时运行示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。
如图1所示，本发明公开一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法，包括以下步骤：
S1、LEO接收GEO的全球广播信令波束；
S2、LEO依据全球广播信令波束，发出加入GEO网络的入网申请；
S3、LEO接入GEO网络后，确定中继数据回传过程中将要切换的波束范围和信道资源分配信息；
S4、LEO依据波束范围和信道资源分配信息，在当前所在波束及待切换波束与GEO建立两条中继数据回传链路；
S5、LEO完成中继数据回传后释放回传链路；
其中LEO具有两套独立的业务信号收发设备。
LEO指中低轨航天器，LEO轨道低，持续绕地运行，数据传输速率和范围均受限，GEO指高轨高通量卫星，GEO轨道高，覆盖范围大，位置相对静态稳定，可以保证较好的数据传输速率和较大的数据传输范围。
本发明针对中低轨航天器LEO的中继数据回传需求，利用高轨高通量卫星GEO的连续覆盖多点波束，实现数据的跨波束高速切换不间断回传；高轨高通量卫星GEO除业务多波束外，还拥有全球广播的信令波束，中低轨航天器LEO配备两套独立的业务信号收发设备，每套设备可支持同时分别对高轨高通量卫星GEO的两个波束建立一对一收发数据回传链路。
高轨高通量卫星GEO全球广播的信令波束，至少包括全网时钟同步信息和入网时隙信息。
LEO依据全球广播信令波束，首先获取全网时钟同步信息，完成全网时钟同步，使LEO与GEO时钟进行校准，保持一致，全网时钟同步后，LEO获取高轨高通量卫星入网时隙信息，依据入网时隙信息可以获取GEO一个入网时隙间隔中可以被允许接入的时隙片段，LEO向GEO发出接入网络申请。
LEO接入GEO网络的过程可以采用随机时隙片段接入的方法，具体的，LEO依据入网时隙信息，随机挑选时隙片段向GEO网络发起接入申请，若网络接入申请成功，LEO在GEO网络内可以获取中继数据回传过程中将要切换的波束范围和信道资源分配信息；若LEO接入GEO网络的申请不成功，LEO会继续依据入网时隙信息在其它的时隙片段中随机挑选时隙再次发起入网申请；如果在一个入网时隙信息所有时隙片段均申请不成功，LEO会依据新的全球广播信令波束获取新的入网时隙信息，在下一个入网时隙信息的时隙片段继续进行申请。采用这种随机时隙片段接入的方法，可以快速的实现LEO接入GEO网络，充分利用每个入网时隙信息中的时隙片段，提高了对GEO空闲时隙片段的利用率，使GEO的资源得到更为充分的利用。
LEO接入GEO网络后，会获取GEO网络实时信道资源分配信息，实时信道资源分配信息至少包括GEO网络各波束覆盖范围，当前中低轨航天器LEO在各波束覆盖范围内中继收发可以使用的极化、频率、带宽和功率信息；中低轨航天器LEO在各波束覆盖范围内中继收发可用的极化、频率、带宽和功率信息会随时间发生变化。
LEO通过定位信号接收设备，完成对自身当前位置解算，生成LEO自身当前位置信息。
LEO依据自身当前位置信息与各波束覆盖范围进行比对，并结合星历信息，可以确定中继数据回传过程中将进行切换的波束，如图2所示，可以确定LEO在GEO网络中继数据回传过程中将切换的波束为A、B、C、D、E、F、G。
以波束A可用于中继收发的信道资源为例，其实时信道资源分配信息可以包括：波束A覆盖范围内采用左旋极化，信道频带为17.7GHz~17.9GHz，波束A覆盖范围的EIRP需达到47.5dBW等信息。
以LEO所在为波束A、待切换波束为波束B为例，LEO利用其所配备的两套独立的业务信号收发设备，基于波束A及波束B的实时信道资源分配信息，分别建立跟波束A和波束B的两条中继数据回传链路。
当LEO处于波束A和波束B交叠区时，两条中继数据回传链路均满足独立的回传数据条件，此时，可以依据波束A和波束B区域EIRP值的情况，在保证数据稳定可靠的前提下，两条中继数据回传链路同时用于回传数据，可以明显提高数据的传输速率，还可以利用其中一条用于回传数据，另一条作为中继数据备份回传链路，采用备份回传链路可以保证各波束切换时，能够高速切换，而回传数据不会中断，可以解决跨波束高速切换的技术难题。
具体的，LEO两条中继数据回传链路中可以依据链路信号强弱和链路稳定持续时间选择两条中继数据回传链路中，那一条作为中继数据回传链路，那一条作为中继数据备份回传链路，例如波束A和波束B交叠区随着LEO的运行，EIRP值强度会出现变化，依据EIRP值变化情况和回传链路稳定回传数据的持续时间，调整波束A中的中继数据回传链路由回传数据链路改为作为备份回传链路，对应的波束B中的中继数据回传链路进行相应的切换。
伴随LEO在轨运行，LEO完全脱离波束A区域，处于波束B区域，并即将进入波束C区域，LEO与GEO建立波束B和波束C的两条中继数据回传链路；LEO在波束A链路中继数据回传结束后，向GEO释放波束A资源，GEO可将释放的波束A资源提供给其它中低轨航天器LEO。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、LEO接收GEO的全球广播信令波束；
S2、LEO依据全球广播信令波束，发出加入GEO网络的入网申请；
S3、LEO接入GEO网络后，确定中继数据回传过程中将要切换的信道资源分配信息和波束范围；
S4、LEO依据信道资源分配信息和波束范围，在当前所在波束及待切换波束与GEO建立两条中继数据回传链路；
S5、LEO完成中继数据回传后释放回传链路；
其中LEO具有两套独立的业务信号收发设备。
2.根据权利要求1所述的一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法，其特征在于：所述LEO发出接入网络申请的步骤包括：
S11、LEO依据全球广播信令波束，获取全网时钟同步信息，完成全网时钟同步；
S12、LEO全网时钟同步后，获取GEO网络入网时隙信息，发出接入GEO网络申请。
3.根据权利要求1所述的一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法，其特征在于：所述LEO接入GEO网络的步骤为：
S21、LEO依据入网时隙信息随机挑选时隙片段发起GEO网络接入申请；
S22、若GEO网络接入申请成功，LEO获取信道资源分配信息和中继数据回传过程中将要切换的波束范围；
S23、若网络接入申请不成功，则在入网时隙信息其它时隙片段中随机挑选时隙再次发起入网申请；
S24、若一个入网时隙信息所有时隙片段均申请不成功，则在下一个入网时隙信息的时隙片段继续进行申请。
4.根据权利要求1所述的一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法，其特征在于：所述LEO依据自身当前位置信息、实时信道资源分配信息和星历信息，确定数据回传过程中将要切换的波束范围。
5.根据权利要求4所述的一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法，其特征在于：所述信道资源分配信息包括各波束覆盖范围、LEO在各波束覆盖范围中继收发可用的极化、频率、带宽和功率信息。
6.根据权利要求1所述的一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法，其特征在于：所述LEO处于当前所在波束及待切换波束交叠区时，两条中继数据回传链路同时用于回传数据，或一条作为中继数据回传链路另一条作为中继数据备份回传链路。
7.根据权利要求6所述的一种利用GEO业务波束进行LEO中继数据回传的方法，其特征在于：所述LEO两条中继数据回传链路依据，链路信号强弱和链路稳定持续时间，确定那一条为中继数据回传链路或中继数据备份回传链路。
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