CN104753580A - 一种数据通信卫星星座系统及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于卫星通信领域，提供了一种数据通信卫星星座系统及其通信方法，该系统包括高层子星座和低层子星座，其中：所述低层子星座的卫星轨道高度低于高层子星座的卫星轨道，所述低层子星座用于接收用户数据终端发送的数据和向用户数据终端发送控制指令，向地面网关站下传卫星所采集的数据；所述高层子星座用于转发数据至地面网关站。通过双层构型设计，使得低层星座的构建可采用设计相对简化、成本低的卫星，而高层星座的构建虽然因配备实时星间链路，需采用相对复杂且成本高的卫星，但数量相对较少，并且能够减少地面布站，从而保证星座系统整体实现技术复杂度、成本及性能的折中优化。

Description

一种数据通信卫星星座系统及其通信方法

技术领域

本发明属于卫星通信领域，尤其涉及一种数据通信卫星星座系统及其通信方法。

背景技术

卫星移动通信系统可以提供数据、语音通信服务。数据通信服务的数据量通常比较小并且允许一定的传输时延，而语音通信服务通常要求实时通信。专用数据通信卫星星座系统通常不能够提供语音通信服务，而语音通信卫星系统则可以提供数据通信服务。

目前的通信卫星系统，主要包括轨道通信系统、铱星系统、全球星系统、北斗系统。下面分别对其简要介绍。

1、轨道通信系统（Orbcomm系统）属于专用数据通信卫星星座系统，是美国轨道通信公司（Orbcomm LLC）于世纪90年开始建设运营的短数据通信系统。Orbcomm系统卫星星座由47颗卫星组成，包括7个轨道，采用轨道高度低于1000km的LEO轨道，卫星之间无星间链路，其星座构型如图1所示。这些轨道平面标记为A、B、C、D、E、F、G，各个平面轨道参数如下：

1.1）A、B、C、D平面

这四个轨道平面沿地球赤道均布，其中轨道类型均为圆轨道，轨道倾角均为45°，轨道高度约为815km。每个轨道面以等相位间距部署8颗卫星。

1.2）E平面

E平面位于赤道平面内，其中轨道为圆轨道，轨道倾角为0°，轨道高度约为975km。平面内以等相位间距部署7颗卫星。

1.3）F、G平面

F、G平面轨道为极地圆轨道，每个轨道面等相位间距部署4颗卫星。

2、铱星系统

铱星系统（Iridium）是摩托罗拉公司（Motorola）于上世纪90年代开发的卫星移动通信系统，支持语音、数据和定位业务。铱星系统星座构型如图2所示。该系统卫星星座采用极轨道星座，由66颗卫星组成，包括6个轨道面，轨道倾角为86.4°，轨道高度约为785km，属于低轨道，卫星之间具备星间链路。

3、全球星系统

全球星（Globalstar）系统是由美国LQSS（Loral Qualcomm Satellite Service）公司于上世纪90年代启动建设的低轨道（英文简称为LEO，英文全称为LowEarth Orbit）卫星移动通信系统，提供语音、数据通信业务。全球星系统星座构型如图3所示。该系统采用倾斜轨道星座，由48颗卫星组成，包括8个轨道面，轨道倾角为52°，轨道高度约为1414km，卫星之间无星间链路。

4、北斗系统

北斗导航系统是我国自主研制全球卫星导航系统，该系统除了具备导航服务功能外，还可提供数据通信业务。北斗星座构型如图4所示。北斗卫星星座由35颗卫星组成，其中5颗为地球静止轨道（英文简称为GEO，英文全称为Geostationary Earth Orbit）卫星，轨道高度约为36000km，轨道倾角为0°；3颗为倾斜地球同步轨道卫星（英文简称为IGSO，英文全称为InclinedGeostationary Synchronous orbit），轨道高度约为36000km，轨道倾角为55°；27颗为中圆轨道卫星，轨道高度约为21500km，轨道倾角为55°。

现有的卫星系统，可以较好的提供数据通信服务，但对于轨道通信系统、全球星系统以及北斗系统来说，这些卫星系统的数据传输时效依赖于地面接收站的设置，为了减小数据传输时延，需建设较多的地面站，地面系统运行管理成本较高；并且，由于自然环境或政治条件限制，部分区域无法建设地面接收站，如海洋等，在这些区域数据获取的时延难以改善。虽然铱星系统采用实时星间链路，可以不依赖地面站获得较小的传输时延，但由于增加了实时星间链路，卫星需配备专门的星间通信载荷，增加系统技术复杂度及开发成本，不利于系统运营推广；另外，如北斗及其他采用中轨道、高轨道、大椭圆轨道的星座，其星地通信距离远，通信功率需求大，不利于地面及星上通信载荷的小型化，作为专用数据通信系统，不利于系统的应用推广。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种数据通信卫星星座系统及其通信方法，以解决现有技术为减小数据时延，需要增加地面系统运行成本或增加系统开发成本的问题，并且有利于星上通信载荷小型化，从而便于系统推广。

本发明实施例是这样实现的，一种数据通信卫星星座系统，所述系统包括高层子星座和低层子星座，其中：

所述低层子星座的卫星轨道高度低于高层子星座的卫星轨道，所述低层子星座用于接收用户数据终端发送的数据和向用户数据终端发送控制指令，在地面网关站可见时向地面网关站下传卫星所采集的数据，在所述高层子星座可见时，向所述高层子星座发送需要传送至地面网关站的数据；

所述高层子星座用于在低层子星座可见时，接收低层子星座发送的需要传送至地面网关站的数据，并转发至地面网关站。

进一步的，所述低层子星座的高度为其中h为轨道高度，L为卫星与用户数据终端之间最大通信距离，R_e为地球参考半径，θ为低层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角。

进一步的，所述低层子星座的包括位于地球第一区域的Walker星座和位于地球第二区域太阳同步轨道的卫星，所述第一区域的纬度小于第二区域的纬度。

进一步的，所述低层子星座的卫星构型参数根据预设选定的时间覆盖率和最大覆盖中断时间指标，通过数值仿真迭代优化生成。

进一步的，所述高层子星座的轨道与赤道处于同一平面，所述高层子星座的高度为其中H为高层子星座的高度，h为低层子星座的高度，α为低层子星座的卫星与高层子星座的卫星之间的允许通信天线波束半角，p为低层子星座中的卫星与高层子星座中的卫星之间的允许最大通信距离，R_e为地球参考半径。

进一步的，所述高层子星座中卫星数量为其中γ＝π/2-σ-θ， $\mathrm{\σ}=\arcsin \left(\frac{R_e\sin ({\mathrm{\θ}}^{\′}+\mathrm{\π}/2)}{H+R_e}\right),H=\sqrt{p^2+{(R_e+h)}^2-2p(R_e+h)\cos \mathrm{\α}}-R_e,$ θ'为高层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角，σ为高层子星座对地覆盖波束半角，H为高层子星座的高度，h为低层子星座的高度，α为低层子星座的卫星与高层子星座的卫星之间的允许通信天线波束半角，p为低层子星座中的卫星与高层子星座中的卫星之间的允许最大通信距离，R_e为地球参考半径，θ为低层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角，γ为高层子星座对地覆盖区地心半角，δ为高层轨道卫星绝对相位允许偏差。

本发明第二方面提供了一种数据通信卫星星座的通信方法，所述数据通信卫星包括高层子星座和低层子星座，所述方法包括：

低层子星座通过接收用户数据终端发送的数据和向用户数据终端发送控制指令，在地面网关站可见时向地面网关站下传卫星所采集的数据，在所述高层子星座可见时，向所述高层子星座发送需要传送至地面网关站的数据；

所述高层子星座在所述低层星座可见时，接收低层子星座发送的需要传送至地面网关站的数据，并转发至地面网关站。

进一步的，所述低层子星座的高度为其中h为轨道高度，L为卫星与用户数据终端之间最大通信距离，R_e为地球参考半径，θ为低层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角。

进一步的，所述高层子星座中卫星数量为其中γ＝π/2-σ-θ， $\mathrm{\σ}=\arcsin \left(\frac{R_e\sin ({\mathrm{\θ}}^{\′}+\mathrm{\π}/2)}{H+R_e}\right),H=\sqrt{p^2+{(R_e+h)}^2-2p(R_e+h)\cos \mathrm{\α}}-R_e,$ θ'为高层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角，σ为高层子星座对地覆盖波束半角，H为高层子星座的高度，h为低层子星座的高度，α为低层子星座的卫星与高层子星座的卫星之间的允许通信天线波束半角，p为低层子星座中的卫星与高层子星座中的卫星之间的允许最大通信距离，R_e为地球参考半径，θ为低层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角，γ为高层子星座对地覆盖区地心半角，δ为高层轨道卫星绝对相位允许偏差。

进一步的，所述方法还包括获取低层子星座的构型参数步骤，具体包括：

设置地面用户数据终端采样点的地理位置；

根据所述地理位置，设置相应的多组低层子星座的构型参数；

仿真运行所述低层子星座，获取所有卫星相对所述地理位置的可见时间；

如果所述获取的可见时间满足预设的要求，则其对应的低层子星座的构型参数为所需的低层子星座构型参数。

在本发明实施例所述的数据通信卫星星座系统，包括高层子星座和低层子星座，通过低层子星座用于接收用户数据终端发送的数据和向用户数据终端发送控制指令，在地面网关站可见时向地面网关站下传卫星所采集的数据，在所述高层子星座可见时，向所述高层子星座发送需要传送至地面网关站的数据，通过高层子星座用于在低层子星座可见时，接收低层子星座发送的需要传送至地面网关站的数据，并转发至地面网关站。从而使得在受到地面网关站布局，影响低层子星座与地面网关站通信时延时，能够通过高层子星座与地面网关站进行通信，减少时延的同时，由于低层子星座与地面距离适中，有利于通信设备小型化，另外，本发明所述数据通信卫星星座系统的不需要配备实时星间链路，相对实现技术较为简单。

附图说明

图1是本发明现有技术提供的轨道通信系统的星座构型图；

图2为本发明现有技术提供的铱星系统的星座构型图；

图3为本发明现有技术提供的全球星系统的星座构型图；

图4为本发明现有技术提供的北斗系统的星座构型图；

图5为本发明第一实施例提供的数据通信卫星星座系统与地面网关站和用户数据终端通信的结构示意图；

图6为本发明第一实施例提供的计算低层子星座的轨道高度示意图；

图7为本发明第一实施例提供的计算高层子星座的轨道高度示意图；

图8为本发明第一实施例提供的卫星覆盖角度示意图；

图9为本发明第一实施例提供的卫星相伴漂移极限情况下的星地空间几何关系示意图；

图10为本发明第一实施例提供的星座方案的参数统计表；

图11为本发明第一实施例提供的数据通信的卫星系统的构型图；

图12为本发明第一实施例提供的低层子星座对地覆盖示意图；

图13为本发明第一实施例提供的高层子星座对地覆盖示意图；

图14是本发明第二实施例提供的低层子星座的构型参数获取的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例主要面向数据采集应用，提出的卫星系统的星座方案及通信方法主要解决现有技术中的专用数据通信星座的数据通信时延受制于地面网关站布局的问题，以利于简化地面接收系统，避免自然环境、政治因素对系统推广应用的限制，保证星地通信距离适中，利于通信设备小型化，并且系统实施技术的复杂度与建设成本较低。

本发明所述数据通信卫星星座系统，包括高层子星座和低层子星座，其中：

所述低层子星座的卫星轨道高度低于高层子星座的卫星轨道，所述低层子星座用于接收用户数据终端发送的数据和向用户数据终端发送控制指令，在地面网关站可见时向地面网关站下传卫星所采集的数据，在所述高层子星座可见时，向所述高层子星座发送需要传送至地面网关站的数据；

所述高层子星座用于在低层子星座可见时，接收低层子星座发送的需要传送至地面网关站的数据，并转发至地面网关站。

通过低层子星座与用户数据终端进行通信，高层子星座连接低层子星座和地面网关站。从而使得在受到地面网关站布局，影响低层子星座与地面网关站通信时延时，能够通过高层子星座与地面网关站进行通信，减少时延的同时，由于低层子星座与地面距离适中，有利于通信设备小型化，另外，本发明所述数据通信卫星星座系统的不需要配备实时星间链路，相对实现技术较为简单。

实施例一：

图5示出了本发明第一实施例提供的数据通信卫星星座系统与地面网关站和用户数据终端通信的结构示意图，其中实线表示实时链路，虚线表示非实时链路，详述如下：

本发明实施例所述数据通信卫星星座系统，包括高层子星座和低层子星座，其中：

所述低层子星座的卫星轨道高度低于高层子星座的卫星轨道，所述低层子星座用于接收用户数据终端发送的数据和向用户数据终端发送控制指令，在地面网关站可见时向地面网关站下传卫星所采集的数据，在所述高层子星座可见时，向所述高层子星座发送需要传送至地面网关站的数据；

所述高层子星座用于在低层子星座可见时，接收低层子星座发送的需要传送至地面网关站的数据，并转发至地面网关站。

其中，低轨道的低层子星座，可用于减小通信链路功率，便于成本微小卫星的应用。

其中，低层子星座设计以实现全球覆盖为目标，可以根据人类活动密度的特点，合理分布卫星数量，从而更进一步优化星座整体规模。具体可以根据人类活动密度将地球分为多个区域，本发明实施例以分为两个区域为例进行说明，将地球分为第一区域和第二区域，第一区域的人类活动密度大于第二区域的人类活动密度，在第一区域采用Walker星座，实现对中低纬度区域的高时间分辨率覆盖，第二区域使用太阳同步轨道，实现对高纬度区域的覆盖。其中，所述Walker星座的定义为，是指卫星轨道是圆形轨道，各轨道平面平均分布，而且轨道平面中的卫星均匀分布，称这样的星座排布为Walker星座。采用太阳同步轨道有利于获得发射搭载机会，减小卫星发射成本。

高层子星座主要用于低层子星座采集到的数据提供及时回传地面网关站的时机与通信链路，为了保证高低层子星座之间的连通性满足一定时间分辨率，并且高层子星座与地面网关站之间能够建立实时连通性，高层子星座可采用赤道轨道，即轨道面与地球赤道所在的平面重合。

对于低层子星座的轨道高度，可以根据低层子星座的卫星所要求的最低通信仰角计算得到，当然本领域一般技术人员可以明白，根据低层子星座的卫星的最低仰角获取其轨道高度只是其中一种方式，还可以根据具体的地理位置进行相应的设定。

其中，根据低层子星座的卫星所要求的最低通信仰角计算低层子星座的轨道高度具体如图6所示，设卫星与用户数据终端之间最大通信距离为L，低层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角为θ，地球参考半径为R_e，卫星轨道半径为r，轨道高度为h。轨道高度的计算首先利用余弦定理计算轨道半径，为 $r=\sqrt{L^2+R_e^2-2L{R}_e\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\π}/2)}$

进一步计算可得轨道高度，即h＝r-R_e。

所述低层子星座的构型参数，对于Walker星座，星座参数可以表示为N/P/F/I，其中，N为轨道卫星数目，P为轨道面数，F为相位因子，I为轨道倾角，对于低层子星座的中低倾角部分，N、P、F、I均为优化设计参数；对于太阳同步轨道部分，由于轨道高度确定之后，轨道倾角I对应确定，因此，这一部分仅N、P、F为设计参数，I不作为设计参数。低层子星座构型参数通过数值仿真法迭代优化设计，通过预先设置好时间覆盖率和最大覆盖中断时间指标，对测试的多组星座构型参数进行仿真测试，查找到满足要求的星座构型参数，具体查找流程在实施例二进行说明。

对于高层子星座的高度，其轨道高度示意如图7所示，高层子星座采用赤道轨道，轨道倾角为0°，其设计参数包括轨道高度及卫星数量。设低层轨道高度为h，低层卫星与高层卫星通信的天线波束半角为α，地球参考半径为R_e，星间最大距离为p，则高层星座轨道半径边界R为 $R=\sqrt{p^2+{(R_e+h)}^2-2p(R_e+h)\cos \mathrm{\α}};$ 相应高层轨道高度H为H＝R-R_e。

卫星的覆盖角度如图8所示，设高层轨道卫星与地面网关站的最低通信仰角θ'，高层轨道卫星对地覆盖波束半角为σ，利用正弦定理，其算式为

$\mathrm{\σ}=\arcsin \left(\frac{R_e\sin ({\mathrm{\θ}}^{\′}+\mathrm{\π}/2)}{H+R_e}\right),$

其中，H为高层子星座的卫星的轨道高度，高层轨道卫星对地覆盖区地心半角γ为：γ＝π/2-σ-θ'，设网关站站址的地心纬度绝对值最大为，为了保证星地可见性，要求，高层轨道卫星绝对相位允许偏差为δ，高层轨道卫星标称星间相对相位为f。在星间相对相位发生极限漂移的情况下，高层子星座的轨道卫星星下点与网关站的几何关系如图9所示：三角形ABC为球面直角三角形，其中A点为网关站位置，B点为高层轨道卫星星下点，C为网关站所在经度圈与赤道的交点，角∠C为直角。利用球面三角公式可得

由此进一步可以计算高层轨道卫星数量n为n＝2π/f。

根据本发明实施例所述数据通信卫星星座系统，由上述介绍的参数获取办法，可以得到其中一种较优的实施参数的通信星座，该星座包括8个轨道面，由46颗卫星组成。低层星座由38颗卫星组成，轨道高度为900Km，其中包括一个太阳同步轨道，6个中低倾角轨道面，太阳同步轨道面轨道倾角为99.038°，包括2颗卫星，星间标称相对相位为180°；中低倾角轨道星座包括36颗卫星，采用Walker星座构型，轨道倾角为45°，参考码为36/6/5/45°，即分别表示轨道卫星数目、轨道面数、相位因子和轨道倾角。高层星座包括8颗卫星，轨道高度为2000km，星间标称相对相位为45°。星座方案参数统计如图10所示，星座构型图如图11所示。

在低层子星座与地面用户数据终端之间通信的最低仰角为5°，低层星座可以实现全球覆盖，星地最大通信距离不大于3000km，对于南北纬60°纬度范围内的区域，最大覆盖中断时间小于5分钟，低层星座对地覆盖如图12所示。高层星座可连续覆盖南北纬28°之间的区域，如图13所示。

通过高层星座配备星间链路，低层星座之间无需星间链路，则只在高层星座连续覆盖区之间部署一个网关站，即可保证低层星座在全球范围内采集的数据在1小时内传输至地面网关站，以最小的地面站配置实现优于1小时的数据通信延时指标。

本发明实施例所述数据通信卫星星座系统，通过双层构型设计，使得低层星座的构建可采用设计相对简化、成本低的卫星，而高层星座的构建虽然因配备实时星间链路，需采用相对复杂且成本高的卫星，但数量相对较少，并且能够减少地面布站，从而保证星座系统整体实现技术复杂度、成本及性能的折中优化。

实施例二：

本发明实施例提供了一种数据通信卫星星座的通信方法，所述数据通信卫星星座包括高层子星座和低层子星座，所述方法包括：

低层子星座通过接收用户数据终端发送的数据和向用户数据终端发送控制指令，在地面网关站可见时向地面网关站下传卫星所采集的数据，在所述高层子星座可见时，向所述高层子星座发送需要传送至地面网关站的数据；

所述高层子星座在所述低层星座可见时，接收低层子星座发送的需要传送至地面网关站的数据，并转发至地面网关站。

优选的，所述低层子星座的高度为其中h为轨道高度，L为卫星与用户数据终端之间最大通信距离，R_e为地球参考半径，θ为低层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角。

优选的，所述低层子星座的包括位于地球第一区域的Walker星座和位于地球第二区域太阳同步轨道的卫星，所述第一区域的人类活动密度大于第二区域的人类活动密度。

优选的，所述低层子星座的卫星构型参数根据预设选定的时间覆盖率和最大覆盖中断时间指标，通过数值仿真迭代优化生成。具体如图14所示，包括：

在步骤S141中，设置地面用户数据终端采样点的地理位置。

在步骤S142中，根据所述地理位置，设置相应的多组低层子星座的构型参数；

在步骤S143中，仿真运行所述低层子星座，获取所有卫星相对所述地理位置的可见时间；

在步骤S144中，如果所述获取的可见时间满足预设的要求，则其对应的低层子星座的构型参数为所需的低层子星座构型参数。

优选的，所述高层子星座的轨道与赤道处于同一平面，所述高层子星座的高度为其中H为高层子星座的高度，h为低层子星座的高度，α为低层子星座的卫星与高层子星座的卫星之间的允许通信天线波束半角，p为低层子星座中的卫星与高层子星座中的卫星之间的允许最大通信距离，R_e为地球参考半径。

优选的，所述高层子星座中卫星数量为其中γ＝π/2-σ-θ， $\mathrm{\σ}=\arcsin \left(\frac{R_e\sin ({\mathrm{\θ}}^{\′}+\mathrm{\π}/2)}{H+R_e}\right),H=\sqrt{p^2+{(R_e+h)}^2-2p(R_e+h)\cos \mathrm{\α}}-R_e,$ θ'为高层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角，σ为高层子星座对地覆盖波束半角，H为高层子星座的高度，h为低层子星座的高度，α为低层子星座的卫星与高层子星座的卫星之间的允许通信天线波束半角，p为低层子星座中的卫星与高层子星座中的卫星之间的允许最大通信距离，R_e为地球参考半径，θ为低层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角，γ为高层子星座对地覆盖区地心半角，δ为高层轨道卫星绝对相位允许偏差。

本发明实施例与实施例一所述系统对应，在此不作重复赘述。

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。

Claims (10)

1.一种数据通信卫星星座系统，其特征在于，所述系统包括高层子星座和低层子星座，其中：

所述低层子星座的卫星轨道高度低于高层子星座的卫星轨道，所述低层子星座用于接收用户数据终端发送的数据和向用户数据终端发送控制指令，在地面网关站可见时向地面网关站下传卫星所采集的数据，在所述高层子星座可见时，向所述高层子星座发送需要传送至地面网关站的数据；

所述高层子星座用于在低层子星座可见时，接收低层子星座发送的需要传送至地面网关站的数据，并转发至地面网关站。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述低层子星座的高度为其中h为轨道高度，L为卫星与用户数据终端之间最大通信距离，R_e为地球参考半径，θ为低层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述低层子星座的包括位于地球第一区域的Walker星座和位于地球第二区域太阳同步轨道的卫星，所述第一区域的人类活动密度大于第二区域的人类活动密度。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述低层子星座的卫星构型参数根据预设选定的时间覆盖率和最大覆盖中断时间指标，通过数值仿真迭代优化生成。

5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述高层子星座的轨道与赤道处于同一平面，所述高层子星座的高度为其中H为高层子星座的高度，h为低层子星座的高度，α为低层子星座的卫星与高层子星座的卫星之间的允许通信天线波束半角，p为低层子星座的卫星与高层子星座的卫星之间的允许最大通信距离，R_e为地球参考半径。

6.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述高层子星座中卫星数量为其中γ＝π/2-σ-θ， $\mathrm{\σ}=\arcsin \left(\frac{R_e\sin ({\mathrm{\θ}}^{\′}+\mathrm{\π}/2)}{H+R_e}\right),$ $H=\sqrt{p^2+{(R_e+h)}^2-2p(R_e+h)\cos \mathrm{\α}}-R_e,h=\sqrt{L^2+R_e^2-2L{R}_e\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\π}/2)}-R_e,$ θ'为高层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角，σ为高层子星座对地覆盖波束半角，H为高层子星座的高度，h为低层子星座的高度，α为低层子星座的卫星与高层子星座的卫星之间的允许通信天线波束半角，p为低层子星座中的卫星与高层子星座中的卫星之间的允许最大通信距离，R_e为地球参考半径，θ为低层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角，γ为高层子星座对地覆盖区地心半角，δ为高层轨道卫星绝对相位允许偏差。

7.一种数据通信卫星星座的通信方法，其特征在于，所述数据通信卫星星座包括高层子星座和低层子星座，所述方法包括：

低层子星座通过接收用户数据终端发送的数据和向用户数据终端发送控制指令，在地面网关站可见时向地面网关站下传卫星所采集的数据，在所述高层子星座可见时，向所述高层子星座发送需要传送至地面网关站的数据；

所述高层子星座在所述低层星座可见时，接收低层子星座发送的需要传送至地面网关站的数据，并转发至地面网关站。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述低层子星座的高度为其中h为轨道高度，L为卫星与用户数据终端之间最大通信距离，R_e为地球参考半径，θ为低层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角。

9.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述高层子星座中卫星数量为其中γ＝π/2-σ-θ， $\mathrm{\σ}=\arcsin \left(\frac{R_e\sin ({\mathrm{\θ}}^{\′}+\mathrm{\π}/2)}{H+R_e}\right),$ θ'为高层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角，σ为高层子星座对地覆盖波束半角，H为高层子星座的高度，h为低层子星座的高度，α为低层子星座的卫星与高层子星座的卫星之间的通信天线波束半角，p为低层子星座的卫星与高层子星座的卫星之间的允许最大通信距离，R_e为地球参考半径，θ为低层子星座的卫星与地面网关站的最低通信仰角，γ为高层子星座对地覆盖区地心半角，δ为高层轨道卫星绝对相位允许偏差。

10.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述方法还包括获取低层子星座的构型参数步骤，具体包括：

设置地面用户数据终端采样点的地理位置；

根据所述地理位置，设置相应的多组低层子星座的构型参数；

仿真运行所述低层子星座，获取所有卫星相对所述地理位置的可见时间；

如果所述获取的可见时间满足预设的要求，则其对应的低层子星座的构型参数为所需的低层子星座构型参数。