CN106888047B - 低轨卫星数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了低轨卫星数据传输方法，包括：步骤一、地面用户终端根据星历预测过境时间，向低轨卫星收发端发送位置信息；步骤二、低轨卫星通过宽波束接收位置信息，将下行天线指向用户端，对用户终端发送星历及状态信息。步骤三、地面用户终端接收到星历及状态信息，用户决策发送任务指令信息。步骤四、低轨卫星收发处理系统接收到任务，并执行任务，按照要求下发业务数据。步骤五、地面用户终端接收到业务数据并对数据进行解析和快视。通过本发明的方式可以提高卫星数据传输的效率、降低成本。

Description

低轨卫星数据传输方法
技术领域
本发明属于无线通信领域，特别涉及一种低轨卫星数据传输方法。
背景技术
低轨卫星数据传输系统是低轨卫星常见的系统之一，主要用于将卫星有效载荷数据高速下传。受限于低轨卫星平台在资源和能源上的约束，为解决低轨卫星点波束精确指向的问题，目前采用卫星宽波束发送、地面大站(一般采用6m口径的大天线)高增益跟踪接收，地面大站的建设成本较高、可用数量较少、移动性差，并且地面大站接收数据后还需要进行二次传输，很大程度上限制了卫星的广泛应用。
发明内容
本发明解决的问题是现有低轨卫星数据传输技术成本高、效率低；为解决所述问题，本发明提供低轨卫星数据传输方法。
本发明提供的低轨卫星数据传输方法，包括：
步骤一、地面用户终端根据星历预测过境时间，向低轨卫星收发端发送位置信息；
步骤二、低轨卫星通过宽波束接收位置信息，将下行天线指向用户端，对用户终端发送星历及状态信息；
步骤三、地面用户终端接收到星历及状态信息，用户决策发送任务指令信息；
步骤四、低轨卫星收发处理系统接收到任务，并执行任务，按照要求下发业务数据；
步骤五、地面用户终端接收到业务数据并对数据进行解析和快视。
进一步，所述步骤一包括：
步骤1.1、地面用户终端预测卫星过境时间及轨道，控制天线伺服跟踪指向卫星；
步骤1.2、地面用户终端通过GPS模块获取当前所在位置的经、纬、高信息，应用软件将其转换成地心地固坐标系，组成固定帧格式，在卫星入境时开始向卫星连续发送，同时等待接收卫星下发的信号及同步信息。
所述地面用户终端包括：地面收发处理通信机、地面收发天线及伺服机构、地面手持控制及监显小型终端；所述地面手持控制及监显小型终端根据预存的卫星星历预测卫星过境时间，并在卫星过境期间，通过wifi控制地面收发处理通信机、地面收发天线及伺服机构向卫星发送位置信息。
进一步，所述步骤二包括：
步骤2.1、低轨卫星收发端接收所述位置信息，对接收到的信息进行校验、并进行还原；
步骤2.2、低轨卫星收发端对位置校验正确后结合用户位置及卫星轨道和姿态计算波束方向，形成波控码控制下行点波束指向；
步骤2.3、低轨卫星收发端控制发送功放打开，相控阵电扫发射点波束天线指向地面用户终端，开始发送卫星的轨道信息及卫星状态信息。
进一步，所述步骤三包括：
步骤3.1、地面收发处理通信机接收到卫星下发的轨道及状态信息，将信息通过wifi传至手持控制及监显小型终端，显示健康状态及轨道信息，为用户提供判定是够继续执行任务的依据；
步骤3.2、用户可选择程序自动判定发送预设指令，或用户手动发送的方式将任务指令信息发送给卫星，完成实时任务请求。
进一步，所述步骤四包括：
步骤4.1、低轨卫星收发端接收所述实时任务请求指令，根据指令格式校验指令码的正确性；
步骤4.2、判断指令类型，若指令只涉及低轨卫星传输系统的执行，则直接译码并执行，下发所请求的业务数据；若指令涉及到卫星其它系统的配合执行，则将指令转发给星务计算机，由星务根据任务需求执行相关控制，并形成业务数据，并通过所述低轨卫星传输系统下发数据。
进一步，所述步骤五包括：
步骤5.1、地面收发处理通信机接收到卫星下发的业务数据，将业务数据实时通过wifi传输至手持控制及监显小型终端；
步骤5.2、手持控制及监显小型终端将业务数据进行解析处理，并完成实时显示。
进一步，所述卫星收发处理系统包括：与相控阵电扫发射点波束天线连接的发射端，与宽波束接收天线连接的接收端，处理模块和控制模块；所述处理模块对接收端接收到的信号进行处理还原，还原后的信息经译码后做为对下行模块控制及下行信号形成的依据，最后形成下行发送的高频电信号；控制模块控制发射端、接收端和处理模块工作。
进一步，所述地面终端向卫星发送的低速数据采用扩频+BPSK方式，格式采用导频+数据帧格式，采用该方式利于码分用户扩展。
进一步，所述卫星向地面终端发送的高速数据采用QPSK调制方式，格式采用CCSDS标准传输帧格式，该方式利于与传统高速数传融合备份，提高卫星可靠性。
本发明的优点包括：
本发明的技术方案，通过地面用户终端向卫星发送位置信息，使卫星可以精确指向地面用户终端，从而直接向小型的地面用户终端发送信息，相比较现有技术中向地面大站发送信息，本发明的方法地面用户终端成本小，移动方便，并且数据不需要二次分配，提高了效率，降低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的低轨卫星数据传输系统的示意图。
具体实施方式
下文中，结合附图和实施例对本发明的精神和实质作进一步阐述。
如背景技术所述，现有技术中采用地面大站接收低轨卫星下发的数据，地面大站可以解决数据接收的问题；但是由于地面大站结构复杂、体积大、移动性差，造成成本高、效率低；并且地面大站接收后还需要向地面用户终端二次发送；此外，每次获取数据均需要提前规划，安排资源，获取的数据具有一定的时延；为解决所述问题，本发明提供一种低轨卫星传输系统及方法。
如图1所示，本发明提供的低轨卫星传输系统，包括：低轨卫星收发端和地面用户终端；所述低轨卫星收发端包括宽波束接收天线02、卫星收发处理系统01、相控阵电扫发射点波束天线03；所述宽波束接收天线03接收地面用户终端上行信号；所述卫星收发处理系统处理所述上行信号，获得位置信息，引导控制相控阵发射机开机，并将相控阵电扫发射点波束天线03指向并跟踪地面用户终端，向地面用户终端播报轨道及状态数据，随后地面用户终端接收到卫星状态信息后发送任务及数据请求命令，相控阵电扫发射点波束天线03为下行天线，始终指向并跟踪地面用户终端并根据任务及数据请求发送业务数据；
所述地面用户终端包括：地面收发处理通信机11、地面收发天线及伺服机构12、地面手持控制及监显小型终端13；所述地面手持控制及监显小型终端根据预存的卫星星历预测卫星过境时间，并在卫星过境期间通过wifi模块控制地面收发处理通信机、地面收发天线及伺服机构向卫星发送自身位置信息，在卫星指向终端后，地面手持控制及监显小型终端将收到的卫星下发的状态及轨道信息实时显示，同时用户可编辑任务指令，向卫星发送请求，并接收卫星下发的业务数据。
所述卫星收发处理系统包括：与相控阵电扫发射点波束天线连接的发射端，与宽波束接收天线连接的接收端，处理模块和控制模块；所述处理模块对接收端接收到的信号进行处理还原，还原后的信息经译码后做为对下行模块控制及下行信号形成的依据；同时对卫星下行信号进行编译、调制、滤波、上变频等处理形成下行发送的高频电信号，并发送至相控阵电扫发射点波束天线；控制模块控制发射端、接收端和处理模块工作。
本发明还提供采用所述低轨卫星传输系统的传输方法，包括：
步骤一、地面用户终端根据星历预测过境时间，向低轨卫星收发端发送位置信息；
步骤二、低轨卫星通过宽波束接收位置信息，将下行天线指向用户端，对用户终端发送星历及状态信息。
步骤三、地面用户终端接收到星历及状态信息，用户决策发送任务指令信息。
步骤四、低轨卫星收发处理系统接收到任务，并执行任务，按照要求下发业务数据。
步骤五、地面用户终端接收到业务数据并对数据进行解析和快视。
所述步骤一包括：
步骤1.1、地面用户终端预测卫星过境时间及轨道，控制天线伺服跟踪指向卫星；
步骤1.2、地面用户终端(PAD)通过GPS模块获取当前所在位置的经、纬、高信息，应用软件将其转换成地心地固坐标系，组成固定帧格式，在卫星入境时开始向卫星连续发送，同时等待接收卫星下发的信号及同步信息。
所述步骤二包括：
步骤2.1、低轨卫星收发端接收所述位置信息，对接收到的信息进行校验、并进行还原；
步骤2.2、低轨卫星收发端对位置校验正确后结合用户位置及卫星轨道和姿态计算波束方向，形成波控码控制下行点波束指向。
步骤2.3、低轨卫星收发端控制发送功放打开，相控阵电扫发射点波束天线指向地面用户终端，开始发送卫星的轨道信息及卫星状态信息。
所述步骤三包括：
步骤3.1、地面收发处理通信机接收到卫星下发的轨道及状态信息，将信息通过wifi传至手持控制及监显小型终端(PAD)，显示健康状态及轨道信息，为用户提供判定是够继续执行任务的依据。
步骤3.2、用户可选择程序自动判定发送预设指令，或用户手动发送的方式将任务指令信息发送给卫星，完成实时任务请求。
所述步骤四包括：
步骤4.1、低轨卫星收发端接收所述实时任务请求指令，根据指令格式校验指令码的正确性。
步骤4.2、判断指令类型，若指令只涉及低轨卫星传输系统的执行，则直接译码并执行，下发所请求的业务数据。若指令涉及到卫星其它系统的配合执行，则将指令转发给星务计算机，由星务根据任务需求执行相关控制，并形成业务数据，并通过所述低轨卫星传输系统下发数据。
所述步骤五包括：
步骤5.1、地面收发处理通信机接收到卫星下发的业务数据，将业务数据实时通过wifi传输至手持控制及监显小型终端(PAD)。
步骤5.2、手持控制及监显小型终端(PAD)将业务数据进行解析处理，并完成实时显示。
综上，本发明的技术方案中，系统具有上下行两个信道，卫星使用宽波束低速接收地面终端位置注入信息，卫星使用相控阵电扫发射点波束实现高速对地发送；通信流程上先是小型地面用户终端在卫星过境期间主动上报的自身位置信息，卫星宽波束天线接收后使用小型地面用户终端的位置信息引导卫星相控阵电扫发射点波束发送天线精确指向，从而实现对小型地面用户终端的高增益点波束发送；卫星宽波束接收和点波束发射配合解决了低轨卫星点波束精确指向困难和卫星宽波束增益无法满足地面小型终端高速接收的难题。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.低轨卫星数据传输方法，其特征在于，包括：
步骤一、地面用户终端根据星历预测过境时间，向低轨卫星收发端发送位置信息；
步骤二、低轨卫星通过宽波束接收位置信息，将下行天线指向用户端，对用户终端发送星历及状态信息；
步骤三、地面用户终端接收到星历及状态信息，用户决策发送任务指令信息；
步骤四、低轨卫星收发处理系统接收到任务，并执行任务，按照要求下发业务数据；
步骤五、地面用户终端接收到业务数据并对数据进行解析和快视。
2.依据权利要求1所述的低轨卫星数据传输方法，其特征在于，所述步骤一包括：
步骤1.1、地面用户终端预测卫星过境时间及轨道，控制天线伺服跟踪指向卫星；
步骤1.2、地面用户终端通过GPS模块获取当前所在位置的经、纬、高信息，应用软件将其转换成地心地固坐标系，组成固定帧格式，在卫星入境时开始向卫星连续发送，同时等待接收卫星下发的信号及同步信息。
3.依据权利要求1所述的低轨卫星数据传输方法，其特征在于，所述地面用户终端包括：地面收发处理通信机、地面收发天线及伺服机构、地面手持控制及监显小型终端；所述地面手持控制及监显小型终端根据预存的卫星星历预测卫星过境时间，并在卫星过境期间，通过wifi控制地面收发处理通信机、地面收发天线及伺服机构向卫星发送位置信息。
4.依据权利要求1所述的低轨卫星数据传输方法，其特征在于，所述步骤二包括：
步骤2.1、低轨卫星收发端接收所述位置信息，对接收到的信息进行校验、并进行还原；
步骤2.2、低轨卫星收发端对位置校验正确后结合用户位置及卫星轨道和姿态计算波束方向，形成波控码控制下行点波束指向；
步骤2.3、低轨卫星收发端控制发送功放打开，相控阵电扫发射点波束天线指向地面用户终端，开始发送卫星的轨道信息及卫星状态信息。
5.依据权利要求1所述的低轨卫星数据传输方法，其特征在于，所述步骤三包括：
步骤3.1、地面收发处理通信机接收到卫星下发的轨道及状态信息，将信息通过wifi传至手持控制及监显小型终端，显示健康状态及轨道信息，为用户提供判定是否继续执行任务的依据；
步骤3.2、用户可选择程序自动判定发送预设指令，或用户手动发送的方式将任务指令信息发送给卫星，完成实时任务请求。
6.依据权利要求1所述的低轨卫星数据传输方法，其特征在于，所述步骤四包括：
步骤4.1、低轨卫星收发端接收所述实时任务请求指令，根据指令格式校验指令码的正确性；
步骤4.2、判断指令类型，若指令只涉及低轨卫星传输系统的执行，则直接译码并执行，下发所请求的业务数据；若指令涉及到卫星其它系统的配合执行，则将指令转发给星务计算机，由星务根据任务需求执行相关控制，并形成业务数据，并通过所述低轨卫星传输系统下发数据。
7.依据权利要求1所述的低轨卫星数据传输方法，其特征在于，所述步骤五包括：
步骤5.1、地面收发处理通信机接收到卫星下发的业务数据，将业务数据实时通过wifi传输至手持控制及监显小型终端；
步骤5.2、手持控制及监显小型终端将业务数据进行解析处理，并完成实时显示。
8.依据权利要求1所述的低轨卫星数据传输方法，其特征在于，所述卫星收发处理系统包括：与相控阵电扫发射点波束天线连接的发射端，与宽波束接收天线连接的接收端，处理模块和控制模块；所述处理模块对接收端接收到的信号进行处理还原，还原后的信息经译码后做为对下行模块控制及下行信号形成的依据，最后形成下行发送的高频电信号；控制模块控制发射端、接收端和处理模块工作。
9.依据权利要求1所述的低轨卫星数据传输方法，其特征在于，所述地面终端向卫星发送的低速数据采用扩频+BPSK方式，格式采用导频+数据帧格式，采用该方式利于码分用户扩展。
10.依据权利要求1所述的低轨卫星数据传输方法，其特征在于，所述卫星向地面终端发送的高速数据采用QPSK调制方式，格式采用CCSDS标准传输帧格式，该方式利于与传统高速数传融合备份，提高卫星可靠性。
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