CN108337039A - 一种通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通信系统，涉及航天航空技术领域，主要目的在于降低成本的同时提高飞行器网络数据传输的速率。本发明的通信系统，包括多颗卫星的卫星通信系统，每颗卫星载有卫星间通信的星间激光通信终端设备，卫星与飞行器间通信的卫星‑飞行器激光通信终端设备，以及卫星与地面站间通信的卫星‑地面站激光通信终端设备，多颗通信卫星之间基于星间激光通信终端设备通过激光链路实现通信；地面站通信系统，包括与卫星进行通信的地面站激光通信终端，地面站激光通信终端包括地面站‑卫星激光通信终端设备，基于地面站‑卫星激光通信终端设备通过激光链路与卫星进行通信。本发明主要用于飞行器的数据传输。

Description

一种通信系统
技术领域
本发明涉及航天航空技术领域，特别是涉及一种通信系统。
背景技术
目前，民航飞行器在飞行过程中的网络通信，主要通过卫星和地面基站的无线电网络传输实现，该种实现方式受无线电频率和地球同步轨道卫星轨位的限制，难以满足民航领域快速增长海量数据传输需求；并且由于卫星无线电通信网络的性能限制，使得飞行器上的数据传输速率和服务用户数量受限，尽管目前能够实现机舱的上网服务，但网络通信速率较低，基本都在KB和MB量级。
基于以上原因，飞行器在空中产生的大量飞行数据无法实时的全部传输到地面，使得飞行器成为空中信息孤岛。伴随着飞行器智能化的发展，装有数以千计传感器和复杂数字化系统的智能飞行器，产生的数据更成指数增加，这进一步加剧了飞行器空中海量飞行数据的难以下传的困境，从而造成飞行数据得不到有效利用，无法降低飞行器的管控和维护成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供的一种通信系统，主要目的在于降低成本的同时提高飞行器网络数据传输的速率。
为了解决上述问题，本发明主要提供如下技术方案：
一种通信系统，包括：
卫星通信系统，包括多颗卫星，每颗卫星载有卫星间通信的星间激光通信终端设备，卫星与飞行器间通信的卫星-飞行器激光通信终端设备，以及卫星与地面站间通信的卫星-地面站激光通信终端设备；所述多颗通信卫星之间基于星间激光通信终端设备通过激光链路实现通信；
地面站通信系统，所述地面站通信系统包括与卫星进行通信的地面站激光通信终端，所述地面站激光通信终端包括地面站-卫星激光通信终端设备，基于所述地面站-卫星激光通信终端设备通过激光链路与卫星进行通信。
进一步的，
所述地面站激光通信终端为一个，并且所述地面站激光通信终端包括一台地面站-卫星激光通信终端设备，某一时间段内，多颗卫星中的一颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备与所述地面站激光通信终端中的所述一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信；
或者，
所述地面站激光通信终端为一个，并且所述地面站激光通信终端包括至少两台地面站-卫星激光通信终端设备，第一时间段内，多颗卫星中的第一颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备与所述地面站激光通信终端中的第一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立第一激光链路通信，第二时间段内，在所述第一激光链路通信的同时，所述多颗卫星中的第二颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备与所述地面站激光通信终端中的第二台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信。
进一步的，
所述地面站激光通信终端为至少两个，并且每个所述地面站激光通信终端均包括一台地面站-卫星激光通信终端设备，某一时间段内，多颗卫星中与所述地面站激光通信终端数量相同的卫星的卫星-地面站激光通信终端设备分别与对应数量的所述地面站激光通信终端中的所述一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信；
或者，
所述地面站激光通信终端为至少两个，并且每个所述地面站激光通信终端均包括至少两台地面站-卫星激光通信终端设备，第一时间段内，多颗卫星中与所述地面站激光通信终端数量相同的卫星的卫星-地面站激光通信终端设备分别与对应数量的所述地面站激光通信终端中的第一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立第一激光链路通信，第二时间段内，在所述第一激光链路通信的同时，所述多颗卫星中另外与所述地面站激光通信终端数量相同的卫星-地面站激光通信终端设备分别与对应数量的所述地面站激光通信终端中的第二台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信。
进一步的，
当所述地面站激光通信终端包括一台地面站-卫星激光通信终端设备时，所述一台地面站-卫星激光通信终端设备的仰角为卫星对地张角；
当所述地面站激光通信终端包括至少两台地面站-卫星激光通信终端设备时，所述至少两台地面站-卫星激光通信终端设备的仰角组合为卫星对地张角。
进一步的，
所述地面站通信系统还包括数据通信接口，通过所述数据接口与飞行器服务平台中心服务器连接，将所述地面站通信系统接收的数据发送给所述飞行器服务平台中心服务器。
进一步的，
所述多颗卫星处于同一轨道面，或者，所述多颗卫星中的第一数量的卫星处于第一轨道面，第二数量的卫星处于第二轨道面；
处于同一轨道面相邻的两颗卫星通过直接连接和\或中继连接的方式进行激光通信链路的连接；处于不同轨道面的卫星，至少有一对卫星通过直接连接和\或中继连接的激光链路通信。
进一步的，
每颗卫星载有多台所述卫星-飞行器激光通信终端设备，所述多台所述卫星-飞行器激光通信终端设备按照预定的通信阵列排列。
进一步的，
设置卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度为卫星对地张角，则每一台卫星-飞行器激光通信终端设备均构成每颗卫星对地张角的通信覆盖；
或者，
设置卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度为大于0°小于卫星对地张角，则预定数量台卫星-飞行器激光通信终端设备构成每颗卫星对地张角的通信覆盖。
进一步的，
若所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度均为卫星对地张角，则所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备按照任意排列方式在每颗卫星中进行排列布局；
若所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度为大于0°小于卫星对地张角，则所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备按照第一预定排列方式在每颗卫星中进行排列布局；
若所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度包括大于0°小于卫星对地张角以及卫星对地张角，则所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备按照第二预定排列方式在卫星中进行混合排列布局。
进一步的，
所述飞行器为固定翼飞机、直升飞机、航空气球、飞艇、无人机、临近空间飞行器。
本发明提供的通信系统，基于激光通信终端设备，以激光为传输介质，实现地面站与卫星，卫星与卫星之间的通信连接，由于激光通信速率高，信息容量大，轻易就能达到10-40Gbps，相比现有技术中的无线电通信，在很大程度上提高了飞行器数据的传输速率，使得数据传输快速，极大的提高了乘客上网的体验。
并且每颗卫星又包括卫星与飞行器间通信的对地激光通信终端设备，以便卫星与飞行器设备建立激光通信，从而能够将飞行器自身数据以及地面上传的网络资源数据通过建立的激光链路进行传输，使得飞行器不再是一座信息孤岛，其数据能够被采集、传输以及分析利用，及时的发现和解决飞行器飞行中的问题，很大程度的降低了飞行器的管控和维护成本。
进一步的，空间激光通信链路无需审批，不受频谱限制，空间激光通信的可扩展性好。
更进一步的，进行激光通信的激光通信终端设备，光源功耗小，转换效率高，收发天线小，在设备体积、重量、功耗上具有优势。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种通信系统的组成结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的另一种通信系统的组成结构示意图；
图3示出了本发明实施例提供的另一种通信系统的组成结构示意图；
图4示出了本发明实施例提供的另一种通信系统的组成结构示意图；
图5示出了本发明实施例提供的另一种通信系统的组成结构示意图；
图6示出了本发明实施例提供的通信系统中卫星间通信的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种通信系统，如图1所示，包括：卫星通信系统1以及地面站通信系统2。
卫星通信系统1，包括多颗卫星，每颗卫星载有卫星间通信的星间激光通信终端设备，卫星与飞行器间通信的卫星-飞行器激光通信终端设备，以及卫星与地面站间通信的卫星-地面站激光通信终端设备；所述多颗通信卫星之间基于星间激光通信终端设备通过激光链路实现通信。
其中，通过所述多颗卫星的合理布局，实现卫星通信系统在某个轨道面，或者某些区域内卫星-地面站球的全通信覆盖。
另外，所述多个卫星的数量可以根据卫星-地面站球的高度以及通信覆盖度确定。在通信全覆盖的前提下，也可以根据运营需求和运营成本设置，具体的本发明实施例对此不进行限制。
地面站通信系统2，所述地面站通信系统包括与卫星进行通信的地面站激光通信终端，所述地面站激光通信终端包括地面站-卫星激光通信终端设备，基于所述地面站-卫星激光通信终端设备通过激光链路与卫星进行通信。
其中，本发明实施例中的一个地面站激光通信终端至少包括一台地面-卫星激光通信终端设备，使得某一时间段内，基于所述地面-卫星激光通信终端设备通过激光链路与卫星通信系统进行通信，基本实现数据的传输。
另外，在实施本发明实施例时，为了降低地面站激光通信终端接收多颗卫星下传的数据的压力，可以根据运营需求以及传输的数据量设置多个地面站激光通信终端，以便实现同一时间段内，多颗卫星分别同地面站通信系统的多个地面站激光通信终端同时通信。该地面站激光通信终端可以设置在陆地上，可以设置在不同的地理位置，也可以在同一地理位置设置多个地面站激光通信终端，具体的本发明实施例对此不进行限定，实施时，根据需求具体布局。
本发明提供的通信系统，基于激光通信终端设备，以激光为传输介质，实现地面站与卫星，卫星与卫星之间的通信连接，由于激光通信速率高，信息容量大，轻易就能达到10-40Gbps，相比现有技术中的无线电通信，在很大程度上提高了飞行器数据的传输速率和服务的用户数量，使得数据传输快速，极大的提高了乘客上网的体验。
并且每颗卫星又包括卫星与飞行器间通信的对地激光通信终端设备，以便卫星与飞行器设备建立激光通信，从而能够将飞行器自身数据以及地面上传的网络资源数据通过建立的激光链路进行传输，使得飞行器不再是一座信息孤岛，其数据能够被采集、传输以及分析利用，及时的发现和解决飞行器飞行中的问题，很大程度的降低了飞行器的管控和维护成本。
进一步的，空间激光通信链路无需审批，不受频谱限制，空间激光通信的可扩展性好。
更进一步的，进行激光通信的激光通信终端设备，光源功耗小，转换效率高，收发天线小，在设备体积、重量、功耗上具有优势。
如上所述的，为了实现飞行器的数据通信，本发明在设置激光通信的地面接收设备时，可以设置一个，也可以设置多个，本发明实施例以设置一个为例，具体阐述：如图2所示，所述地面站激光通信终端为一个，并且所述地面站激光通信终端包括一台地面站-卫星激光通信终端设备，某一时间段内，多颗卫星中的一颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备与所述地面站激光通信终端中的所述一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信。
上述的方式虽然能够实现数据的传输，但是，若某一时间段内仅有一台地面-卫星激光通信终端设备与卫星进行通信，当该颗卫星过顶之后，需要再与下一颗卫星建立激光通信，之后进行相关数据的传输，这样卫星与地面之间的数据传输只能间断性的进行。
进一步的，为了保证卫星与地面站之间不间断的进行数据传输，本发明实施例提供如下的方法，如图3所示，所述地面站激光通信终端为一个，并且所述地面站激光通信终端包括至少两台地面站-卫星激光通信终端设备，第一时间段内，多颗卫星中的第一颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备与所述地面站激光通信终端中的第一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信，第二时间段内，在所述第一颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备与第一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信的同时，所述多颗卫星中的第二颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备与所述地面站激光通信终端中的第二台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信。
其中，该处所述的第二时间段为一颗卫星即将离开地面站激光通信终端的服务区，并保持与该地面站激光通信终端的一台地面-卫星激光通信终端设备通信的时间段。
由于该种方式，在上述的一时间段内，两个卫星同时与一个地面站激光通信终端设备连接进行激光通信，一边的一个卫星将要离开地面站激光通信终端设备的服务器，一边是另一个卫星将要进入地面站激光通信终端设备的服务器，从而实现卫星之间与地面站激光通信终端设备的交接通信，实现卫星与地面站之间不间断的数据传输。
更进一步的，当卫星系统同时为多架飞行器进行服务时，会有海量的数据需要进行传输，一个地面站激光通信终端进行传输的压力比较大。为了进一步的实现数据的快速，高效的传输，本发明实施例还可以将所述地面站激光通信终端为至少两个，该至少两个地面站激光通信终端可以设置在陆地上，可以设置在不同的地理位置，也可以在同一地理位置设置多个地面站激光通信终端，具体的本发明实施例对此不进行限定，实施时，根据需求具体布局。
为实现上述功能，本发明实施例还提供如下的方法：如图4所示，
所述地面站激光通信终端为至少两个，并且每个所述地面站激光通信终端均包括一台地面站-卫星激光通信终端设备，某一时间段内，多颗卫星中的至少两颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备分别与至少两个所述地面站激光通信终端中的所述一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信。
上述的方式，在同一时间段内虽然有多个地面站激光通信终端与卫星同时进行通信，相比单个地面站激光通信终端增加了数据的传输量，但是，由于某一时间段内每个地面站激光通信终端仅有一台地面-卫星激光通信终端设备与卫星进行通信，当该颗卫星过顶之后，需要再与下一颗卫星建立激光通信，之后进行相关数据的传输，这样卫星与地面之间的数据传输只能间断性的进行。
进一步的，为了保证卫星与地面站之间不间断的进行数据传输，本发明实施例提供如下的方法，如图5所示，所述地面站激光通信终端为至少两个，并且每个所述地面站激光通信终端均包括至少两台地面站-卫星激光通信终端设备，第一时间段内，多颗卫星中的至少两颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备分别与对应数量的所述地面站激光通信终端中的第一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立第一激光链路通信，第二时间段内，在所述建立第一激光链路通信同时，所述多颗卫星中另外至少两颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备分别与对应数量的所述地面站激光通信终端中的第二台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信。
该处需要说明的是，为了实现地面站和卫星的捕获通信，当所述地面站激光通信终端包括一台地面站-卫星激光通信终端设备时，所述一台地面站-卫星激光通信终端设备的仰角为卫星对地张角；当所述地面站激光通信终端包括至少两台地面站-卫星激光通信终端设备时，所述至少两台地面站-卫星激光通信终端设备的仰角组合为卫星对地张角。
进一步的，所述地面站通信系统接收到卫星下发的飞行器数据之后，需要将海量的数据进行分析，才能有使用价值，故所述地面站通信系统还包括数据通信接口，通过所述数据接口与公共互联网网络连接，包括飞行器服务平台中心服务器，便于将所述飞行器数据发送至飞行器服务平台中心服务器，进而实现数据的分析和利用。
由于本发明实施例中的卫星为低轨卫星，该种低轨卫星距离地球的高度有限，故该卫星-地面站球的通信覆盖范围有限，进而一颗卫星无法实现预定数量飞行器激光通信的全覆盖，需要多颗卫星的空间布局，实现预定区域内的激光通信全覆盖，从而实现预定数量飞行器的激光通信服务。
基于上述原理，在对多颗卫星进行空间布局时，一般按照卫星的飞行轨道面进行，对处于同一轨道面的所述多颗卫星，相邻的卫星之间可以通过直接连接的方式进行激光通信链路的连接；其中，该种直接连接方式是便于激光的直接传输确定，避免激光传输的遮挡，该种直接连接的方式可以为拉手式的连接方式，具体的本发明实施例对此不进行限制，也可以为其他的拓扑结构形式。
该处需要说明的是，除了上述直接连接的方式以外，还可以通过中继连接的方式进行激光通信链路的连接。例如，两颗相互通信的卫星之间通过高轨卫星进行中继；具体的，本发明实施例对此不进行限制，也可以通过其他的卫星或者设备进行中继转接。
进一步的，为了使卫星通信能够为更多区域的飞行器进行激光通信服务，在进行多颗卫星的空间布局时，可能要进行多个轨道面卫星的布局，这样多颗卫星可能处于不同的轨道面上。为了实现所有多颗卫星间的相互通信，本发明实施例还提供如下的卫星布局以及卫星之间的通信方式，该通信方式具体为：
处于同一轨道面相邻的两颗卫星通过直接连接和\或中继连接的方式进行激光通信链路的连接；处于不同轨道面的卫星，至少有一对卫星通过直接连接和\或中继连接的激光链路通信。
该处需要说明的是，处于不同轨道面的卫星，每个轨道上的卫星间彼此之间是相关连接的；处于不同轨道面的卫星至少有一对卫星通过激光链路的实现通信连接，也可以有多对，但是基于运营成本因素，本发明实施例优选一对卫星。例如，如6所示，A卫星处于第一轨道面，B卫星处于第二轨道面，若需要实现第一轨道面和第二轨道面卫星间的通信，则可以将A卫星和B卫星实现连接，这样第一轨道面上的任一颗卫星，可以通过A卫星将数据传输到第二轨道面上的任一颗卫星；第二轨道面上的任一颗卫星，可以通过B卫星将数据传输到第一轨道面上的任一颗卫星；基于该种卫星组网方式，该卫星网络中的任一颗卫星实现了与地面站的激光通信，任意轨道面上任一颗卫星的数据都可以实现与地面站的通信传输。使得数据传输的灵活性更好。
该处同样需要说明的是，不同轨道面直接卫星的连接方式，除了直接连接以外，也可以通过中继的方式进行连接。
基于上述的说明，上述多颗卫星之间的通信，可以通过直接连接的方式进行，也可以通过中继连接的方式进行，也可以直接和中继两种方式混合的方式进行，具体实施时本发明实施例对此不进行限制，可以根据需求具体进行。
进一步的，
基于激光直线传输的特性，激光通信是一对一进行的，即一台卫星-飞行器激光通信终端设备与飞行器上的一台飞行器-卫星激光通信终端设备进行通信连接，换句话说，一台卫星-飞行器激光通信终端设备，在某一时刻只能为一架飞行器提供服务。在具体实施的过程中，若一颗卫星要为多架飞行器提供激光通信服务，则需要在一颗卫星中装载多台卫星-飞行器激光通信终端设备。
如上所述的，每颗卫星依据距离地球的高度，有一个覆盖地球通信的俯视角度，要想卫星通信得到最大程度的利用，能够扫描和捕获到与其通信的飞行器，卫星-飞行器激光通信终端设备的卫星-地面站球的俯视角度最好为卫星的卫星-地面站球的张角。根据这一原理，以及一颗卫星能够为多架飞行器提供服务这一思路，可以设置卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度为卫星对地张角，则一颗卫星中可以装载多台卫星对地张角的卫星-飞行器激光通信终端设备，每颗卫星对地张角的卫星-飞行器激光通信终端设备完成卫星对地张角的全覆盖。基于该种设置，所述每颗卫星中载有的多台卫星-飞行器激光通信终端设备可以按照任意排列方式在每颗卫星中进行排列布局。
进一步的，一台卫星-飞行器激光通信终端设备若实现卫星对地张角的全覆盖，则该卫星-飞行器激光通信终端设备的粗瞄准机构尺寸重量较大，导致卫星-飞行器激光通信终端设备的质量沉、体积大、成本高，在实际运营的过程中，发射卫星的成本是以重量为计算单位的，若在一颗卫星中布局的多台卫星-飞行器激光通信终端设备全部是卫星对地张角的卫星-飞行器激光通信终端设备，则在同样的卫星资源条件下，卫星-飞行器激光通信终端设备的数量少，从商业效益的角度并非最优。如何做到通信覆盖范围的最大化，能够服务的飞行器数量最多以及卫星研制发射成本最低。本发明实施例提供如下的方法解决上述问题。具体的为：在卫星中设置多台卫星-飞行器激光通信终端设备，每台卫星-飞行器激光通信终端设备覆盖一定的卫星覆盖角度，每颗卫星载有的预定数量的卫星-飞行器激光通信终端设备，组成每颗卫星对地张角的通信覆盖。其中，所述对地张角根据卫星距离地球的距离以及卫星到地球的切线夹角确定。
具体进行每颗卫星内多台卫星-飞行器激光通信终端设备的布局时，可以采用但不局限于以下的方式实现，该方式如下：设置卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度为大于0°小于卫星对地张角，则每颗卫星对地张角的通信覆盖由预定数量的具有对应大于0°小于卫星对地张角的卫星-飞行器激光通信终端设备组成。例如，设置卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度为30°，假如对地张角为120°，则至少4台俯视角度为30°的卫星-飞行器激光通信终端设备组成每颗卫星120°的通信覆盖。
基于上述卫星-飞行器激光通信终端设备俯视角度的设置，在进行卫星中多台卫星-飞行器激光通信终端设备的布局时，可以采用但不局限于以下的方式实现，该方式包括：
在一颗卫星中设置多组预定数量的大于0°小于卫星俯视角度的卫星-飞行器激光通信终端设备。而组数的设置可以由预定通信覆盖范围内，服务的飞行器的数量确定；例如，两台卫星-飞行器激光通信终端设备之间的夹角角度可以为15°。具体的，本发明实施例对此不进行限制。其中，该多组预定数量的大于0°小于卫星俯视角度的卫星-飞行器激光通信终端设备的具体角度，每组可以相同，也可以不同，具体的，本发明实施例对此也不进行限制。基于该种设置，所述每颗卫星中载有的多台卫星-飞行器激光通信终端设备组成多组由预定数量的大于0°小于卫星俯视角度的卫星-飞行器激光通信终端设备构成的通信阵列。所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备按照第一预定排列方式在每颗卫星中进行排列布局。其中，该第一预定排列方式可以为方形、菱形等阵列，具体的本发明实施例对此不进行限制，也可以为其他的排列方式。
除了上述两种方式外，在实际实施本发明实施例的过程中，一颗卫星覆盖的通信范围内，有一些区域的飞行器比较密集，航程距离比较短，这需要在该覆盖区域内设置尽量多通信服务覆盖角度相对较小的卫星-飞行器激光通信终端设备；有一些区域的飞行器分布比较稀疏，航程距离比较长，这需要在该服务区域内设置通信服务覆盖角度相对较大，甚至与卫星预定覆盖角度相同的卫星-飞行器激光通信终端设备。针对该种服务需求，本发明实施例还提供如下的卫星内部卫星-飞行器激光通信终端设备，具体为：设置多组预定数量的大于0°小于卫星俯视角度的卫星-飞行器激光通信终端设备以及卫星预定覆盖角度的卫星-飞行器激光通信终端设备。即该两种的卫星-飞行器激光通信终端设备的设置混合使用。基于该种设置，所述每颗卫星中载有的多台卫星-飞行器激光通信终端设备，组成多组由预定数量的大于0°小于卫星俯视角度的卫星-飞行器激光通信终端设备以及卫星预定覆盖角度的卫星-飞行器激光通信终端设备构成的通信阵列。所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备按照第二预定排列方式在卫星中进行混合排列布局。其中，该第二预定排列方式可以为方形、菱形等阵列，具体的本发明实施例对此不进行限制，也可以为其他的排列方式。
本发明提供的通信系统，基于激光通信终端设备，以激光为传输介质，实现地面站与卫星，卫星与卫星之间的通信连接，由于激光通信速率高，信息容量大，轻易就能达到10-40Gbps，相比现有技术中的无线电通信，在很大程度上提高了飞行器数据的传输速率和服务的用户数量，使得数据传输快速，极大的提高了乘客上网的体验。
并且每颗卫星又包括卫星与地面站间通信的对地激光通信终端设备，以便卫星与地面站设备建立激光通信，从而能够将飞行器自身数据以及地面上传的网络资源数据通过建立的激光链路进行传输，使得飞行器不再是一座信息孤岛，其数据能够被采集、传输以及分析利用，及时的发现和解决飞行器飞行中的问题，很大程度的降低了飞行器的管控和维护成本。
进一步的，空间激光通信链路无需审批，不受频谱限制，空间激光通信的可扩展性好。
更进一步的，进行激光通信的激光通信终端设备，光源功耗小，转换效率高，收发天线小，在设备体积、重量、功耗上具有优势。
进一步的，本发明实施例中，每颗卫星可以承载多颗卫星-飞行器激光通信终端设备，实现一颗卫星同时为多架飞行器提供通信服务，提高了卫星通信的使用价值，降低了卫星运行的运营成本。
更进一步的，每颗卫星载有多台所述卫星-飞行器激光通信终端设备可以设置为不同俯视角度的激光通信终端设备，使得卫星承载的激光通信终端设备灵活性较强，使得运营的可操作性强。并且，由于卫星载有的卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度可调节范围较广泛，当选择的俯视角度较小时，使得卫星-飞行器激光通信终端设备的旋转角度更小，可以从某些层面上减少卫星-飞行器激光通信终端设备转换设备的重量，在一定程度上降低了卫星发射的成本。
并且，本发明实施例中，在地面站可以设置组成卫星俯视角度的多个地面站-卫星激光通信终端设备，使得地面站-卫星激光通信终端设备的设置比较灵活。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种通信系统，其特征在于，包括：
卫星通信系统，包括多颗卫星，每颗卫星载有卫星间通信的星间激光通信终端设备，卫星与飞行器间通信的卫星-飞行器激光通信终端设备，以及卫星与地面站间通信的卫星-地面站激光通信终端设备；所述多颗通信卫星之间基于星间激光通信终端设备通过激光链路实现通信；
地面站通信系统，所述地面站通信系统包括与卫星进行通信的地面站激光通信终端，所述地面站激光通信终端包括地面站-卫星激光通信终端设备，基于所述地面站-卫星激光通信终端设备通过激光链路与卫星进行通信。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，
所述地面站激光通信终端为一个，并且所述地面站激光通信终端包括一台地面站-卫星激光通信终端设备，某一时间段内，多颗卫星中的一颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备与所述地面站激光通信终端中的所述一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信；
或者，
所述地面站激光通信终端为一个，并且所述地面站激光通信终端包括至少两台地面站-卫星激光通信终端设备，第一时间段内，多颗卫星中的第一颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备与所述地面站激光通信终端中的第一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立第一激光链路通信，第二时间段内，在所述第一激光链路通信的同时，所述多颗卫星中的第二颗卫星的卫星-地面站激光通信终端设备与所述地面站激光通信终端中的第二台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，
所述地面站激光通信终端为至少两个，并且每个所述地面站激光通信终端均包括一台地面站-卫星激光通信终端设备，某一时间段内，多颗卫星中与所述地面站激光通信终端数量相同的卫星的卫星-地面站激光通信终端设备分别与对应数量的所述地面站激光通信终端中的所述一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信；
或者，
所述地面站激光通信终端为至少两个，并且每个所述地面站激光通信终端均包括至少两台地面站-卫星激光通信终端设备，第一时间段内，多颗卫星中与所述地面站激光通信终端数量相同的卫星的卫星-地面站激光通信终端设备分别与对应数量的所述地面站激光通信终端中的第一台飞行器-卫星激光通信终端设备建立第一激光链路通信，第二时间段内，在所述第一激光链路通信的同时，所述多颗卫星中另外与所述地面站激光通信终端数量相同的卫星-地面站激光通信终端设备分别与对应数量的所述地面站激光通信终端中的第二台飞行器-卫星激光通信终端设备建立激光链路通信。
4.根据权利要求2或3所述的通信系统，其特征在于，
当所述地面站激光通信终端包括一台地面站-卫星激光通信终端设备时，所述一台地面站-卫星激光通信终端设备的仰角为卫星对地张角；
当所述地面站激光通信终端包括至少两台地面站-卫星激光通信终端设备时，所述至少两台地面站-卫星激光通信终端设备的仰角组合为卫星对地张角。
5.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，所述地面站通信系统还包括数据通信接口，通过所述数据接口与飞行器服务平台中心服务器连接，将所述地面站通信系统接收的数据发送给所述飞行器服务平台中心服务器。
6.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，
所述多颗卫星处于同一轨道面，或者，所述多颗卫星中的第一数量的卫星处于第一轨道面，第二数量的卫星处于第二轨道面；
处于同一轨道面相邻的两颗卫星通过直接连接和\或中继连接的方式进行激光通信链路的连接；处于不同轨道面的卫星，至少有一对卫星通过直接连接和\或中继连接的激光链路通信。
7.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于，
每颗卫星载有多台所述卫星-飞行器激光通信终端设备，所述多台所述卫星-飞行器激光通信终端设备按照预定的通信阵列排列。
8.根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，
设置卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度为卫星对地张角，则每一台卫星-飞行器激光通信终端设备均构成每颗卫星对地张角的通信覆盖；
或者，
设置卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度为大于0°小于卫星对地张角，则预定数量台卫星-飞行器激光通信终端设备构成每颗卫星对地张角的通信覆盖。
9.根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，
若所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度均为卫星对地张角，则所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备按照任意排列方式在每颗卫星中进行排列布局；
若所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度为大于0°小于卫星对地张角，则所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备按照第一预定排列方式在每颗卫星中进行排列布局；
若所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备的俯视角度包括大于0°小于卫星对地张角以及卫星对地张角，则所述多台卫星-飞行器激光通信终端设备按照第二预定排列方式在卫星中进行混合排列布局。
10.根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，
所述飞行器为固定翼飞机、直升飞机、航空气球、飞艇、无人机、临近空间飞行器。
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