CN108923838A - 共轨主从分布式geo通信卫星系统架构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，包括共享单个轨位资源的主星和多个从星，所述主星和从星采用协同分布式的空间布局，主星提供对用户的直接服务，从星仅与系统架构内的主星之间进行数据交互，在一定技术方向上提供能力增强，不对用户直接提供服务。本发明可以应用于宽带通信卫星系统、中继卫星系统等的构建，也可以应用于具有类似需求的GEO遥感卫星系统。

Description

共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构
技术领域
本发明涉及一种共轨主从分布式GEO通信卫星系统的架构，该架构可以应用到GEO宽带通信卫星系统、GEO中继卫星系统等的构建中，也可以应用于具有类似需求的GEO遥感卫星系统。
背景技术
我国卫星通信需求日益增强与GEO轨位资源有限、卫星通信容量欠缺的矛盾日益加深，需在资源受限的条件下研究多星共轨技术、无互扰多业务通信系统技术、多星协同增强技术等。为此，需要开展共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构设计。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，满足用户的需求，系统弹性强、灵活性高、通信容量大、在轨数据处理及存储能力强。
本发明所提供的技术方案如下：
一种共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，包括共享单个轨位资源的主星和多个从星，所述主星和从星采用协同分布式的空间布局，主星提供对用户的直接服务，从星仅与系统架构内的主星之间进行数据交互，在一定技术方向上提供能力增强，不对用户直接提供服务。
所述主星为质量在3000～5000kg的中型卫星，所述从星为质量在＜500kg的微小卫星。
所述主星为1～2颗，占用70Km的GEO轨位资源，配置包括微波宽带通信载荷、数据中继载荷、激光通信载荷、天基测控载荷或星上处理系统，实现宽带数据通信、高速数据中继或中低轨航天器天基测控业务，主星之间采用≥10Gbps的高速激光链路保持数据交互，通过共轨控制策略保持相对位置关系。
从星采用微波或者激光星间链路与主星互联，以空分多址结合时分复用的方式共享微波链路，以波分复用结合时分复用的方式共享激光链路。
主星携带Ka频段相控阵载荷、S频段天基测控载荷、星间和星地激光载荷，结合微小卫星的实时相对监测测量，自主保持相对位置稳定，宽带通信业务由Ka频段相控阵天线、偏馈式反射面天线实现，数据中继业务由激光通信终端、Ka频段相控阵天线实现，天基测控业务采用S频段相控阵天线提供。
从星采用全电推的方式进行轨位维持，极大程度上减小卫星的规模和质量，使用“运载+上面级”实现一箭多星或者附着在主星上发射入轨。
从星包括数据处理增强星、数据存储增强星、协同监测与控制星及扩展新业务卫星，数据处理增强星实现初步通信能力的构建，数据存储增强星补充通信容量、馈电能力及天基测控能力，协同监测与控制星提高多节点共位的测控能力及时效性。
从星均具备自主管理运行能力，在应急状态下可运行20天以上。
主星与从星的距离控制在20km以内，具有可靠的通信链路。
从星对地面仅配置应急测控天线，主要的业务载荷分布于侧面，仅与主星进行相关的数据交互。
本发明采用以上技术方案，提供了一种共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，可以承载多类高增益相控阵天线、多个星间/星地激光终端、多个大口径反射面天线、星上数据处理系统和数据存储系统、高效交换系统等，完全满足用户高速灵活宽带通信、高速数据中继、天基全球测控及新技术试验的需求，具有系统弹性强、灵活性高、通信容量大、在轨数据处理及存储能力强等优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明共轨主从分布式GEO通信卫星系统一实施例的顶层架构示意图；
图2是中型卫星构型示意图；
图3是微小卫星构型示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提出一种共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，该架构为一种多颗卫星共享单个轨位、多颗微小卫星(＜500kg)协同配合中型主星(3000～5000kg)的分布式卫星系统架构。
该架构中，1～2颗中型主星占用70Km的GEO轨位资源。2颗中型卫星的情况下，二者之间采用高速激光链路(≥10Gbps)保持数据交互，通过共轨控制策略保持相对位置关系。
微小卫星采用微波或者激光星间链路(ISL)与中型主星互联，以空分多址结合时分复用的方式共享微波链路，以波分复用结合时分复用的方式共享激光链路。微小卫星采用电推进系统保持与中型卫星相对位置稳定，减小推进系统重量的同时又可保障微小卫星5年以上寿命。
如图1所示实施例，共轨主从分布式GEO通信卫星系统由多颗卫星构成，合理分布于XX轨位：
根据工程技术能力约束及用户的业务需求，中型卫星可以由1～2颗卫星构成，配置微波宽带通信载荷、数据中继载荷、激光通信载荷、天基测控载荷和星上处理系统等，重点实现宽带数据通信、高速数据中继、中低轨航天器天基测控等业务。
在2颗中型卫星的情况下，2星之间通过高速激光链路进行数据交互。二者共享单个轨位资源，采用姿轨控策略保持最大间隔不超过60km。2颗星根据承载能力、业务类型进行功能划分，均具备对地通信载荷系统，合理设计进行干扰抑制。
中型卫星的宽带通信业务由Ka频段相控阵天线、偏馈式反射面天线实现，数据中继业务由激光通信终端、Ka频段相控阵天线实现，天基测控业务采用S频段相控阵天线提供，其基本的构型设计如图2所示。
根据用户业务需求，从系统弹性、灵活性出发，微小卫星可发展数据处理增强星、数据存储增强星、协同监测与控制星及其它新业务卫星，如图1和图3所示：
数据处理增强星为实现遥感卫星、科学试验卫星数据的在轨提取、处理及融合提供充足的计算能力。
数据存储增强星通过智能分析数据的使用特点及频次，存储必要的用户数据，便于数据的及时分发，提高系统时效性。
协同监测与控制星通过共轨多星的姿态、相对位置等监测，辅以地面控制系统指令，实现分布式星群系统的高效管控。
新业务卫星根据用户的需求予以扩展，便于以较低成本开展新技术的在轨试验验证。
微小卫星与中型主星的距离控制在20km以内，在能源受限的条件下实现高速率的数据交互。微小卫星仅与主星进行通信，不对用户直接提供服务。对地面仅配置应急测控天线，主要的业务载荷分布于侧面，与主星进行相关的数据交互。
微小卫星均具备自主管理运行能力，在应急状态下可运行20天以上。
该架构中，中型主星按照15年的寿命进行设计，微小卫星的寿命按照5年进行设计，由后续的补网进行能力替换升级。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，其特征在于，包括共享单个轨位资源的主星和多个从星，所述主星和从星采用协同分布式的空间布局，主星提供对用户的直接服务，从星仅与系统架构内的主星之间进行数据交互，在一定技术方向上提供能力增强，不对用户直接提供服务。
2.根据权利要求1所述的共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，其特征在于，所述主星为质量在3000～5000kg的中型卫星，所述从星为质量在＜500kg的微小卫星。
3.根据权利要求1所述的共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，其特征在于，所述主星为1～2颗，占用70Km的GEO轨位资源，配置包括微波宽带通信载荷、数据中继载荷、激光通信载荷、天基测控载荷或星上处理系统，实现宽带数据通信、高速数据中继或中低轨航天器天基测控业务，主星之间采用≥10Gbps的高速激光链路保持数据交互，通过共轨控制策略保持相对位置关系。
4.根据权利要求2所述的共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，其特征在于，从星采用微波或者激光星间链路与主星互联，以空分多址结合时分复用的方式共享微波链路，以波分复用结合时分复用的方式共享激光链路。
5.根据权利要求3所述的共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，其特征在于，主星携带Ka频段相控阵载荷、S频段天基测控载荷、星间和星地激光载荷，结合微小卫星的实时相对监测测量，自主保持相对位置稳定，宽带通信业务由Ka频段相控阵天线、偏馈式反射面天线实现，数据中继业务由激光通信终端、Ka频段相控阵天线实现，天基测控业务采用S频段相控阵天线提供。
6.根据权利要求1所述的共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，其特征在于，从星采用全电推的方式进行轨位维持，极大程度上减小卫星的规模和质量，使用“运载+上面级”实现一箭多星或者附着在主星上发射入轨。
7.根据权利要求1所述的共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，其特征在于，从星包括数据处理增强星、数据存储增强星、协同监测与控制星及扩展新业务卫星，数据处理增强星实现初步通信能力的构建，数据存储增强星补充通信容量、馈电能力及天基测控能力，协同监测与控制星提高多节点共位的测控能力及时效性。
8.根据权利要求1所述的共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，其特征在于，从星均具备自主管理运行能力，在应急状态下可运行20天以上。
9.根据权利要求1所述的共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，其特征在于，主星与从星的距离控制在20km以内，具有可靠的通信链路。
10.根据权利要求1所述的共轨主从分布式GEO通信卫星系统架构，其特征在于，从星对地面仅配置应急测控天线，主要的业务载荷分布于侧面，仅与主星进行相关的数据交互。
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