CN109450521B - 星间接入方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供的一种星间接入方法及装置，方法包括：利用获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围；在与GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线，建立第一激光链路，通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO。本发明实施例提前启动LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线进行光路对准，建立第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO，避免因星间频繁切换造成传输突发数据包过程中时延增大，提高了LEO与GEO之间的数据传输的效率。

Description

星间接入方法及装置
技术领域
本发明涉及卫星光通信技术领域，特别是一种星间接入方法及装置。
背景技术
星载光突发交换网络主要由三部分构成：天基骨干网、天基接入网及地基网。地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit，GEO)卫星构成天基骨干网；近地轨道(Low EarthOrbit，LEO)卫星构成天基接入网；不同类型(Internet Protocol，IP)数据包的地面接入用户和实现信息管控的地面站构成地基网。
参考图1，GEO与LEO包括多个光学天线，其中，该光学天线包括：用于接收和发送光波。光学发射天线和光学接收天线，GEO与LEO的通过星间光学天线进行光路对准，建立GEO与LEO之间的激光链路。地面接入用户通过微波链路发送突发数据包至LEO，LEO将汇聚后的突发数据包通过激光链路传输至GEO，突发数据包在GEO进行交换后，GEO再下发突发数据包至地面接入用户，实现地面接入用户与GEO的数据传输。
GEO与LEO处于不断地高速运动，GEO与LEO相对位置不断发生变化，现有技术通过不断调整GEO与LEO的星间光学天线指向，但是GEO与LEO的星间光学天线转动角度有限，GEO与LEO的光学天线并不能每个时间段完全对准。在LEO上的光学发射天线超出了GEO上的光学收发天线的某个时间段的扫描范围的情况下，LEO传输突发数据包就会中断。一般现有技术为了保证突发数据包传输不中断，需要及时进行星间切换，但是频繁的星间切换，造成传输突发数据包过程中时延增大，降低了传输效率。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种星间接入方法及装置，通过提前启动LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线进行光路对准，建立第一激光链路以提高LEO通过激光链路传输数据的效率。具体技术方案如下：
本发明实施例提供了一种星间接入方法应用于近地轨道LEO，包括：
获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围；
在与所述GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由LEO的备用光学天线与GEO的一根光学天线，建立第一激光链路，该一根光学天线为GEO的光学天线中，可与LEO的备用光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路的任一根光学天线；
通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO。
可选的，由LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线，建立第一激光链路，包括：
启动LEO的备用光学天线，与GEO一根光学天线预先进行光路对准，建立第一激光链路。
可选的，由LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线，建立第一激光链路，包括：
启动LEO的备用光学天线，实时与GEO一根光学天线进行光路对准，建立第一激光链路。
可选的，在与GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线，建立第一激光链路，包括：
针对每个LEO，判断在有限时间内该LEO即将运行的位置是否处于GEO当前光学天线的覆盖范围外；
如果在有限时间内，该LEO即将运行的位置处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，该LEO与GEO的通信即将中断，则启动该LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路。
可选的，获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围之后，方法还包括：
如果在有限时间内，LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外，则判断LEO即将运行的位置是否处于GEO剩余的所有光学天线的覆盖范围外，如果是，则进行星间切换。
可选的，在与GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线，建立第一激光链路，包括：
针对多个LEO中的每个LEO及与该LEO通信的每个GEO，如果该LEO即将处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，则LEO与GEO的通信即将中断，基于LEO及GEO当前时间的运行速度与运行航向角，分别计算LEO与GEO之间的相对运行速度及相对运行航向角；
启动LEO的备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第一次向第一区域发送信号光；第一校正瞄准角度为LEO基于该GEO即将运行的轨迹设置的瞄准角度；
如果该LEO捕获到GEO回馈的信号光，则该LEO通过一备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第二次向GEO发送信号光与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路；GEO回馈的信号光是GEO捕获到该LEO向第一区域发送的信号光后，通过调整自身一光学天线，按照第二校正瞄准角度向该LEO回馈的；第二校正瞄准角度在第一校正瞄准角度的预设范围内。
可选的，在如果该LEO捕获到GEO回馈的信号光，则该LEO通过一备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第二次向GEO发送信号光与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路的步骤之后，方法还包括：
针对多个LEO中的每个LEO及与该LEO通信的每个GEO，将该LEO即将运行的轨迹发送给该GEO，并将获取的GEO即将运行的轨迹发送给该LEO，以使LEO与GEO通过互相覆盖的光学天线跟踪对方，进行实时光路对准。
可选的，LEO通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO，包括：
LEO通过第一激光链路，将合为一路的N×M个光码分多址CDMA地址码，经由LEO的光发天线发送至GEO，以使GEO使用波分复用WDM技术，将接收到的合为一路的N×M个光CDMA地址码进行分解为N×M个光CDMA地址码；N个光CDMA地址码对应N个地面接入用户，合为一路的N×M个光CDMA地址码是通过CDMA技术，在光域内将频谱划分为M波长信道，在M个波长信道上将N个光CDMA地址码进行编码，得到N×M个光CDMA地址码，将N×M个光CDMA地址码，使用波分复用WDM技术合为一路后的地址码。
可选的，在使用CDMA技术，在光域内将频谱划分为M波长信道之后，方法包括：
LEO共享M个波长信道中的每一个波长信道。
本发明实施例提供了一种星间接入装置，应用于近地轨道LEO，包括：
获取模块，用于获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围；
管理模块，用于在与GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由LEO的备用光学天线与GEO的一根光学天线，建立第一激光链路，该一根光学天线为GEO的光学天线中，可与LEO的备用光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路的任一根光学天线；
转发模块，用于通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO。
可选的，管理模块具体用于：
启动LEO的备用光学天线，与GEO一根光学天线预先进行光路对准，建立第一激光链路。
可选的，管理模块具体用于：
启动LEO的备用光学天线，实时与GEO一根光学天线进行光路对准，建立第一激光链路。
可选的，管理模块具体用于：
针对每个LEO，判断在有限时间内该LEO即将运行的位置是否处于GEO当前光学天线的覆盖范围外；
如果在有限时间内，该LEO即将运行的位置处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，该LEO与GEO的通信即将中断，则启动该LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路。
可选的，本发明实施例提供的一种星间接入装置还包括：
切换模块，具体用于：
如果在有限时间内，LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外，则判断LEO即将运行的位置是否处于GEO剩余的所有光学天线的覆盖范围外，如果是，则进行星间切换。
可选的，管理模块具体用于：
针对多个LEO中的每个LEO及与该LEO通信的每个GEO，如果该LEO即将处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，则LEO与GEO的通信即将中断，基于LEO及GEO当前时间的运行速度与运行航向角，分别计算LEO与GEO之间的相对运行速度及相对运行航向角；
启动LEO的备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第一次向第一区域发送信号光；第一校正瞄准角度为LEO基于该GEO即将运行的轨迹设置的瞄准角度；
如果该LEO捕获到GEO回馈的信号光，则该LEO通过一备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第二次向GEO发送信号光与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路；GEO回馈的信号光是GEO捕获到该LEO向第一区域发送的信号光后，通过调整自身一光学天线，按照第二校正瞄准角度向该LEO回馈的；第二校正瞄准角度在第一校正瞄准角度的预设范围内。
可选的，本发明实施例提供的一种星间接入装置还包括：
跟踪模块，具体用于：针对多个LEO中的每个LEO及与该LEO通信的每个GEO，将该LEO即将运行的轨迹发送给该GEO，并将获取的GEO即将运行的轨迹发送给该LEO，以使LEO与GEO通过互相覆盖的光学天线跟踪对方，进行实时光路对准。
可选的，转发模块具体用于：
LEO通过第一激光链路，将合为一路的N×M个光CDMA地址码，经由LEO的光发天线发送至GEO，以使GEO使用WDM技术，将接收到的合为一路的N×M个光CDMA地址码进行分解为N×M个光CDMA地址码；
其中，N个光CDMA地址码对应N个地面接入用户，合为一路的N×M个光CDMA地址码是通过CDMA技术，在光域内将频谱划分为M波长信道，在M个波长信道上将N个光CDMA地址码进行编码，得到N×M个光CDMA地址码，将N×M个光CDMA地址码，使用波分复用WDM技术合为一路后的地址码。
可选的，本发明实施例提供的一种星间接入装置还包括：
共享模块，具体用于：
LEO共享M个波长信道中的每一个波长信道。
在本发明实施的又一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一所述的星间接入方法。
在本发明实施的又一方面，本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一所述的星间接入方法。
本发明实施例提供的一种星间接入方法及装置，利用获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围；在与所述GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线，建立第一激光链路，通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO。相比于现有技术，本发明实施例在与GEO进行光学通信的LEO即将处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，提前启动LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线进行光路对准，建立第一激光链路，LEO通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO，避免因星间频繁切换造成传输突发数据包过程中时延增大，提高了LEO与GEO之间的数据传输的效率。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为现有技术的星载光突发交换网络体系结构示意图；
图2为本发明实施例提供的星间接入方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的LEO启动备用天线的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的LEO与GEO进行光路对准的示意图；
图5本发明实施例提供的LEO与GEO进行捕获的原理示意图；
图6为本发明实施例提供的LEO与GEO双向捕获的流程示意图；
图7为本发明实施例提供的GEO及LEO的进行编码通信的示意图；
图8为本发明实施例提供的LEO的编码示意图；
图9为本发明实施例提供的GEO解码示意图；
图10为本发明实施例提供的星间切换的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的LEO及GEO通过互相覆盖的光学天线跟踪对方的示意图；
图12为本发明实施例提供的星间接入装置的结构图；
图13为本发明实施例提供的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
本发明实施例提供的一种星间接入方法及装置，应用于近地轨道LEO，利用获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围；在与GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线，建立第一激光链路，通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO。相比于现有技术，本发明实施例在与GEO进行光学通信的LEO即将处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，提前启动LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线进行光路对准，建立第一激光链路，LEO通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO，避免因星间频繁切换造成传输突发数据包过程中时延增大，提高了LEO与GEO之间的数据传输的效率。
本发明实施例提供的一种星间接入方法，应用于通信设备，进一步通信设备可以为通信卫星、卫星服务器等。在此不做限定，任何可以实现本发明的通信设备，均属于本发明的保护范围。
下面继续对本发明实施例提供的一种星间接入方法作简单介绍。
如图2所示，本发明实施例的一种星间接入方法，应用于近地轨道LEO，包括：
S201，获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围；
其中，光学天线包括：光学发射天线及光学接收天线。光学天线的覆盖范围指的是在光学天线能够转动的最大角度内所能扫描的区域。光学天线根据情况可采用反射式的卡塞格林型反射式天线或透射式天线，由于光学天线的转动角度范围有限，只能实现一定立体空间的扫描和指向。
参考图3，GEO光学天线的覆盖范围为圆圈实线所示。
S202，在与GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由LEO的备用光学天线与GEO的一根光学天线，建立第一激光链路，该一根光学天线为GEO的光学天线中，可与LEO的备用光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路的任一根光学天线；
其中，第一激光链路区别于与GEO当前光学收发天线与LEO当前收发天线建立的激光链路，第一激光链路为LEO传输突发数据包即将中断时，LEO的备用光学天线与GEO的一根光学天线建立的激光链路。
其中，LEO的备用光学天线的数量由人为设定，且LEO中相邻光学天线的夹角度数相同，相邻光学天线的夹角度数之和为360度。
参考图3，假设图3中LEO卫星有主天线和备用天线，当LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，LEO的备用光学天线与GEO的一根光学天线建立第一激光链路。
为了提高建立第一激光链路的速度，可以采用如下至少一种可能的实现方式建立第一激光链路：
在一种可能的实施方式中，可以启动LEO的备用光学天线，与GEO一根光学天线预先进行光路对准，建立第一激光链路，以节省进行光路对准的时间。
在另一种可能的实施方式中，可以启动LEO的备用光学天线，实时与GEO一根光学天线进行光路对准，建立第一激光链路，以提高建立第一激光链路的实时性。
S203，通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO。
本发明实施在与GEO进行光学通信的LEO即将处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，提前启动LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线进行光路对准，建立第一激光链路，LEO通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO，避免因星间频繁切换造成传输突发数据包过程中时延增大，提高了LEO与GEO之间的数据传输的效率。
为了提高了LEO与GEO之间的数据传输的效率，上述S202可以采用如下至少一种可能的实现方式建立第一激光链路：
在一种可能的实施方式中，可以通过如下步骤建立第一激光链路：
步骤一：针对每个LEO，判断在有限时间内该LEO即将运行的位置是否处于GEO当前光学天线的覆盖范围外；
其中，有限时间为人为根据行业经验设定的时间值，例如10分钟、1小时等等。
步骤二：如果在有限时间内，该LEO即将运行的位置处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，该LEO与GEO的通信即将中断，则启动该LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路。
本实施方式通过判断在有限时间内该LEO即将运行的位置是否处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，决定LEO是否启动备用光学天线与GEO进行光路对准，建立第一激光链路。
在另一种可能的实施方式中，可以通过如下步骤建立第一激光链路：
步骤一：针对多个LEO中的每个LEO及与该LEO通信的每个GEO，如果该LEO即将处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，则LEO与GEO的通信即将中断，基于LEO及GEO当前时间的运行速度与运行航向角，分别计算LEO与GEO之间的相对运行速度及相对运行航向角；
其中，LEO获得每个GEO与每个LEO当前时间的轨道姿态数据，轨道姿态数据包括：运行速度、运行航向角及运行的位置；基于LEO及GEO当前时间的运行速度与运行航向角，分别计算LEO与GEO之间的相对运行速度及相对运行航向角，基于LEO的轨道姿态数据确定LEO即将运行的轨迹。
参考图4，卫星A为LEO，卫星B为GEO，卫星A从S1经过S2，至S3的方向运动，卫星A根据获得的卫星B的运动轨道数据，计算LEO与GEO之间的相对运行速度及相对运行航向角，进行S1至GEO的方向进行初始瞄准，卫星A在预定时间后即将运动到S3位置，此时卫星A在初始瞄准的方向上加入提前瞄准角度
Figure BDA0001899204260000101
来补偿卫星A的位置移动，造成瞄准角度误差。
步骤二：启动LEO的备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第一次向第一区域发送信号光；
其中，第一校正瞄准角度为LEO基于该GEO即将运行的轨迹设置的瞄准角度；第一区域为捕获不确定区域。
参考图5，在发射终端卫星A与卫星B的视轴初始瞄准阶段，卫星A的光学天线不能稳定精确地瞄准到卫星B，卫星A与B之间的真实连线(Line of Sight，LOS)在初始瞄准方向存在一定的夹角，该夹角称为初始偏置角θc。对于卫星A，卫星B是以一定的概率密度分布在一个固定区域内，该固定区域称为捕获不确定区域(Field of Uncertaint，FOU)。为加以区分，卫星B的捕获不确定区域为FOV。
捕获不确定区的大小主要由发射终端卫星A视轴在空间内的总指向误差及捕获概率来决定的。而视轴的总指向误差与初始偏置角的分布密切关联，初始偏置角的大小主要受平台姿态误差、轨道预误差、姿态解算误差、ATP伺服转台视轴指向误差共同影响。若设平台姿态误差、轨道预误差、姿态解算误差、ATP伺服转台视轴指向误差的标准差分别为σ1、σ2、σ3、σ4，则视轴指向初始偏置角的标准差
Figure BDA0001899204260000102
初始偏置角在径向服从瑞利分布，若其概率密度函数
Figure BDA0001899204260000103
依据概率分布理论，卫星B出现在捕获不确定区域内的概率大小，就是捕获不确定区对卫星B覆盖概率Pu为
Figure BDA0001899204260000104
其中，θu为捕获不确定区半角，反演Pu公式，得出捕获不确定区大小
Figure BDA0001899204260000105
在一种可能的实施方式中，LEO预先获知GEO当前时间运行速度、运行航向角及运行的位置，可以预估GEO即将运行的轨迹，从LEO至GEO方向的瞄准角度作为第一校正瞄准角度。
步骤三：如果该LEO捕获到GEO回馈的信号光，则该LEO通过一备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第二次向GEO发送信号光与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路；
其中，GEO回馈的信号光是GEO捕获到该LEO向第一区域发送的信号光后，通过调整自身一光学天线，按照第二校正瞄准角度向该LEO回馈的；第二校正瞄准角度在第一校正瞄准角度的预设范围内。
参考图5及图6，卫星A作为发射端，按照第一校正瞄准角度第一次向第一区域FOU发送信号光，对接收端卫星B进行扫描；卫星B在接收视场FOV区域以凝视方式接收卫星A发来的光信号，卫星B一旦捕获到卫星A发送的光信号，按照第二校正瞄准角度向卫星A发射回馈光信号；当卫星A收到卫星B回馈的信号光后，卫星A与卫星B均将瞄准角度控制在第一校正瞄准角度方向附近。卫星A按照第一校正瞄准角度方向附近第二次发射信号光与卫星B进行光路对准完成双向捕获。
本实施方式通过启动LEO的备用光学天线，LEO按照第一校正瞄准角度第一次向第一区域发送信号光，当接收到GEO回馈的信号光后，LEO再次按照第一校正瞄准角度向GEO发送信号光，实现与GEO的双向捕获，节省LEO与GEO进行光路对准的时间，提高LEO与GEO建立第一激光链路的效率。
在再一种可能的实施方式中，可以通过如下步骤建立第一激光链路：
步骤一：针对多个LEO中的每个LEO及与该LEO通信的每个GEO，如果该LEO即将处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，则LEO与GEO的通信即将中断，基于LEO及GEO当前时间的运行速度与运行航向角，分别计算LEO与GEO之间的相对运行速度及相对运行航向角；
其中，LEO获得每个GEO与每个LEO当前时间的轨道姿态数据，轨道姿态数据包括：运行速度、运行航向角及运行的位置；基于LEO及GEO当前时间的运行速度与运行航向角，分别计算LEO与GEO之间的相对运行速度及相对运行航向角。
步骤二：启动LEO的备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第一次向第一区域发送信号光；
其中，第一校正瞄准角度为LEO基于该GEO即将运行的轨迹设置的瞄准角度。
如果该LEO捕获到GEO回馈的信号光，则该LEO通过一备用光学天线，按照第三校正瞄准角度第二次向GEO发送信号光与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路；
其中，GEO回馈的信号光是GEO捕获到该LEO向第一区域发送的信号光后，通过调整自身一光学天线，按照第二校正瞄准角度向该LEO回馈的；第三校正瞄准角度为LEO根据接收到的GEO回馈的信号光的方向调整后的瞄准角度；第二校正瞄准角度及第三校正瞄准角度在第一校正瞄准角度的预设范围内。
参考图5及图6，第一步，卫星A作为发射端，依据星历表及GEO即将运行的轨迹进行初始对准；第二步卫星A扫描，卫星B凝视，该步骤可以具体包括：卫星A按照设置的第一校正瞄准角度第一次向第一区域FOU发送信号光，对接收端卫星B进行扫描，卫星B在接收视场FOV区域以凝视方式接收卫星A发来的光信号；第三步，卫星B探测到光信号，同时发送回馈光信号，单端捕获建立，该步骤可以具体包括：卫星B一旦捕获探测到卫星A发送的光信号，卫星B会进行应答，按照第二校正瞄准角度向卫星A发射回馈光信号，此时单端捕获建立；第四步，卫星A第二次发射光信号，实现双端捕获，该步骤可以具体包括：当卫星A捕获卫星B回馈的信号光后，卫星A调整第一校正瞄准角度至第三校正瞄准角度，卫星A按照第三校正瞄准角度第二次向卫星B发射信号光，与卫星B进行光路对准完成双向捕获，此时卫星A与卫星B建立双端捕获。
本实施方式通过启动LEO的备用光学天线，LEO按照第一校正瞄准角度第一次向第一区域发送信号光，当接收到GEO回馈的信号光后，LEO调整第一校正瞄准角度至第三校正瞄准角度向GEO发送信号光，实现与GEO的双向捕获，提高了LEO与GEO进行光路对准的准确率。
为了提高传输效率，S203可以通过以下方式实现：
在一种可能的实施方式中，LEO通过第一激光链路，将合为一路的N×M个光CDMA(CodeDivisionMultipleAccess，码分多址)地址码，经由LEO的光发天线发送至GEO，以使GEO使用WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)技术，将接收到的合为一路的N×M个光CDMA地址码进行分解为N×M个光CDMA地址码。
其中，N个光CDMA地址码对应N个地面接入用户，合为一路的N×M个光CDMA地址码是通过CDMA技术，在光域内将频谱划分为M波长信道，在M个波长信道上将N个光CDMA地址码进行编码，得到N×M个光CDMA地址码，将N×M个光CDMA地址码，使用波分复用WDM技术合为一路后的地址码。
其中，LEO采用光CDMA技术，GEO采用WDM技术。在波长信道上进行光CDMA信号共享的混合方式，该方式在整个频域范围内是波分复用，而在每一个波长信道内是码分复用，因此能够承载更多的用户、支持可变速率传输、可以承载各种业务。把含有光地址码的N×M个光路信号合为一路，然后通过第一激光链路经由LEO的光发天线发送至GEO，以使GEO使用WDM解复用技术，将接收到的合为一路的N×M个光CDMA地址码进行分解为N×M个光CDMA地址码。整个网络的用户数是光WDM中的波长数和光CDMA中地址码数的乘积。
参考图7，以GEO1为例：GEO1具有波长可调谐的发射机和编码器和波长固定为λ1...λM的接收机和固定码字的解码器。各个GEO下面的LEO接入网通过分配不同的下行波长加以区分。因此，不同的LEO接入网可使用同一套地址码。当GEO1中的用户1要和GEO1中的用户2通信时，GEO1的发射机调谐到波长λ1，编码器调谐到编码器1，然后开始发送数据。当GEO1中的用户1和GEO2中的用户2进行通信时，发送方将发射机的波长调谐到λ2，编码器调谐到编码器2。
参考图8，设有M个波长、每个波长对应N个编码器，即N个光CDMA地址码。N个光CDMA地址码分别在不同的波长上进行编码，得到N×M个地址码。N×M路光信号经一个合束器及WDM复用器合为一路，由光学发射天线发射到GEO。
参考图9，GEO将接收到的N×M个光CDMA地址码送入耦合模块，然后分别经WDM解复用器和分束器后送入解码器，最后解出N×M个光CDMA地址码，得到光信号。
本实施方式LEO通过第一激光链路，将合为一路的N×M个光CDMA地址码，经由LEO的光发天线发送至GEO，使得GEO使用WDM技术，将接收到的合为一路的N×M个光CDMA地址码，得到光信号，提高了LEO与GEO之间传输的效率。
为了提高LEO与GEO之间数据传输的效率，在获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围之后，本发明实施例提供的一种星间接入方法还包括：
如果在有限时间内，LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外，则判断LEO即将运行的位置是否处于GEO剩余的所有光学天线的覆盖范围外，如果是，则进行星间切换。
例如，星间切换的过程参考图10进行说明：如果在有限时间内，LEO1即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外，并且LEO即将运行的位置处于GEO剩余的所有光学天线的覆盖范围外，LEO1与GEO之间已经无法建立激光链路，此时LEO2位于的当前光学天线的覆盖范围内，LEO1将自身的信息发转给LEO2，LEO2与GEO进行光路对准，建立激光链路。
本实施方式判断如果在有限时间内，LEO即将运行的位置处于GEO所有光学天线的覆盖范围外，则进行星间切换。本实施方式可以提高LEO与GEO之间数据的传输效率，同时可以保证LEO与GEO的通信不中断。
为了提高LEO与GEO之间的数据传输的效率，在如果LEO捕获到GEO回馈的信号光，则该LEO通过一备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第二次向GEO发送信号光与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路的步骤之后，本发明实施例提供的一种星间接入方法还包括：
针对多个LEO中的每个LEO及与该LEO通信的每个GEO，将该LEO即将运行的轨迹发送给该GEO，并将获取的GEO即将运行的轨迹发送给该LEO，以使LEO与GEO通过互相覆盖的光学天线跟踪对方，进行实时光路对准。
其中，即将运行的轨迹为基于卫星的运行速度、运行航向角及运行的位置，预估出的当前时间后的预设时间内，卫星运行的轨迹。
参考图11，卫星A及卫星B上都配备探测器1及探测器2，实现初步捕获之后，会进入跟踪阶段。粗跟踪阶段：卫星A及B上的二维伺服转台调整视轴指向，实现光学天线大范围的扫描。精跟踪阶段：卫星A及B上的快速反射镜，能根据星历表等信息预测提前瞄准角度
Figure BDA0001899204260000151
卫星A及B驱动自身的光学天线，调整ATP视轴互相对准对方，进行跟踪。此时卫星A及B的二维伺服转台不断调整，进一步使光斑逐步进入到粗跟踪探测器1的视场，当跟踪探测器1探测到光斑信号，建立粗跟踪。卫星A及B通过不断地调整，将光斑始终维持在探测器1的中心附近。粗跟踪环的跟踪视场越大越好，卫星A及B用相同的信号光进行跟踪。探测器1通过开窗技术，可以实现帧频和视场的快速切换，当光斑进入到探测器1的视场范围时，建立精跟踪，使光斑稳定地出现在探测器1的视场内，从而建立精跟踪并开始互相通信。
本实施方式该LEO即将运行的轨迹发送给该GEO，并将获取的GEO即将运行的轨迹发送给该LEO，以使LEO与GEO通过互相覆盖的光学天线跟踪对方，进行实时光路对准，提高光路对准的实时性，节省LEO与GEO之间数据传输的时间。
为了提高LEO与GEO之间的数据传输的效率，在使用CDMA技术，在光域内将频谱划分为M波长信道之后，本发明实施例提供的一种星间接入方法还包括：
LEO共享M个波长信道中的每一个波长信道。
本实施方式通过共享M个波长信道中的每一个波长信道可以为更多的用户提供服务。
下面继续对本发明实施例提供的一种星间接入装置作简单介绍。
本发明实施例提供的一种星间接入装置，应用于近地轨道LEO，包括：
获取模块1201，用于获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围；
管理模块1202，用于在与GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由LEO的备用光学天线与GEO的一根光学天线，建立第一激光链路，该一根光学天线为GEO的光学天线中，可与LEO的备用光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路的任一根光学天线；
转发模块1203，用于通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO。
可选的，管理模块具体用于：
启动LEO的备用光学天线，与GEO一根光学天线预先进行光路对准，建立第一激光链路。
可选的，管理模块具体用于：
启动LEO的备用光学天线，实时与GEO一根光学天线进行光路对准，建立第一激光链路。
可选的，管理模块具体用于：
针对每个LEO，判断在有限时间内该LEO即将运行的位置是否处于GEO当前光学天线的覆盖范围外；
如果在有限时间内，该LEO即将运行的位置处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，该LEO与GEO的通信即将中断，则启动该LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路。
可选的，本发明实施例提供的一种星间接入装置还包括：
切换模块，具体用于：
如果在有限时间内，LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外，则判断LEO即将运行的位置是否处于GEO剩余的所有光学天线的覆盖范围外，如果是，则进行星间切换。
可选的，管理模块具体用于：
针对多个LEO中的每个LEO及与该LEO通信的每个GEO，如果该LEO即将处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，则LEO与GEO的通信即将中断，基于LEO及GEO当前时间的运行速度与运行航向角，分别计算LEO与GEO之间的相对运行速度及相对运行航向角；
启动LEO的备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第一次向第一区域发送信号光；第一校正瞄准角度为LEO基于该GEO即将运行的轨迹设置的瞄准角度；
如果该LEO捕获到GEO回馈的信号光，则该LEO通过一备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第二次向GEO发送信号光与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路；GEO回馈的信号光是GEO捕获到该LEO向第一区域发送的信号光后，通过调整自身一光学天线，按照第二校正瞄准角度向该LEO回馈的；第二校正瞄准角度在第一校正瞄准角度的预设范围内。
可选的，本发明实施例提供的一种星间接入装置还包括：
跟踪模块，具体用于：针对多个LEO中的每个LEO及与该LEO通信的每个GEO，将该LEO即将运行的轨迹发送给该GEO，并将获取的GEO即将运行的轨迹发送给该LEO，以使LEO与GEO通过互相覆盖的光学天线跟踪对方，进行实时光路对准。
可选的，转发模块具体用于：
LEO通过第一激光链路，将合为一路的N×M个光CDMA地址码，经由LEO的光发天线发送至GEO，以使GEO使用WDM技术，将接收到的合为一路的N×M个光CDMA地址码进行分解为N×M个光CDMA地址码；
其中，N个光CDMA地址码对应N个地面接入用户，合为一路的N×M个光CDMA地址码是通过CDMA技术，在光域内将频谱划分为M波长信道，在M个波长信道上将N个光CDMA地址码进行编码，得到N×M个光CDMA地址码，将N×M个光CDMA地址码，使用波分复用WDM技术合为一路后的地址码。
可选的，本发明实施例提供的一种星间接入装置还包括：
共享模块，具体用于：
LEO共享M个波长信道中的每一个波长信道。
本发明实施例还提供了一种应用于近地轨道LEO的电子设备，如图13所示，包括处理器1301、通信接口1302、存储器1303和通信总线1304，其中，处理器1301，通信接口1302，存储器1303通过通信总线1304完成相互间的通信，
存储器1303，用于存放计算机程序；
处理器1301，用于执行存储器1303上所存放的程序时，实现如下步骤：
获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围；
在与GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由LEO的备用光学天线与GEO的一根光学天线，建立第一激光链路，该一根光学天线为GEO的光学天线中，可与LEO的备用光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路的任一根光学天线；
通过第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至GEO。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种应用于近地轨道LEO的计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的一种星间接入方法。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的应用于近地轨道LEO的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的一种星间接入方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置/电子设备/计算机可读存储介质/计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种星间接入方法，其特征在于，应用于近地轨道LEO，所述方法包括：
获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围；
在与所述GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于所述GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由所述LEO的备用光学天线与GEO的一根光学天线，建立第一激光链路，该一根光学天线为GEO的光学天线中，可与LEO的备用光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路的任一根光学天线；
通过所述第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至所述GEO。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线，建立第一激光链路，包括：
启动LEO的备用光学天线，与GEO一根光学天线预先进行光路对准，建立第一激光链路。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线，建立第一激光链路，包括：
启动LEO的备用光学天线，实时与GEO一根光学天线进行光路对准，建立第一激光链路。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述在与所述GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于所述GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由所述LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线，建立第一激光链路，包括：
针对每个LEO，判断在有限时间内该LEO即将运行的位置是否处于GEO当前光学天线的覆盖范围外；
如果在有限时间内，该LEO即将运行的位置处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，该LEO与GEO的通信即将中断，则启动该LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围之后，所述方法还包括：
如果在有限时间内，所述LEO即将运行的位置处于GEO的当前光学天线的覆盖范围外，则判断LEO即将运行的位置是否处于GEO剩余的所有光学天线的覆盖范围外，如果是，则进行星间切换。
6.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述在与所述GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于所述GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由所述LEO的备用光学天线与GEO一根光学天线，建立第一激光链路，包括：
针对多个LEO中的每个LEO及与该LEO通信的每个GEO，如果该LEO即将处于GEO当前光学天线的覆盖范围外，则LEO与GEO的通信即将中断，基于LEO及GEO当前时间的运行速度与运行航向角，分别计算LEO与GEO之间的相对运行速度及相对运行航向角；
启动LEO的备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第一次向第一区域发送信号光；所述第一校正瞄准角度为LEO基于该GEO即将运行的轨迹设置的瞄准角度；
如果该LEO捕获到GEO回馈的信号光，则该LEO通过所述备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第二次向所述GEO发送信号光与所述GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路；所述GEO回馈的信号光是GEO捕获到该LEO向第一区域发送的信号光后，通过调整自身一光学天线，按照第二校正瞄准角度向该LEO回馈的；所述第二校正瞄准角度在所述第一校正瞄准角度的预设范围内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述如果该LEO捕获到GEO回馈的信号光，则该LEO通过所述备用光学天线，按照第一校正瞄准角度第二次向所述GEO发送信号光与所述GEO一根光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路的步骤之后，所述方法还包括：
针对多个LEO中的每个LEO及与该LEO通信的每个GEO，将该LEO即将运行的轨迹发送给该GEO，并将获取的GEO即将运行的轨迹发送给该LEO，以使LEO与GEO通过互相覆盖的光学天线跟踪对方，进行实时光路对准。
8.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述LEO通过所述第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至所述GEO，包括：
LEO通过第一激光链路，将合为一路的N×M个光码分多址CDMA地址码，经由LEO的光发天线发送至所述GEO，以使所述GEO使用波分复用WDM技术，将接收到的合为一路的N×M个光CDMA地址码进行分解为N×M个光CDMA地址码；N个光CDMA地址码对应N个地面接入用户，所述合为一路的N×M个光CDMA地址码是使用CDMA技术，在光域内将频谱划分为M波长信道，在M个波长信道上将N个光CDMA地址码进行编码，得到N×M个光CDMA地址码，将N×M个光CDMA地址码，使用波分复用WDM技术合为一路后的地址码。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使用所述CDMA技术，在光域内将频谱划分为M波长信道之后，所述方法包括：
LEO共享M个波长信道中的每一个波长信道。
10.一种星间接入装置，其特征在于，应用于近地轨道LEO，所述装置包括：
获取模块，用于获取地球同步轨道GEO的当前光学天线的覆盖范围；
管理模块，用于在与所述GEO进行光学通信的近地轨道LEO即将运行的位置处于所述GEO的当前光学天线的覆盖范围外的情况下，由所述LEO的备用光学天线与GEO的一根光学天线，建立第一激光链路，该一根光学天线为GEO的光学天线中，可与LEO的备用光学天线重新进行光路对准，建立第一激光链路的任一根光学天线；
转发模块，用于通过所述第一激光链路，将汇聚后的突发数据包转发至所述GEO。
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