CN112953618B - 一种基于星间自适应距离变化数据传输的tdma编队卫星系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，可以实现基于TDMA体制编队卫星系统大距离跨度下星间自适应动态距离变化的数据传输。基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统中编队卫星成员基于TDMA同步组网后完成拓扑发现，编队卫星系统成员依据拓扑组成完成周围卫星成员的通信距离测量，编队卫星系统卫星成员在需要传输数据时根据通信距离测量值自适应选择数据元帧类型，在编队卫星间通信距离测量和编队卫星间数据自适应距离变化数据传输过程中迭代收集拓扑信息和拓扑信息维护，以实现星间自适应距离变化的数据传输。

Description

一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统

技术领域

本发明属于自组织无线通信领域，涉及一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，可用于大跨度通信距离拓扑构型和拓扑构型准动态变化的环境中。

背景技术

编队卫星系统协同飞行，依据功能角色搭载相应载荷，星间网络互联互通，提升网络的服务能力，扩充网络的服务范围，有效地弥补单星在轨运行存在的各种不足，从而构建一个功能完善、性能稳定的空间服务系统。编队卫星系统没有固定的拓扑构型。面对复杂空间任务时，如对地某重点目标的多信息识别与确认，要求大量空间资源同时被调用，此时编队卫星系统拓扑构型比较集中，星间距离较近；面对分散的小型空间任务时，比如高频次的对地侦察侦察任务时，编队卫星系统拓扑构型相应的分散，星间距离拉的很远。基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统支持在60千米至数3000千米范围内变化，拓扑有聚合模式、接力模式、混合模式等多种构型，以及拓扑构型的准动态变化。基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统完成不同拓扑构型下的稳定组网和自适应距离变化数据传输的功能。

在星间通信距离变化数据传输方法中，现有的方式一般是星上遥控等方式控制传输速率的方法实现自适应数据传输。专利“星间距离大跨度变化星载TDMA系统多速率业务时隙分配方法”(申请号：201610942307.2，公开号：CN106452645A)是星间距离大跨度变化星载TDMA系统多速率业务时隙分配方法，其TDMA系统包括一个中心节点和多个成员节点，按照约定的超帧格式，各个节点在各自固定的广播时隙和控制时隙轮流发送广播信号和控制信号，业务时隙则由中心节点根据成员节点需求动态分配给业务信道。业务信道采用统一的MAC帧结构，在低速的其它模式下，将若干个时隙合并为一个时隙进行使用，合并后时隙内的比特安排与原单个时隙的比特安排相同。该专利采用自适应的方式支持星间距离的大跨度变化和传输速率大跨度的变化，时隙资源使用效率高，分配灵活，通用性强，能有效解决空间航天器组网的MAC层设计的问题。专利“近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输系统及方法”(申请号：201811162543.8，公开号：CN109379167A)提供了一种基于DVB-S2协议的可变编码调制数据传输系统及方法，充分利用近地遥感卫星数据传输的链路资源，采用可变编码调制(VCM)体制，充分利用系统链路余量，提高卫星星地数据传输效能；利用DVB-S2协议，在满足误码率和链路余量的条件下，选择最优的编码调制方式，使得单位时间内所传输的有效信息量最大。本专利提出的方法可以最大限度地适应由于近地遥感卫星的轨道变化所带来的不断变化的信道条件和信道容量，在有限的频谱资源上传输更多的数据信息，十分适合应用于近地遥感卫星对地数据传输。

针对基于TDMA体制系统下的大跨度编队卫星星间自适应距离变化的数据传输方法。星间自适应距离变化的数据传输方法采用动态保护间隔的最大可变数量编码块的方法，实现基于TDMA体制的多种拓扑结构编队卫星的大跨度的星间自适应数据传输，能容忍一定的TDMA同步精度误差。该方法具有简单，可操作性强，可靠性较高等特点，多种拓扑结构编队卫星的大跨度的星间自适应数据传输。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，设计的TDMA编队卫星系统具有星间自适应距离变化的数据传输功能。

本发明解决的技术方案为：一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，包括：若干卫星成员，若干卫星成员能够形成卫星编队；卫星成员各自按照预定轨道进行运行，同时根据任务需要进行轨道或姿态机动，任意两个卫星成员间位置距离范围为60千米至3000千米，卫星成员通过自组织方式建立TDMA网络，利用建立的TDMA网络，根据任务需求进行成员间自适应通信距离变化的数据传输。

优选的，还能够利用建立的TDMA网络，根据任务需求进行成员间多跳转发的数据传输。

优选的，卫星成员间在完成TDMA网络建立后，按照固定时间片(即TDMA时隙)进行通信，每个时间片长度为T_slot，每个时间片传输一个元帧；元帧包含同步头、帧编码指示、帧载荷和保护间隔。同步头用于元帧的帧同步；帧编码指示表示元帧类型和帧载荷信息格式；帧载荷为元帧传输的数据，帧载荷由多个编码块组成，多个编码块串行排布，每个编码块长度固定；保护间隔用于时间片碰撞防护，保护间隔中不发送数据

优选的，保护间隔与需要通信的两个卫星成员间通信距离和TDMA网络同步精度相关。

优选的，元帧按类型分为控制元帧和数据元帧，通过帧编码指示进行区分，其中数据元帧用于承载成员间的传输数据，控制元帧用于传输控制信息。元帧类型逐帧可调。控制元帧类型支持卫星成员间最大通信距离的传输通信，控制元帧根据控制功能进一步细分为网络维护请求控制元帧、网络维护应答控制元帧、通信距离测量请求控制元帧、通信距离测量响应控制元帧。网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧包含卫星编号信息、卫星时间信息。编队卫星成员通过网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧成TDMA系统时间基准成员选取、成员控制时隙获取、成员同步组网及网络维护和拓扑发现。数据元帧，用于承载成员间的传输数据，数据元帧类型依据TDMA编队卫星系统卫星成员间通信距离进行划分。

优选的，卫星成员根据周围成员拓扑信息，通过成员间通信距离测量信道进行卫星成员间通信距离测量，成员间通信距离测量信道为一对请求-响应信道，每个卫星成员具有请求信道和响应信道，在一个超帧周期中，每个成员分配固定的成员间通信距离测量信道，当某个成员需要进行通信距离测量时，通信距离测量发起卫星成员在其通信距离测量请求控制元帧发送时间片发送请求，其中包含发起卫星成员卫星编号，接收卫星成员卫星编号，发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员根据通信距离测量请求控制元帧中目的卫星编号信息过滤并选出目的卫星编号为接收卫星成员编号相同的通信距离测量请求控制元帧，接收卫星成员收到通信距离测量请求控制元帧后，向通信距离测量发起卫星成员反馈通信距离测量响应控制元帧，通信距离测量响应控制元帧包含发起卫星成员卫星编号，接收卫星成员卫星编号，发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员本地时间信息，接收卫星成员接收到通信距离测量请求控制元帧的时刻信息。接收卫星成员在通信距离测量响应控制元帧时间片上反馈。通信距离测量发起卫星成员在接收到反馈的通信距离测量响应控制元帧后，更具发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员本地时间信息，接收卫星成员接收到通信距离测量请求控制元帧的时刻信息，发起卫星成员接收通信距离测量响应控制元帧的时刻信息计算出通信距离测量发起卫星成员与接收成员的通信距离，实现通信距离测量。。

优选的，当编队卫星成员间需要进行数据传输时，依据数据传输的收发卫星成员的通信距离，选择适合该收发卫星成员通信距离的数据元帧类型进行数据传输。在数据传输过程中，迭代进行通信距离测量，通信距离发生变化后，依据新的通信距离自适应的选择适合当前时刻通信距离的数据元帧类型。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统各卫星成员按照预定轨道进行运行，同时根据任务需要进行轨道或姿态机动，任意两个卫星成员间位置距离范围为60千米至3000千米，星间通信通信距离大且距离变化大，特别是TDMA编队卫星系统对通信时延要求苛刻的系统，本发明通过动态测量相邻卫星成员通信距离测量和选择合适的传输元帧，以适应TDMA编队卫星系统通信距离远和距离变化大数据传输问题。现有技术支持的通信距离范围下，不能满足大范围距离变化需求。

(2)本发明基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统在传输元帧类型选择上采用按距离区段划分进行选择，在分区段切换划分方式上按照成员间通信距离范围均匀或非均匀划分和相邻区间段相互不重叠或相邻区间段可以存在重叠等2个维度4种组合划分方式，以满足不同任务需求的自适应传输策略。现有技术支持的通信距离范围小，不需要进行通信距离分段划分。

(3)本发明基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统在元帧类型切换时采用容忍设计，即在元帧类型切换临界点上采用一定的反馈和迟滞机制，容忍范围测量异常和自适应传输平滑过渡，以保证传输的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为编队卫星拓扑示意图；

图2为元帧与时间片关系示意图。

图3为星间自适应距离变化数据传输方法方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，基于TDMA体制的编队卫星系统星间自适应距离变化的数据传输方法主要包括：编队卫星成员TDMA时间同步及拓扑发现、TDMA编队卫星系统卫星成员间通信距离测量、TDMA编队卫星系统卫星成员间数据自适应距离变化数据传输等。这种方法可以实现基于TDMA体制编队卫星系统大距离跨度下星间自适应动态距离变化的数据传输。基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统中编队卫星成员基于TDMA同步组网后完成拓扑发现，编队卫星系统成员依据拓扑组成完成周围卫星成员的通信距离测量，编队卫星系统卫星成员在需要传输数据时根据通信距离测量值自适应选择数据元帧类型，在编队卫星间通信距离测量和编队卫星间数据自适应距离变化数据传输过程中迭代收集拓扑信息和拓扑信息维护，以实现星间自适应距离变化的数据传输。

如图1所示，基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统支持在60千米至数3000千米范围内相邻卫星的通信，在无需地面遥测遥控或中继遥控遥测支持干预下，TDMA编队卫星系统自适应完成星间数据传输，进而完成编队协调工作任务，同时保证星间数据传输的可靠性和稳定性。

本发明为一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，包括：若干卫星成员，若干卫星成员能够形成卫星编队；卫星成员各自按照预定轨道进行运行，同时根据任务需要进行轨道或姿态机动，任意两个卫星成员间位置距离范围为60千米至3000千米，卫星成员通过自组织方式建立TDMA网络，利用建立的TDMA网络，根据任务需求进行成员间自适应通信距离变化的数据传输。

其中自组织建立TDMA网络的方式如下：

卫星成员完成各自的初始化设置，侦听周围卫星成员信息，依据卫星编号选取时间基准卫星成员(卫星编号小的优先作为时间基准卫星成员)，其他非时间基准卫星成员向时间基准卫星成员申请入网并与时间基准卫星成员完成TDMA时间同步，同时维护与时间基准卫星的同步，完成与时间基准卫星成员同步的所有卫星构成TDMA编队卫星系统。

其中据任务需求进行成员间自适应通信距离变化的数据传输需求如下：

TDMA编队卫星系统根据任务需求，在任务过程中，各个卫星按照任务需求中分工，产生需要交互的通信数据，通信数据量依据具体的任务而定，基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统根据需要通信的两个卫星间的通信距离，自适应选择适合通信传输时刻的卫星距离的元帧类型，将本次的通信数据传输交互。基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统还能够依据元帧中的目的卫星号和配置的目的卫星号转发表，根据任务需求进行成员间多跳转发的数据传输。

基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统在完成TDMA网络建立后，按照固定时间片(即TDMA时隙)进行通信，每个时间片长度为T_slot，每个时间片传输一个元帧；

元帧包含帧同步头、帧编码指示、帧载荷和保护间隔，如图2所示。帧同步头用于元帧的帧同步；帧编码指示表示元帧类型和帧载荷信息格式；帧载荷为元帧传输的数据，帧载荷由多个编码块组成，多个编码块串行排布，每个编码块长度固定；保护间隔用于时间片碰撞防护，保护间隔中不发送数据。TDMA编队卫星系统卫星成员发送元帧的起始时刻与固定时间片起始时刻对齐，为了TDMA编队卫星系统卫星成员元帧在空间传输中无线信号不相互影响，卫星成员元帧中除保护间隔的以外的所有信息发送的无线信号不存在时间上的交叠，即卫星成员发送方输出无线信号到卫星成员接收方接收完成一个元帧(包含帧同步头、帧编码指示和帧载荷，不含保护间隔)的无线信号的时间段内，没有其他卫星成员发送元帧的无线信号，即不存在无线信号的碰撞。基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统时间片防护时间T_prot与需要通信的两个卫星成员间通信距离L和TDMA编队卫星系统同步精度T_syn相关，其中：

C为光速。

元帧按类型分为控制元帧和数据元帧，通过帧编码指示进行区分，其中数据元帧用于承载成员间的传输数据，控制元帧用于传输控制信息。元帧类型逐帧可调。控制元帧类型支持卫星成员间最大通信距离的传输通信，控制元帧根据控制功能进一步细分为网络维护请求控制元帧、网络维护应答控制元帧、通信距离测量请求控制元帧、通信距离测量响应控制元帧。网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧包含卫星编号信息、卫星时间信息。完成自组织建立TDMA网络的TDMA编队卫星系统的各卫星成员获得发送网络维护请求控制元帧、网络维护应答控制元帧、通信距离测量请求控制元帧、通信距离测量响应控制元帧的4个固定时间片后即为TDMA编队卫星系统网络建立，获取成员的4个控制时隙。TDMA编队卫星系统总共划分为P个时间片，即时间片(即TDMA时隙)周期为P，其中：

P＝Y×(4+D_slot)

Y为TDMA编队卫星系统卫星成员数目，D_slot标示数据元帧时间片分配因子。

TDMA编队卫星系统时间片采用元帧-复帧-超帧的组织方式。元帧占1个时间片(1个TDMA时隙)，(4+D_slot)个时间片组成复帧，M个复帧构成一个超帧。各个时间片按时间轴依次排布。

数据元帧类型依据TDMA编队卫星系统卫星成员间通信距离进行划分，设计为M种类型，每类型包含N_i(i＝1，2，…，M)个编码块，编码块N_i计算方法如下：

N_i＝[(T_slot-L_imax/C-T_frmh-T_tfi-T_syn)/T_bcode]_向下取整

其中：

T_slot：时间片时长；

L_imax：通信距离区段i的最大通信距离(i＝1，2，…，M)；

C：无线电波自由空间传波速度；

T_frmh：元帧同步头时长；

T_tfi：元帧编码指示时长；

T_syn：TDMA系统同步精度；

T_bcode：编码块时长。

队卫星成员间通信距离进行划分支持以下支持方式：

方式1：队卫星成员间通信距离范围均匀划分为(L'₀,L'₁)，(L'₁,L'₂)，…，(L'_i-1,L'_i)，(i＝1,2,...,M)，共计M段，相邻区间段相互不重叠；

方式2：队卫星成员间通信距离范围均匀划分为(L'₀,L'₁)，(L'₁,L'₂)，…，(L'_i-1,L'_i)，(i＝1,2,...,M)，共计M段，相邻区间段可以存在重叠，相邻区间段重叠的距离范围自定义，满足L'₀<L'₁<...<L'_i(i＝1,2,...,M)；

方式3：队卫星成员间通信距离范围非均匀划分为(L'₀,L'₁)，(L'₁,L'₂)，…，(L'_i-1,L'_i)，(i＝1,2,...,M)，共计M段，相邻区间段相互不重叠；

方式4：队卫星成员间通信距离范围非均匀划分为(L'₀,L'₁)，(L'₁,L'₂)，…，(L'_i-1,L'_i)，(i＝1,2,...,M)，共计M段，相邻区间段可以存在重叠，相邻区间段重叠的距离范围自定义，，满足L'₀<L'₁<...<L'_i(i＝1,2,...,M)。

通信距离范围(L'_i-1,L'_i)对应到编码块数为N_i，(i＝1,2,...,M)。

如图3所示，本发明设计基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统自适应距离变化数据传输方法主要包括：编队卫星成员TDMA时间同步及拓扑发现、TDMA编队卫星系统卫星成员间通信距离测量、TDMA编队卫星系统卫星成员间数据自适应距离变化数据传输。

步骤一：TDMA编队卫星系统编队卫星成员TDMA时间同步及拓扑发现

卫星成员完成各自的初始化设置，侦听周围卫星成员信息，依据卫星编号选取时间基准卫星成员(卫星编号小的优先作为时间基准卫星成员)，其他非时间基准卫星成员向时间基准卫星成员申请入网并与时间基准卫星成员完成TDMA时间同步，同时维护与时间基准卫星的同步，完成与时间基准卫星成员同步的所有卫星构成TDMA编队卫星系统。

TDMA编队卫星系统卫星成员通过网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧广播卫星编号，依据卫星编号(卫星编号小的优先作为时间基准卫星成员)选取时间基准卫星成员，其他非时间基准卫星成员通过网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧与时间基准卫星成员交互完成TDMA时间同步。与时间基准卫星成员完成TDMA时间同步的非时间基准卫星成员获得时间基准卫星成员分配的网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧后续的周期发送时间片(即TDMA时隙)，以及用于通信距离测量请求控制元帧和通信距离测量响应控制元帧的发送时间片(即TDMA时隙)。各卫星成员获得发送网络维护请求控制元帧、网络维护应答控制元帧、通信距离测量请求控制元帧、通信距离测量响应控制元帧的4个固定时间片后即为TDMA编队卫星系统网络建立，完成成员4个控制时隙获取及成员同步组网。

卫星成员接收到其他成员发送的元帧后，根据帧编码指示和帧载荷信息提取帧中的卫星编号，建立该成员周围成员的卫星编号信息，每次收到其他成员的卫星编号后，更新周围成员的卫星编号信息表，即完成拓扑发现。

TDMA编队卫星系统完成TDMA时间同步及拓扑发现后，TDMA编队卫星系统卫星成员完成元帧发送时刻相对TDMA编队卫星系统时间基准成员一致，TDMA编队卫星系统卫星成员间的同步精度为T_syn。TDMA编队卫星系统卫星成员根据元帧接收情况获取周围可见成员的拓扑信息，拓扑信息维护不区分元帧是否本卫星成员接收元帧。拓扑信息在通信过程中持续维护，若编队卫星成员j可以接收到成员i的信息，则拓扑信息中D_i→j为1，若编队卫星成员i和j不可见，则拓扑信息中D_i→j为0，若连续N_err个超帧周期成员j未接收到成员i的信息，则拓扑信息中D_i→j为0。

TDMA编队卫星系统卫星成员在完成成员控制时隙获取和成员同步组网组网后，为了保持网络稳定，按超帧周期进行网络维护，网络维护过程与TDMA编队卫星系统编队卫星成员TDMA时间同步及拓扑发现相同。

步骤二：TDMA编队卫星系统卫星成员间通信距离测量

TDMA编队卫星系统卫星成员根据拓扑发现的周围成员卫星编号表，通过通信距离测量请求控制元帧和通信距离测量响应控制元帧在各成员对应的时间片上进行卫星成员间通信距离测量。通信距离测量请求控制元帧发送时间片为请求信道，通信距离测量响应控制元帧发送时间片为响应信道。请求信道和响应信道为成员间通信距离测量信道，进行卫星成员间通信距离测量，成员间通信距离测量信道为一对请求-响应信道。在一个超帧周期中，每个成员分配固定的成员间通信距离测量信道。当某个成员需要进行通信距离测量时，通信距离测量发起卫星成员在其通信距离测量请求控制元帧发送时间片发送请求，其中包含发起卫星成员卫星编号，接收卫星成员卫星编号，发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员根据通信距离测量请求控制元帧中目的卫星编号信息过滤并选出目的卫星编号为接收卫星成员编号相同的通信距离测量请求控制元帧，接收卫星成员收到通信距离测量请求控制元帧后，向通信距离测量发起卫星成员反馈通信距离测量响应控制元帧，通信距离测量响应控制元帧包含发起卫星成员卫星编号，接收卫星成员卫星编号，发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员本地时间信息，接收卫星成员接收到通信距离测量请求控制元帧的时刻信息。接收卫星成员在通信距离测量响应控制元帧时间片上反馈。通信距离测量发起卫星成员在接收到反馈的通信距离测量响应控制元帧后，更具发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员本地时间信息，接收卫星成员接收到通信距离测量请求控制元帧的时刻信息，发起卫星成员接收通信距离测量响应控制元帧的时刻信息计算出通信距离测量发起卫星成员与接收成员的通信距离，实现通信距离测量。在拓扑信息中D_i→j为1时，TDMA编队卫星系统卫星成员j向成员i发送通信距离测量请求控制元帧，成员i收到通信距离测量请求控制元帧后向成员j反馈通信距离测量响应控制元帧，从而获得成员i与成员j的通信距离值L_1ijk，结合标定的距离0值L₀，测量获得第k次成员i与成员j的通信距离值L_ijk(L_ijk＝L_1ijk-L₀，k＝1，2，…)，通过统计平均算法对L_ijk进行均滑计算，获得成员i与成员j的通信距离值L_ij。

步骤三：TDMA编队卫星系统卫星成员间数据自适应距离变化数据传输

当编队卫星成员间根据任务需求需要进行数据传输时，依据数据传输的收发卫星成员的通信距离，及通信距离划分方式，选择适合该收发卫星成员通信距离的数据元帧类型进行数据传输。在数据传输过程中，迭代进行通信距离测量，通信距离发生变化后，依据新的通信距离自适应的选择适合当前时刻通信距离的数据元帧类型。元帧类型切换临界点上采用一定的反馈和迟滞机制，容忍范围测量异常和自适应传输平滑过渡，以保证传输的稳定性和可靠性。

TDMA编队卫星系统卫星成员i向成员j自适应距离变化数据传输发送过程如下：

步骤S1：配置编码块数偏移Δ为0(Δ取值0和1)；

步骤S2：成员i向成员j发送数据准备好后，查询成员i向成员j通信距离值L_ij。

步骤S3：根据L_ij和通信距离范围(L'_p-1,L'_p)(p＝1,2,...,M)划分情况，选择第q(q＝1,2,...,M)个通信距离范围(L'_q-1,L'_q)，其中L_ij≤L'_q和L_ij≥L'_q-1。根据L'_q计算出当前最大可传输元帧的编码块数N'_i。(相邻区间段存在重叠的选择靠近L'₀，以实现最大的可传输信源量。)

步骤S4：根据当前最大可传输元帧的编码块数N'_i和编码块数偏移Δ，获得当前数据元帧的编码块数N_i，其中N_i＝N'_i-Δ。通过编码块数偏移Δ完成通信距离测量模糊的适应，容忍范围测量异常和自适应传输平滑过渡。即选出适合当前通信距离的数据元帧类型。

步骤S5：结合编码块数N_i和帧载荷信息格式计算当前数据元帧可传输信源量。若发送数据量不超过可传输信源量，将发送数据按照编码方式进行编码为N_i个编码块，与同步头和编码指示编码结果组成数据元帧。若发送数据量超过可传输信源量，将发送数据前可传输信源量的数据按照编码方式进行编码为N_i个编码块，与同步头和编码指示编码结果组成数据元帧。

步骤S6：成员i发送时间片到来时，输出数据元帧对应的无线信号，完成数据元帧的发送。

步骤S7：成员j接收到成员i的数据元帧后，根据接收的元帧编码指示进行传输数据提取。成员j解析传输数据，若传输数据错误，通过反馈信道向成员i反馈编码块数偏移Δ加1。若传输数据连续R次正确，通过反馈信道向成员i反馈编码块数偏移Δ减1。

步骤S8：成员i接收到成员j反馈的编码块数偏移Δ值后，相应调整编码块数偏移Δ(编码块数偏移Δ最大为1，最小为0)。

重复S2到S8进行后续传输数据从成员i向成员j的发送。

本发明的系统能够实现编队卫星同步组网及拓扑发现、编队卫星间通信距离测量、编队卫星间数据自适应距离变化数据传输。基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统完成了半实物仿真和系统级在轨测试。通过半实物仿真的15星卫星系统的聚合模式测试、串联模式测试和混合模式测试，测试结果表明该系统在上述多种工作模式下功能正常，在相同传输数据量能要求下，自适应距离变化数据传输系统较遥控遥测配置数据传输系统用时缩短55％，传输可靠性和稳定性显著提升。在系统级在轨测试中，卫星编队系统任务完成率100％。

Claims (5)

1.一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，其特征在于包括：若干卫星成员，若干卫星成员能够形成卫星编队；卫星成员各自按照预定轨道进行运行，同时根据任务需要进行轨道或姿态机动，任意两个卫星成员间位置距离范围为60千米至3000千米，卫星成员通过自组织方式建立TDMA网络，利用建立的TDMA网络，根据任务需求进行成员间自适应通信距离变化的数据传输；

卫星成员根据周围成员拓扑信息，通过成员间通信距离测量信道进行卫星成员间通信距离测量，成员间通信距离测量信道为一对请求-响应信道，每个卫星成员具有请求信道和响应信道，在一个超帧周期中，每个成员分配固定的成员间通信距离测量信道，当某个成员需要进行通信距离测量时，通信距离测量发起卫星成员在其通信距离测量请求控制元帧发送时间片发送请求，其中包含发起卫星成员卫星编号，接收卫星成员卫星编号，发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员根据通信距离测量请求控制元帧中目的卫星编号信息过滤并选出目的卫星编号为接收卫星成员编号相同的通信距离测量请求控制元帧，接收卫星成员收到通信距离测量请求控制元帧后，向通信距离测量发起卫星成员反馈通信距离测量响应控制元帧，通信距离测量响应控制元帧包含发起卫星成员卫星编号，接收卫星成员卫星编号，发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员本地时间信息，接收卫星成员接收到通信距离测量请求控制元帧的时刻信息，接收卫星成员在通信距离测量响应控制元帧时间片上反馈，通信距离测量发起卫星成员在接收到反馈的通信距离测量响应控制元帧后，更具发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员本地时间信息，接收卫星成员接收到通信距离测量请求控制元帧的时刻信息，发起卫星成员接收通信距离测量响应控制元帧的时刻信息计算出通信距离测量发起卫星成员与接收成员的通信距离，实现通信距离测量；

当编队卫星成员间需要进行数据传输时，依据数据传输的收发卫星成员的通信距离，选择适合该收发卫星成员通信距离的数据元帧类型进行数据传输，在数据传输过程中，迭代进行通信距离测量，通信距离发生变化后，依据新的通信距离自适应的选择适合当前时刻通信距离的数据元帧类型。

2.根据权利要求1所述的一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，其特征在于：还能够利用建立的TDMA网络，根据任务需求进行成员间多跳转发的数据传输。

3.根据权利要求1所述的一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，其特征在于：卫星成员间在完成TDMA网络建立后，按照固定时间片进行通信，每个时间片长度为T_slot，每个时间片传输一个元帧；元帧包含同步头、帧编码指示、帧载荷和保护间隔；同步头用于元帧的帧同步；帧编码指示表示元帧类型和帧载荷信息格式；帧载荷为元帧传输的数据，帧载荷由多个编码块组成，多个编码块串行排布，每个编码块长度固定；保护间隔用于时间片碰撞防护，保护间隔中不发送数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，其特征在于：保护间隔与需要通信的两个卫星成员间通信距离和TDMA网络同步精度相关。

5.根据权利要求3所述的一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，其特征在于：元帧按类型分为控制元帧和数据元帧，通过帧编码指示进行区分，其中数据元帧用于承载成员间的传输数据，控制元帧用于传输控制信息；元帧类型逐帧可调；控制元帧类型支持卫星成员间最大通信距离的传输通信，控制元帧根据控制功能进一步细分为网络维护请求控制元帧、网络维护应答控制元帧、通信距离测量请求控制元帧、通信距离测量响应控制元帧；网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧包含卫星编号信息、卫星时间信息；编队卫星成员通过网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧成TDMA系统时间基准成员选取、成员控制时隙获取、成员同步组网及网络维护和拓扑发现；数据元帧，用于承载成员间的传输数据，数据元帧类型依据TDMA编队卫星系统卫星成员间通信距离进行划分。

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