CN113328792A - 一种卫星组网系统、组网方法和通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种卫星组网系统、组网方法和通信方法，该卫星组网系统包括至少一个高轨卫星、至少两个与所述高轨卫星相连的低轨卫星，多个设置于地面的伪卫星和馈线终端，以及分别与伪卫星和馈线终端相连的伪卫星监测站和控制中心；所述低轨卫星包括一个中心低轨卫星和多个普通低轨卫星，所述普通低轨卫星采用码分多址调制方式与中心低轨卫星通信连接。本发明实现了多种卫星组网方式，选择最优的组网方式，有效降低了卫星组网延时、提高了卫星组网的可靠性。

Description

一种卫星组网系统、组网方法和通信方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种卫星组网系统、组网方法和通信方法。
背景技术
随着卫星通信技术的快速发展，越来越多的卫星通信设备获得了广泛的应用。卫星通信利用卫星的转发器作为中继站，转发无线电波，实现两个或多个地球站之间的通信。卫星通信具有无缝覆盖，覆盖面广，通信距离长，通信线路稳定，通信频带宽、容量大等特点，作为陆地移动通信的扩展、延伸、补充和备用，被广泛适用于边远地区、农村、山区、海岛、灾区以及远洋舰队和远航飞机等陆地通信不易覆盖的地区。
然而，现有的卫星通信在接近于传输的终端时，受其周边环境影响较大，例如在室内、矿下、隧道等复杂环境下，卫星通信的信号质量低，无法满足大规模用户终端使用需求。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种卫星组网系统、组网方法和通信方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供了一种卫星组网系统，包括至少一个高轨卫星、至少两个与所述高轨卫星相连的低轨卫星，多个设置于地面的伪卫星和馈线终端，以及分别与伪卫星和馈线终端相连的伪卫星监测站和控制中心；多个所述低轨卫星之间组成环状结构网络、网状结构网络或主从结构网络进行相互通信连接。
作为优选方案，当多个所述低轨卫星之间组成主从结构时，所述低轨卫星分为一个中心低轨卫星和多个普通低轨卫星，所述普通低轨卫星采用码分多址调制方式与中心低轨卫星通信连接；所述码分多址调制方式为在相同时间相同频带为各普通低轨卫星发送的载波上分配一个地址码进行扩频处理，中心低轨卫星接收载波对其进行解扩频处理。
第二方面，本发明提供了一种卫星组网方法，包括如下步骤：获取多个预设卫星的工作参数，所述预设卫星包括高轨卫星、低轨卫星和伪卫星；根据所述工作参数计算预设卫星在不同组网方式下的特性参数，其中，所述特性参数至少包括网络连通性参数、网络代价参数和通信质量参数；对所述特性参数进行加权求和并排序，获得评估指数；根据所述评估指数选择对应的组网方式，对多个预设卫星进行组网。
作为优选方案，所述组网方式包括：环状结构网络、网状结构网络和主从结构网络，且每个结构网络中根据是否包括伪卫星分为两类。
作为优选方案，在包括伪卫星的组网方式中，所述伪卫星采用时分多址方式与用户终端通信连接。
第三方面，本发明提供了一种卫星组网系统的通信方法，用于实现两用户终端间通信，包括如下步骤：低轨卫星A接收用户终端A发出的任务请求，所述任务请求包括；发出用户终端A的地址和接收用户终端B的地址；利用用户终端A和用户终端B的地址计算两个用户终端之间的距离；根据所述距离选择将任务请求转发至高轨卫星A或馈线终端A；当任务请求转发至高轨卫星A后，高轨卫星A通过星间链路将任务请求传输至高轨卫星B，再通过与高轨卫星B连接的低轨卫星B传输至用户终端B；当任务请求转发至馈线终端A后，通过控制中心传输至馈线终端B，再通过与馈线终端B相连的低轨卫星B传输至用户终端B。
作为优选方案，当低轨卫星与用户终端之间的通信发生异常时，在低轨卫星与用户终端之间建立与伪卫星链路，实现可靠通信。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：在地面上设置多个伪卫星和馈线终端，建立伪卫星和低轨卫星、以及馈线终端与低轨卫星之间的通信链路，实现了多种卫星组网方式，并通过计算预设卫星在不同组网方式下的特性参数，获得评估指数，以选择最优的组网方式，有效降低了卫星组网延时、提高了卫星组网的可靠性。当用户终端距离伪卫星距离较近时，由于用户终端接收伪卫星的信号功率远大于低轨卫星功率，导致用户终端无法接收低轨卫星信号，通过采用时分多址方式使伪卫星仅在特定的脉冲时隙发出信号，其他时段不发出信号，信号在时域上与低轨卫星不存在或仅有少量重叠，有效降低信号间的干扰。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
图1为本发明实施例的卫星组网系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的卫星组网方法的流程示意图；
图3为本发明实施例的卫星组网系统的通信方法流程示意图。
具体实施方式
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
根据本发明的一实施方式结合图1示出。本发明提供了一种卫星组网系统，包括至少一个高轨卫星、至少两个与高轨卫星相连的低轨卫星，多个设置于地面的伪卫星和馈线终端，以及分别与伪卫星和馈线终端相连的伪卫星监测站和控制中心；低轨卫星包括一个中心低轨卫星和多个普通低轨卫星，普通低轨卫星采用码分多址调制方式与中心低轨卫星通信连接。
应理解，高轨卫星指地球同步轨道通信卫星，具有覆盖范围广的优点。低轨卫星指低轨道卫星系统，具有传输延时短，路径损耗小的优点。
本发明实施例中，普通低轨卫星与中心低轨卫星之间建立通信链路，该码分多址调制方式为在相同时间相同频带为各普通低轨卫星发送的载波上分配一个地址码进行扩频处理，中心低轨卫星接收载波对其进行解扩频处理，使得各普通低轨卫星向中心低轨卫星转发以及传输过程中不产生相互干扰。
参见图2，本发明提供了一种卫星组网方法，包括如下步骤：
S101，获取多个预设卫星的工作参数，预设卫星包括高轨卫星、低轨卫星和伪卫星。
S102，根据工作参数计算预设卫星在不同组网方式下的特性参数，其中，特性参数至少包括网络连通性参数、网络代价参数和通信质量参数，可通过各参数对应的公式进行计算，该公式为现有技术。
本发明实施例中，该组网方式包括：环状结构网络、网状结构网络和主从结构网络，且每个结构网络中根据是否包括伪卫星分为两类。
具体的，在环状结构网络中，多个低轨卫星组成环状结构，各低轨卫星处于平等状态，低轨卫星与相邻的低轨卫星建立信道完成通信。在网状结构网络中，多个低轨卫星组成网状结构，各低轨卫星处于平等状态，低轨卫星与其他任意低轨卫星建立信道完成通信。在主从结构网络中，低轨卫星包括一个中心低轨卫星和多个普通低轨卫星，各普通卫星之间通信主要通过中心低轨卫星进行控制转发来完成通信。
在包括伪卫星的组网方式中，当用户终端距离伪卫星距离较近时，由于用户终端接收伪卫星的信号功率远大于低轨卫星功率，导致用户终端无法接收低轨卫星信号，此时伪卫星采用时分多址方式与用户终端通信连接。各伪卫星节点在网络相同的时间同步系统的控制管理下，各自在所分配的时隙内接入信道进行数据的转发。通过采用时分多址方式使伪卫星仅在特定的脉冲时隙发出信号，其他时段不发出信号，信号在时域上与低轨卫星不存在或仅有少量重叠，有效降低信号间的干扰。
S103，对特性参数进行加权求和并排序，获得评估指数。假设特性参数中的网络连通性参数、网络代价参数和通信质量参数分别为Ai、Bi和Ci，其各自的权重为w、u和v，且权重w、u、v之和为1，则评估指数Fi的计算公式为：
Fi＝Aiw+Biu+Civ，i为第i中组网方式；
同时判断参数Ai、Bi和Ci的值域是否符合要求，即判断是否满足Ai∈(Amin，Amax)，Bi∈(Bmin，Bmax)，Ci∈(Cmin，Cmax)，其中，Amin和Amax、Bmin和Bmax、Cmin和Cmax分别表示各对应参数符合要求的最小值和最大值，为预设参数。当存在任意一个参数不满足时，则排除该组网方式，进行下一组网方式的参数计算。
S104，根据评估指数选择对应的组网方式，对多个预设卫星进行组网。
参见图3，本发明提供了一种卫星组网系统的通信方法，用于实现两用户终端间通信，包括如下步骤：
S201，低轨卫星A接收用户终端A发出的任务请求，任务请求包括：发出用户终端A的地址和接收用户终端B的地址。
S202，利用用户终端A和用户终端B的地址计算两个用户终端之间的距离。
S203，根据距离选择将任务请求转发至高轨卫星A或馈线终端A。
S204，当任务请求转发至高轨卫星A后，高轨卫星A通过星间链路将任务请求传输至高轨卫星B，再通过与高轨卫星B连接的低轨卫星B传输至用户终端B。
S205，当任务请求转发至馈线终端A后，通过控制中心传输至馈线终端B，再通过与馈线终端B相连的低轨卫星B传输至用户终端B。
进一步的，当低轨卫星与用户终端之间的通信发生异常时，在低轨卫星与用户终端之间建立与伪卫星链路，实现可靠通信。
综上所述，本发明的有益效果包括：在地面上设置多个伪卫星和馈线终端，建立伪卫星和低轨卫星、以及馈线终端与低轨卫星之间的通信链路，实现了多种卫星组网方式，并通过计算预设卫星在不同组网方式下的特性参数，获得评估指数，以选择最优的组网方式，有效降低了卫星组网延时、提高了卫星组网的可靠性。当用户终端距离伪卫星距离较近时，由于用户终端接收伪卫星的信号功率远大于低轨卫星功率，导致用户终端无法接收低轨卫星信号，通过采用时分多址方式使伪卫星仅在特定的脉冲时隙发出信号，其他时段不发出信号，信号在时域上与低轨卫星不存在或仅有少量重叠，有效降低信号间的干扰。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种卫星组网系统，其特征在于，包括至少一个高轨卫星、至少两个与所述高轨卫星相连的低轨卫星，多个设置于地面的伪卫星和馈线终端，以及分别与伪卫星和馈线终端相连的伪卫星监测站和控制中心；
多个所述低轨卫星之间组成环状结构网络、网状结构网络或主从结构网络进行相互通信连接。
2.根据权利要求1所述的卫星组网系统，其特征在于，当多个所述低轨卫星之间组成主从结构时，所述低轨卫星分为一个中心低轨卫星和多个普通低轨卫星，所述普通低轨卫星采用码分多址调制方式与中心低轨卫星通信连接；
所述码分多址调制方式为在相同时间相同频带为各普通低轨卫星发送的载波上分配一个地址码进行扩频处理，中心低轨卫星接收载波对其进行解扩频处理。
3.一种卫星组网方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取多个预设卫星的工作参数，所述预设卫星包括高轨卫星、低轨卫星和伪卫星；
根据所述工作参数计算预设卫星在不同组网方式下的特性参数，其中，所述特性参数至少包括网络连通性参数、网络代价参数和通信质量参数；
对所述特性参数进行加权求和并排序，获得评估指数；
根据所述评估指数选择对应的组网方式，对多个预设卫星进行组网。
4.根据权利要求3所述的卫星组网方法，其特征在于，所述组网方式包括：环状结构网络、网状结构网络和主从结构网络，且每个结构网络中根据是否包括伪卫星分为两类。
5.根据权利要求4所述的卫星组网方法，其特征在于，在包括伪卫星的组网方式中，所述伪卫星采用时分多址方式与用户终端通信连接。
6.一种卫星组网系统的通信方法，用于实现两用户终端间通信，其特征在于，包括如下步骤：
低轨卫星A接收用户终端A发出的任务请求，所述任务请求包括；发出用户终端A的地址和接收用户终端B的地址；
利用用户终端A和用户终端B的地址计算两个用户终端之间的距离；
根据所述距离选择将任务请求转发至高轨卫星A或馈线终端A；
当任务请求转发至高轨卫星A后，高轨卫星A通过星间链路将任务请求传输至高轨卫星B，再通过与高轨卫星B连接的低轨卫星B传输至用户终端B；
当任务请求转发至馈线终端A后，通过控制中心传输至馈线终端B，再通过与馈线终端B相连的低轨卫星B传输至用户终端B。
7.根据权利要求6所述的卫星组网系统的通信方法，其特征在于，当低轨卫星与用户终端之间的通信发生异常时，在低轨卫星与用户终端之间建立与伪卫星链路，实现可靠通信。
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