CN113746529B - 一种机载卫星网络的切换方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种机载卫星网络的切换方法，包括：获取飞机的飞行航线信息和该航线上的卫星网络覆盖信息；根据所述飞行航线信息和卫星网络覆盖信息，确定该航线上的卫星网络切换点；在每个所述卫星网络切换点选择最优通信的卫星网络进行切换。本申请可根据不同卫星网络在各个地域的覆盖情况切换到合适的调制解调器，使得飞机能最大范围接入卫星网络，扩大飞机的空地通信区域。

Description

一种机载卫星网络的切换方法

技术领域

本申请涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种机载卫星网络的切换方法。

背景技术

近几年，随着多颗高通量卫星的成功发射，以及地面地空宽带网络的建设，机载宽带通信技术以及航空互联网将会随着航空机载卫星通信系统的装机，得到快速发展。

在飞机的卫星空地通信中，机载卫星调制解调终端只能接入与地面主站终端匹配的卫星网络，这就导致机载卫星通信终端A只能与卫星A通信，机载卫星通信终端B只能与卫星B通信，而无法在其它卫星网络下使用。由于飞行航线一般较长，以及各国政策法规的限制，在飞行过程中需要跨越多个卫星网络，需要接入不同的卫星运营商才能实现漫游，此时，现有的机载调制解调终端不能满足此需求。

发明内容

有鉴于此，本申请的主要目的在于提供一种机载卫星网络的切换方法，可根据不同卫星网络在各个地域的覆盖情况切换到合适的调制解调器，使得飞机能最大范围接入卫星网络，扩大飞机的空地通信区域。

第一方面，本申请提供了一种机载卫星网络的切换方法，包括：

获取飞机的飞行航线信息和该航线上的卫星网络覆盖信息；

根据所述飞行航线信息和卫星网络覆盖信息，确定该航线上的卫星网络切换点；

在每个所述卫星网络切换点选择最优通信的卫星网络进行切换。

由上，通过获取飞机的飞行航线和航线上的卫星网络覆盖信息，从而确定该飞行航线经过的多个卫星网络，并确定卫星网络切换点，当飞机经过该卫星网络切换点时，则切换到最优通信的卫星网络上，从而实现飞机对多个卫星网络的接入，使得飞机能最大范围接入卫星网络，扩大飞机的空地通信区域。

可选的，所述获取飞机的飞行航线信息和该航线上的卫星网络覆盖信息，还包括：

根据所述飞行航线上的不同卫星网络的覆盖信息将所述飞行航线进行分段，确定每段飞行航线上的最优通信的卫星网络。

由上，当飞行航线会经过多个不同的卫星网络时，此时可根据飞机与该卫星网络的通信情况，将该飞行航线进行分段，并确定每段航线的最优通信的卫星网络，而两段航线的相交点可作为卫星网络的切换点，不过，由于每两个卫星网络通常会具有重叠覆盖区域，此时需要根据飞行航线是否会经过该重叠覆盖区域来确定卫星网络切换点的具体位置。

可选的，所述确定该航线上的卫星网络切换点包括：

根据所述卫星网络覆盖信息确定每两个卫星网络的重叠覆盖区域，判断所述飞行航线与所述重叠覆盖区域的公共弦是否具有交点；以及

根据所述交点之后的航线的卫星网络覆盖信息，确定该交点是否为卫星网络切换点。

由上，卫星网络的覆盖区域在飞行航线的平面可以看作是圆形覆盖区域，当两个卫星网络的覆盖区域具有重叠部分时，则该重叠覆盖区域的两个交点的连线可成为该重叠覆盖区域的公共弦，或者两个卫星网络的公共弦，此时通过判断飞行航线与该公共弦是否具有交点来判断该飞行航线是否会穿过两个卫星网络的重叠覆盖区域，当具有交点时，可根据该交点以及之后的航线所处的卫星网络的覆盖信息，来确定该交点是否为卫星网络切换点。

可选的，所述根据所述交点之后的航线的卫星网络覆盖信息，确定该交点是否为卫星网络切换点包括：

当所述飞行航线与所述公共弦具有一个交点时，判断所述交点之后的航线是否都属于同一卫星网络的覆盖区域；

若属于，则该交点不作为卫星网络切换点；若不属于，则该交点作为卫星网络切换点。

由上，当飞行航线与公共弦具有一个交点时，此时可通过判断该交点之后的航线是否都属于同一卫星网络的覆盖区域来判断该交点是否需要切换卫星网络，若属于，则飞机经过该交点不需要切换卫星网络，若不属于，则飞机经过该交点需要切换卫星网络。

可选的，还包括：

当所述飞行航线与所述公共弦具有两个及以上的交点时，判断该交点及相邻的下一个交点之间的航线是否都属于同一卫星网络的覆盖区域；

若属于，则该交点不作为卫星网络切换点；若不属于，则该交点作为卫星网络切换点。

由上，当飞行航线与公共弦具有两个及以上的交点时，则判断任意该交点及相邻的下一个交点之间的飞行航线是否属于同一卫星网络的覆盖区域，若属于，则飞机经过该交点不需要切换卫星网络，若不属于，则飞机经过该交点需要切换卫星网络。

可选的，所述在每个所述卫星网络切换点选择最优通信的卫星网络进行切换，包括：

根据所述卫星网络切换点所处的各个卫星网络的等效全向辐射功率，选择等效全向辐射功率最大的两个卫星网络；

根据该两个卫星网络的时延，选择时延较小的卫星网络作为最优通信的卫星网络。

可选的，还包括：

当所述两个卫星网络的时延相同时，选择等效全向辐射功率最大的卫星网络作为最优通信的卫星网络。

由上，在卫星网络切换点进行卫星网络的切换时，可根据该卫星网络切换点的两个卫星网络的时延、等效全向辐射功率(Equivalent Isotropically Radiated Power，EIRP)来选择最优通信的卫星网络。

可选的，所述在每个所述卫星网络切换点选择最优通信的卫星网络进行切换，还包括：

所述飞机上配置有多个调制解调器，根据选择的最优通信的卫星网络，选择与所述卫星网络匹配的调制解调器进行飞机与卫星网络的数据交互。

由上，根据飞行航线所经过的卫星网络，可在飞机上提前配置多个与卫星网络匹配的调制解调器，当需要切换卫星网络时，仅需要切换到匹配的调制解调器进行工作即可实现与该卫星网络的信号调制与解调通信。

可选的，判断所述飞行航线与所述重叠覆盖区域的公共弦是否具有交点，包括：

将所述飞行航线和所述公共弦分别按照预设距离划分为多个位置点，并获取每个位置点的地理位置信息；

根据所述飞行航线的每个位置点与所述公共弦的每个位置点的地理位置信息是否相同，判断所述飞行航线与所述公共弦是否具有交点。

由上，通过将飞行航线和重叠区域的公共弦划分为密集的多个位置点，并获取每个位置点的地理位置信息(经度、纬度等)，两个位置点的地理位置信息相同时，则该位置点为飞行航线与公共弦的交点，此求交方式较为简单，且计算量较小。

本申请的这些和其它方面在以下(多个)实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种多模机载卫星调制解调系统的原理图；

图2为本申请实施例提供的一种机载卫星网络的切换方法的流程图。

应理解，上述结构示意图中，各框图的尺寸和形态仅供参考，不应构成对本申请实施例的排他性的解读。结构示意图所呈现的各框图间的相对位置和包含关系，仅为示意性地表示各框图间的结构关联，而非限制本申请实施例的物理连接方式。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置A和B的设备”不应局限为仅由部件A和B组成的设备。

本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。

下面结合附图对本申请实施例进行详细说明。

如图1所示为本申请实施例提供的一种多模机载卫星调制解调系统的原理图，该多模机载卫星调制解调系统可以是飞机上的机载通信系统或机载通信终端，还可以是机载通信系统或机载通信终端的部分器件。该多模机载卫星调制解调系统可以根据不同卫星网络在各个地域的覆盖情况切换到合适的调制解调器，使得飞机能最大范围接入卫星网络，实现空地卫星通信。如图1所示，该多模机载卫星调制解调系统包括监测控制模块100、多个中频信号切换模块201-203、多个调制解调器301-303、多个网络交换模块401-403；

其中，监测控制模块100分别通过控制线缆连接多个中频信号切换模块201-203，该多个中频信号切换模块201-203可以采用射频线缆菊花链连接，并具有bypass通路功能，既多个中频信号切换模块201-203之间可以相互导通，形成通信通路，且其中一个中频信号切换模块203与卫星天线连接，其他中频信号切换模块201-202均可通过串行通信的方式与卫星天线进行通信，同时，每个中频信号切换模块均依次连接调制解调器和网络交换模块，以形成一条通信链路，每条通信链路可根据其调制解调器的配置，实现对不同卫星信号的调制或解调。具体的，中频信号切换模块201依次连接调制解调器301和网络交换模块401，中频信号切换模块202依次连接调制解调器302和网络交换模块402，中频信号切换模块203依次连接调制解调器303和网络交换模块403，其中，中频信号切换模块与调制解调器通过射频线缆连接，调制解调器与网络交换模块通过以太网连接，该多个网络交换模块401-403也可以采用以太网菊花链连接，且其中一个网络交换模块401与飞机上的其它设备连接，与飞机的其它设备进行数据交互，其他网络交换模块402-403均可通过该网络交换模块401与飞机的其他设备进行数据交互。

本实施例中，中频信号切换模块具体可采用光电转换模块，可实现同轴、光纤信号的输入与输出。不同的调制解调器可实现飞机与不同卫星网络进行通信时的信号的调制或解调，该多模机载卫星调制解调系统通过配置多个调制解调器，从而实现对不同卫星网络的接入，扩大飞机的空地通信范围。

上述监测控制模块100可通过定位模块、飞机总线等设备获取飞机当前的地理位置信息和飞行航线信息，根据该飞行航线信息以及该航线上的卫星网络覆盖信息，制定该飞行航线上的卫星网络切换地图，然后根据飞机当前的地理位置信息确定飞机当前所处的卫星网络，从而优选判断应该选择哪个调制解调器工作，并将控制信号通过控制线缆传输至各个中频信号切换模块201-203，该控制信号具体可以为电源离散量控制信号。各个中频信号切换模块201-203具体可根据该电源离散量控制信号开启或关闭，从而控制其连接的调制解调器301-303的中频信号的传输开关，以实现中频信号切换模块201、调制解调器301、网络交换模块401所构成的通信链路的信号传输，或中频信号切换模块202、调制解调器302、网络交换模块402所构成的通信链路的信号传输，或中频信号切换模块203、调制解调器303、网络交换模块403所构成的通信链路的信号传输。

具体的，当判断调制解调器301工作时，监测控制模块100通过电源离散量控制中频信号切换模块201的电源开关设置为开，开启调制解调器301的收发中频信号；监测控制模块100通过电源离散量控制中频信号切换模块202的电源开关为关，中频信号切换模块202和中频信号切换模块203通过射频线缆bypass通路；监测控制模块100通过电源离散量控制中频信号切换模块203的电源开关为关，中频信号切换模块203和卫星天线通过射频线缆bypass通路；

则，数据信号传输与发射所用的通路为：网络交换模块401--调制解调器301--中频信号切换模块201--中频信号切换模块202(bypass)--中频信号切换模块203(bypass)--卫星天线。

当判断调制解调器302工作时，监测控制模块100通过电源离散量控制中频信号切换模块201的电源开关设置为关，关闭调制解调器301的收发中频信号；监测控制模块100通过电源离散量控制中频信号切换模块302的电源开关为开，开启调制解调器1的收发中频信号；中频信号切换模块202和中频信号切换模块203通过射频线缆bypass通路；监测控制模块100通过电源离散量控制中频信号切换模块203的电源开关为关，中频信号切换模块203和卫星天线通过射频线缆bypass通路；

则，数据信号接收与发射所用的通路为：网络交换模块402--调制解调器302--中频信号切换模块202--中频信号切换模块203(bypass)--卫星天线。

当判断调制解调器303工作时，监测控制模块100通过电源离散量控制中频信号切换模块201的电源开关设置为关，关闭调制解调器301的收发中频信号；监测控制模块通过电源离散量控制中频信号切换模块202的电源开关为关，关闭调制解调器302的收发中频信号；监测控制模块100通过电源离散量控制中频信号切换模块203的电源开关为开，开启调制解调器303的收发中频信号；

则，数据信号接收与发射所用的通路为：网络交换模块403--调制解调器303--中频信号切换模块203--卫星天线。

参照上述图1，网络交换模块可将其数据流传输至连接的调制解调器进行调制，并转换为中频信号传输至其连接的中频信号切换模块，该中频信号切换模块可通过以太网菊花链通信链路进行信号传输，以传输至卫星天线；同理，中频信号也可将其接收的中频信号传输至其连接的调制解调器进行解调，并转换为数据流传输至其连接的网络交换模块，该网络交换模块可通过以太网菊花链通信链路进行数据流的传输，以传输至飞机上的其他设备。

本实施例中的多模机载卫星调制解调系统，网络交换模块、调制解调器、中频信号切换模块均为标准化设计，其数量均可根据需求进行扩充，并支持菊花链级联，例如，可将监测控制模块100、中频信号切换模块201、调制解调器301、网络交换模块401组成主设备，其余的中频信号切换模块、调制解调器、网络交换模块分别匹配组成多个辅设备，该主设备可支持与多个辅设备进行级联，同时，当需要对系统扩充时，仅需对应增加辅设备即可，从而使得飞机能够适应多个卫星网络，并根据其所处的卫星网络切换至合适的调制解调器，同时降低对整个系统的改装难度和改装时间。

基于图1所示的多模机载卫星调制解调系统，如图2所示为本申请实施例提供的一种机载卫星网络的切换方法，该方法依赖于上述的多模机载卫星调制解调系统，可根据飞机当前所在的不同卫星网络自动切换至合适的调制解调器，使得飞机能最大范围接入卫星网络，实现空地卫星通信。如图2所示，该方法包括：

S10：获取飞机的飞行航线信息和该航线上的卫星网络覆盖信息；

本实施例中，飞机的多模机载卫星调制解调系统中内置有具有授权的多个卫星网络的覆盖地图，通过飞机上的总线可获取飞行航线信息，根据该飞行航线所经过的多个卫星网络，根据卫星网络的覆盖情况可将该飞行航线进行分段，并确定每段飞行航线的最优通信的卫星网络。

S20：根据所述飞行航线信息和卫星网络覆盖信息，确定该航线上的卫星网络切换点；

根据卫星网络的覆盖情况，通常两个相邻的卫星网络的覆盖区域会具有重叠部分，卫星网络的覆盖区域在飞行航线的平面可以看作是圆形覆盖区域，当两个卫星网络的覆盖区域具有重叠部分时，则该重叠覆盖区域的两个交点的连线可成为该重叠覆盖区域的公共弦，或者两个卫星网络的公共弦，此时通过判断飞行航线与该公共弦是否具有交点来判断该飞行航线是否会穿过两个卫星网络的重叠覆盖区域，当具有交点时，可根据该交点以及之后的航线所处的卫星网络的覆盖信息，来确定该交点是否为卫星网络切换点。

两个相邻的卫星网络的覆盖区域的交点可通过下述公式计算得到：

颗粒度：X km【X范围0.1～0.5】

TABLE_S：源表

TABLE_D：目的表

其中，通过将两个卫星网络的覆盖区域的位置信息分别存入表TABLE_S和表TABLE_D，其中TABLE_S可作为源表卫星网络，TABLE_D可作为目的表卫星网络，根据地球的半径为6371KM，通过对该两个表的卫星网络的覆盖区域进行上述公式的计算，即可得到两个卫星网络的覆盖区域的两个交点，该两个交点之间的连线可作为该两个卫星网络的覆盖区域的公共弦。

通过将所述飞行航线和所述公共弦分别按照颗粒Xkm(X范围为0.1～0.5)划分为多个位置点，并获取每个位置点的地理位置信息(经度、纬度等)，根据所述飞行航线的每个位置点与所述公共弦的每个位置点的地理位置信息是否相同，判断所述飞行航线与所述公共弦是否具有交点。该位置点的划分可通过下述公式得到：

LONGn为第n个点的经度

LATIn为第n个点的纬度

θ为2点之间的方向角度,X为距离的颗粒度

n为两个交点连线颗粒度X的倍数

根据上述公式将两个卫星网络的两个交点之间的连线按照颗粒度X划分为多个位置点，并将各个位置点存入表TABLE_C，然后根据上述公式将飞行航线按照颗粒度X划分为多个位置点，将该飞行航线的每个位置点以及每个位置点对应的卫星网络存入表TABLE_D；

根据表TABLE_C和表TABLE_D的位置点的位置信息，得到表TABLE_C和表TABLE_D的交点，即飞行航线与公共弦的交点，存入表TABLE_E，并根据表TABLE_E中交点的数量确定卫星网络切换点；

当飞行航线与公共弦不具有交点时，说明该飞行航线不会经过两个卫星网络的重叠覆盖区域，此时可直接判断该飞行航线上的每个位置点在各个卫星网络的等效全向辐射功率(Equivalent Isotropically Radiated Power，EIRP)，选择最大的两个卫星网络，并将该两个卫星网络中时延较小的作为最优通信的卫星网络，当时延相同时，则将EIRP最大的卫星网络作为最优通信的卫星网络，由此可确定该飞行航线的每个位置点的最优通信的卫星网络，当飞机经过该位置点时，连接到最优通信的卫星网络即可；

当飞行航线与公共弦具有一个交点时，判断所述交点之后的航线的位置点是否都属于同一卫星网络的覆盖区域，若属于同一卫星网络，则该交点不作为卫星网络切换点；若不属于同一卫星网络，则该交点作为卫星网络切换点，并通过该交点的在各个卫星网络的EIRP，选择最大的两个卫星网络，并将该两个卫星网络中时延较小的作为最优通信的卫星网络，当时延相同时，则将EIRP最大的卫星网络作为最优通信的卫星网络，由此可确定该卫星网络切换点所需切换的最优通信的卫星网络；

当所述飞行航线与所述公共弦具有两个及以上的交点时，判断该交点及相邻的下一个交点之间的航线是否都属于同一卫星网络的覆盖区域，若属于同一卫星网络，则该交点不作为卫星网络切换点；若不属于同一卫星网络，则该交点作为卫星网络切换点，并通过该交点的在各个卫星网络的EIRP，选择最大的两个卫星网络，并将该两个卫星网络中时延较小的作为最优通信的卫星网络，当时延相同时，则将EIRP最大的卫星网络作为最优通信的卫星网络，由此可确定该卫星网络切换点所需切换的最优通信的卫星网络。

S30：在每个所述卫星网络切换点选择最优通信的卫星网络进行切换。

根据确定的飞行航线上的卫星网络切换点，可组成该飞行航线的卫星网络切换地图，通过实时获取飞机的地理位置，当飞机经过卫星网络切换点时，可根据提取预设的最优通信的卫星网络进行切换，并根据该最优通信的卫星网络选择匹配的调制解调器，具体可通过监测控制模块向该调制解调器所连接的中频信号切换模块发送电源离散量，使该中频信号切换模块的电源开关为开，从而使该调制解调器进行中频信号的调制与解调，实现飞机与该卫星网络的数据交互。

本实施例可通过对监测控制模块进行配置，配置为轮询模式，具体轮询时间可配置为3-10min，即该监测控制模块每个一个轮询时间，即可执行依次上述的机载卫星网络的切换方法，从而使得飞机能最大范围的接入卫星网络，并根据卫星网络及时切换到匹配的调制解调器，扩大飞机的空地通信区域。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请的构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本申请的保护范畴。

Claims (4)

1.一种机载卫星网络的切换方法，其特征在于，包括：

获取飞机的飞行航线信息和该航线上的卫星网络覆盖信息；

根据所述卫星网络覆盖信息确定每两个卫星网络的重叠覆盖区域，判断所述飞行航线与所述重叠覆盖区域的公共弦是否具有交点；

当所述飞行航线与所述公共弦具有一个交点时，判断所述交点之后的航线是否都属于同一卫星网络的覆盖区域；若属于，则该交点不作为卫星网络切换点；若不属于，则该交点作为卫星网络切换点；

当所述飞行航线与所述公共弦具有两个及以上的交点时，判断该交点及相邻的下一个交点之间的航线是否都属于同一卫星网络的覆盖区域；若属于，则该交点不作为卫星网络切换点；若不属于，则该交点作为卫星网络切换点；

根据所述卫星网络切换点所处的各个卫星网络的等效全向辐射功率，选择等效全向辐射功率最大的两个卫星网络；根据该两个卫星网络的时延，选择时延较小的卫星网络作为最优通信的卫星网络，所述飞机上配置有多个调制解调器，根据选择的最优通信的卫星网络，选择与所述卫星网络匹配的调制解调器进行飞机与卫星网络的数据交互。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取飞机的飞行航线信息和该航线上的卫星网络覆盖信息，还包括：

根据所述飞行航线上的不同卫星网络的覆盖信息将所述飞行航线进行分段，确定每段飞行航线上的最优通信的卫星网络。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述两个卫星网络的时延相同时，选择等效全向辐射功率最大的卫星网络作为最优通信的卫星网络。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断所述飞行航线与所述重叠覆盖区域的公共弦是否具有交点，包括：

将所述飞行航线和所述公共弦分别按照预设距离划分为多个位置点，并获取每个位置点的地理位置信息；

根据所述飞行航线的每个位置点与所述公共弦的每个位置点的地理位置信息是否相同，判断所述飞行航线与所述公共弦是否具有交点。

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