CN114157338B - 卫星网络通信方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种卫星网络通信方法及系统，所述卫星网络通信方法包括：与故障卫星同轨道的正常工作卫星接入地面站，以与地面站建立测控通信链路；故障卫星接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星，相邻卫星接收到关键遥测包；相邻卫星判断自身是否已接入地面站；若判断为已接入地面站，则将关键遥测包通过建立的测控通信链路发送给地面站；若判断为未接入地面站，则将卫星关键遥测包通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星，并进行相邻卫星判断自身是否已接入地面站的步骤。本申请使得在卫星出现遥测下发故障情况下，仍然能够正常通信，通信效率高。

Description

卫星网络通信方法及系统
技术领域
本申请涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种卫星网络通信方法及系统。
背景技术
随着民用航天市场的拓展，低轨卫星星座的布局越来越多，Walker星座是其中应用较多的一种类型。Walker星座一般指卫星轨道是圆形轨道，各轨道平面平均分布，而且轨道平面中的卫星均匀分布时的星座排布。
卫星测控是指卫星与地面站之间建立遥控上行、遥测下行通道，地面运管系统可通过下行遥测数据对卫星状态进行监测，并通过上行遥控指令对卫星进行控制。对于卫星来说，测控通信是最重要的功能之一，正常与否能够直接影响任务成败，因此一颗卫星上的测控系统通常会设置多冗余备份。但随着卫星在轨运行，长期恶劣的空间环境、可能存在的原始设计缺陷、制造工艺缺陷等均可能引起星上测控设备失效，进而导致卫星无法向地面站发送遥测信息的情况。
卫星遥测信息丢失后，现有的地面处置方法通常是：根据轨道及默认飞行状态推算卫星运行至境内地面站测控范围的时间，在该时间段内，地面运管系统通过上行链路采用指令连续盲发的模式，向卫星注入测控设备重启、开关机、切机等故障恢复指令链，期望卫星可收到相关指令后可以完成故障排除，重新与地面建立下行遥测链路。这种方法在实际操作过程中经过很长时间处置后，卫星仍然会出现无法恢复正常测控通信，最终导致任务失败。对上述卫星测控失效处置方法进行分析，可以看出存在以下缺点：
(1)、因为卫星不能正常下发遥测信息，地面无法监测卫星状态，也无法判断卫星故障情况，不能进行故障的准确定位和制定针对性的故障排除方法，而只能采用指令盲发的方式，通信效率很低；
(2)、由于必须通过地面站与卫星进行无线通信，因此只有在卫星进入测控弧段之后才可以执行盲发指令操作，以往高轨道卫星入境时间长，因此可以反复的执行盲发指令链操作，对于低轨卫星来说每一次入境后的测控时间很短，往往最多只有十几分钟左右，发送数据量非常有限，通信效率及成功率较低。
发明内容
本申请提供一种卫星网络通信方法及系统，使得在卫星出现遥测下发故障情况下，仍然能够正常通信，通信效率高。
所述技术方案如下：
本申请实施例提供了一种卫星网络通信方法，其包括：与故障卫星同轨道的正常工作卫星接入地面站，以与地面站建立测控通信链路；故障卫星接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星，相邻卫星接收到关键遥测包；相邻卫星判断自身是否已接入地面站；若判断为已接入地面站，则将关键遥测包通过建立的测控通信链路发送给地面站；若判断为未接入地面站，则将卫星关键遥测包通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星，并进行相邻卫星判断自身是否已接入地面站的步骤。
在本申请较佳的实施例中，还包括：
接入地面站的卫星通过星间链路向同轨道其它卫星广播见站状态为已见站，同轨道其它卫星的路由单元向星务单元上报星间关键遥测使能为有效的信息。
在本申请较佳的实施例中，故障卫星接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星，相邻卫星接收到关键遥测包，具体包括：
故障卫星的星务单元接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过CAN总线向路由单元发送卫星关键遥测包；
故障卫星的路由单元收到卫星关键遥测包后转发给星间通信载荷，星间通信载荷通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星；
相邻卫星的星间通信载荷接收到卫星关键遥测包后发送给路由单元，相邻卫星的路由单元接收到关键遥测包。
在本申请较佳的实施例中，相邻卫星判断自身是否已接入地面站，具体包括：
相邻卫星的路由单元判断自身是否已接入地面站：若判断为已接入地面站，则将关键遥测包中的内容填到路由单元遥测包对应字段中，并将遥测包通过CAN总线发给相邻卫星的星务单元，星务单元将遥测包通过测控通信链路发送给地面站。
在本申请较佳的实施例中，相邻卫星判断自身是否已接入地面站，具体包括：
相邻卫星根据自身见站状态，判断自身是否已接入地面站，若自身见站状态为已见站，则判断为自身已接入地面站，若自身见站状态为未见站，则判断为自身未接入地面站。
本申请实施例还提供了一种卫星网络通信系统，其包括：多颗卫星组成的卫星星座，多颗卫星包括多颗正常工作卫星和故障卫星，其中，
正常工作卫星，与故障卫星同轨道，其接入地面站，以与地面站建立测控通信链路；
故障卫星，用于接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星；
相邻卫星，用于接收到关键遥测包，相邻卫星判断自身是否已接入地面站，若判断为已接入地面站，则将关键遥测包通过建立的测控通信链路发送给地面站；若判断为未接入地面站，则将卫星关键遥测包通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星，并执行相邻卫星判断自身是否已接入地面站。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本申请实施例提供的卫星网络通信方法及系统，通过正常工作卫星接入地面站，以与地面站建立测控通信链路；故障卫星接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星，相邻卫星接收到关键遥测包；相邻卫星判断自身是否已接入地面站；若判断为已接入地面站，则将关键遥测包通过建立的测控通信链路发送给地面站；若判断为未接入地面站，则将卫星关键遥测包通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星，并进行相邻卫星判断自身是否已接入地面站的步骤，从而可以解决现有方法局限性大、有效性低的问题，当某颗卫星出现下行遥测故障的情况下，可以将其星上关键遥测信息通过星间链路发送给其它正常卫星，然后下发至地面站运管中心进行故障判断；即使故障卫星不在境内，也可以通过其它同轨道卫星进行关键遥测下传，排故效率和通信效率得到了显著提高。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是卫星网络形态示意图；
图2是本申请实施例提供的卫星网络通信方法的流程示意图；
图3是图2的卫星网络通信方法的细化流程示意图；
图4是本申请实施例提供的卫星网络通信系统的框图。
具体实施方式
为更进一步阐述本申请为达成预定申请目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本申请提出的CLLC双向直流-直流变换器以及控制方法其具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。
有关本申请的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本申请为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本申请加以限制。
图1是卫星网络形态示意图；图2是本申请实施例提供的卫星网络通信方法的流程示意图。所述卫星网络通信方法使得在卫星出现遥测下发故障情况下，仍然能够正常通信，通信效率高。请参考图1和图2，本实施例的卫星网络通信方法可以包括以下步骤S101-S111：
步骤S101，与故障卫星同轨道的正常工作卫星Xm(第X轨道面，编号m的卫星)接入地面站，以与地面站建立测控通信链路；
如图1所示，卫星网络通信方法应用于卫星系统中，卫星系统包括空间段和地面段两部分，空间段由多颗，例如72颗卫星组成Walker星座；地面段主要包括卫星控制中心和地面站。卫星通信链路包括测控通信链路、星间链路和用户链路三种通信链路类型。星间通信只在同轨道内卫星之间进行，异轨卫星之间不直接进行星间通信。
其中，故障卫星为无法将遥测信息(例如关键遥测包)发送给地面站的卫星，假设故障卫星Xn为第X轨道面，编号n的卫星，此卫星出现了遥测信息无法下传给地面站的故障，与故障卫星同轨道的正常工作卫星Xm可以为同轨道离地面站最近的卫星或任意卫星，地面站确定好故障卫星和故障卫星所在轨道后，可以发送通信信号给正常工作卫星，以与同轨道的正常工作卫星建立测控通信链路，表示地面站可以与此正常工作卫星进行正常通信。测控通信链路为卫星可以发送遥测信息给地面站的链路。
优选地，步骤S101之后，还可以包括步骤S103。
步骤S103，接入地面站的卫星Xm通过星间链路向同轨道所有其它卫星广播见站状态为已见站，同轨道其它卫星的路由单元向星务单元上报星间关键遥测使能为有效的信息。
因为接入地面站的卫星Xm与地面站建立了链接，所以其见站状态为已见站，同轨道其它卫星的路由单元向星务单元上报星间关键遥测使能为有效的信息，即同轨道其它卫星的路由单元向星务单元上报的信息中的“星间关键遥测使能”变为有效。
步骤S105，故障卫星接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星，相邻卫星接收到关键遥测包；
其中，地面站可以向故障卫星Xn发送应急遥控指令，则故障卫星就可以接收到地面站发送的应急遥控指令，指令内容可以包括“关键遥测下发”，表示指示故障卫星发送卫星关键遥测包，则故障卫星接收到地面站发送的应急遥控指令后，由于故障原因无法直接将关键遥测包发送给地面站，但是可以通过星间链路将卫星关键遥测包(包括关键遥测信息)发送给同轨道相邻卫星，相邻卫星就可以接收到关键遥测包。
步骤S107，相邻卫星判断自身是否已接入地面站；若判断为已接入地面站，则执行步骤S109，若判断为未接入地面站，则执行步骤S111。
优选地，步骤S107中，相邻卫星判断自身是否已接入地面站，具体包括：
相邻卫星的路由单元判断自身是否已接入地面站：若判断为已接入地面站，则将关键遥测包中的内容填到路由单元遥测包对应字段中，并将遥测包通过CAN总线发给相邻卫星的星务单元，星务单元将遥测包通过测控通信链路发送给地面站，其中每颗卫星均包括星务单元、路由单元和星间通信载荷。
其中，相邻卫星的星间通信载荷接收到卫星关键遥测包后发送给路由单元，相邻卫星的路由单元判断自身是否已接入地面站：若判断为已接入地面站(即此时的相邻卫星为Xm)，将关键遥测包中的内容填到路由单元遥测包对应字段中，并将遥测包通过CAN总线发给相邻卫星的星务单元；若判断为未接入地面站，则继续通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星Xn+2，依次传递直至判断为接收到关键遥测包的卫星已接入地面站为止。
步骤S109，将关键遥测包通过建立的测控通信链路发送给地面站；
这里，卫星Xm的星务单元可以将所有星上遥测包汇总成工程遥测包并通过测控通信链路下发给地面站，从而地面站也就接收到了故障卫星下发的遥测包。这样，当某颗卫星出现下行遥测故障的情况下，可以将其星上关键遥测信息(即关键遥测包)通过星间链路发送给其它正常卫星，然后再下发至地面站运管中心进行故障判断；而且即使故障卫星不在境内，也可以通过其它同轨道卫星进行关键遥测包下传至地面站，排故效率和通信效率得到了显著提高。
步骤S111，将卫星关键遥测包通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星，例如卫星Xn+2，并进行步骤S107。
本步骤中，若判断为未接入地面站，则继续将卫星关键遥测包通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星Xn+2，依次传递直至判断为卫星已接入地面站为止。
优选地，如图3所示，步骤S105中，故障卫星接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星，相邻卫星接收到关键遥测包，具体包括步骤S301-S303：
步骤S301，故障卫星的星务单元接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过CAN总线向路由单元发送卫星关键遥测包；
其中，卫星的星务单元主要负责与地面站进行通信。卫星的星间通信载荷主要负责与轨道卫星之间进行通信。卫星的路由单元主要负责见站状态的判断。
步骤S302，故障卫星的路由单元收到卫星关键遥测包后转发给星间通信载荷，星间通信载荷通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星Xn+1；
步骤S303，相邻卫星的星间通信载荷接收到卫星关键遥测包后发送给路由单元，相邻卫星的路由单元接收到关键遥测包。
综上所述，本申请实施例提供的卫星网络通信方法，通过将与故障卫星同轨道的正常工作卫星接入地面站，以与地面站建立测控通信链路；故障卫星接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星，相邻卫星接收到关键遥测包；相邻卫星判断自身是否已接入地面站；若判断为已接入地面站，则将关键遥测包通过建立的测控通信链路发送给地面站；若判断为未接入地面站，则将卫星关键遥测包通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星，并进行相邻卫星判断自身是否已接入地面站的步骤，从而可以解决现有方法局限性大、有效性低的问题，当某颗卫星出现下行遥测故障的情况下，可以将其星上关键遥测信息通过星间链路发送给其它正常卫星，然后下发至地面站运管中心进行故障判断；即使故障卫星不在境内，也可以通过其它同轨道卫星进行关键遥测下传，排故效率和通信效率得到了显著提高。
以下为本申请的装置实施例，在装置实施例中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
请参考图4，为本申请实施例提供的卫星网络通信系统。卫星网络通信系统可以包括多颗卫星组成的卫星星座，多颗卫星包括正常工作卫星40、出现遥测包无法下传给地面站的故障卫星41，其中相邻卫星与正常工作卫星可能为同一颗或不同颗。
正常工作卫星40，与故障卫星同轨道，其接入地面站，以与地面站建立测控通信链路；
故障卫星41，用于接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星；
相邻卫星，用于接收到关键遥测包，相邻卫星判断自身是否已接入地面站，若判断为已接入地面站，则将关键遥测包通过建立的测控通信链路发送给地面站；若判断为未接入地面站，则将卫星关键遥测包通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星，并执行相邻卫星判断自身是否已接入地面站。
优选地，接入地面站的卫星用于通过星间链路向同轨道其它卫星广播见站状态为已见站，同轨道其它卫星的路由单元向星务单元上报星间关键遥测使能为有效的信息。
优选地，每颗卫星均包括星务单元、路由单元和星间通信载荷；其中，
故障卫星的星务单元用于接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过CAN总线向路由单元发送卫星关键遥测包；
故障卫星的路由单元用于收到卫星关键遥测包后转发给星间通信载荷，星间通信载荷通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星；
相邻卫星的星间通信载荷用于接收到卫星关键遥测包后发送给路由单元，相邻卫星的路由单元接收到关键遥测包。
优选地，相邻卫星的路由单元用于判断自身是否已接入地面站：若判断为已接入地面站，则将关键遥测包中的内容填到路由单元遥测包对应字段中，并将遥测包通过CAN总线发给相邻卫星的星务单元，星务单元将遥测包通过测控通信链路发送给地面站。
优选地，相邻卫星根据自身见站状态，判断自身是否已接入地面站，若自身见站状态为已见站，则判断为自身已接入地面站，若自身见站状态为未见站，则判断为自身未接入地面站。
综上所述，本申请实施例提供的卫星网络通信系统，通过正常工作卫星接入地面站，以与地面站建立测控通信链路；故障卫星接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星，相邻卫星接收到关键遥测包；相邻卫星判断自身是否已接入地面站；若判断为已接入地面站，则将关键遥测包通过建立的测控通信链路发送给地面站；若判断为未接入地面站，则将卫星关键遥测包通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星，并进行相邻卫星判断自身是否已接入地面站的步骤，从而可以解决现有方法局限性大、有效性低的问题，当某颗卫星出现下行遥测故障的情况下，可以将其星上关键遥测信息通过星间链路发送给其它正常卫星，然后下发至地面站运管中心进行故障判断；即使故障卫星不在境内，也可以通过其它同轨道卫星进行关键遥测下传，排故效率和通信效率得到了显著提高。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种卫星网络通信方法，其特征在于，其包括：
与故障卫星同轨道的正常工作卫星接入地面站，以与地面站建立测控通信链路，所述故障卫星为下行遥测故障导致无法将遥测信息发送给地面站的卫星；
在接收到地面站发送的应急遥控指令后，所述故障卫星通过星间链路将关键遥测包发送给同轨道相邻卫星；
在接收到关键遥测包后，所述相邻卫星判断自身是否为已接入地面站的正常工作卫星；
若是，则将所述关键遥测包通过建立的测控通信链路发送给地面站；
若否，则将所述关键遥测包通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星，并进行相邻卫星判断自身是否为已接入地面站的正常工作卫星的步骤。
2.根据权利要求1所述的卫星网络通信方法，其特征在于，还包括：
接入地面站的卫星通过星间链路向同轨道其它卫星广播见站状态为已见站，同轨道其它卫星的路由单元向星务单元上报星间关键遥测使能为有效的信息。
3.根据权利要求1所述的卫星网络通信方法，其特征在于，故障卫星接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星，相邻卫星接收到关键遥测包，具体包括：
故障卫星的星务单元接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过CAN总线向路由单元发送卫星关键遥测包；
故障卫星的路由单元收到卫星关键遥测包后转发给星间通信载荷，星间通信载荷通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星；
相邻卫星的星间通信载荷接收到卫星关键遥测包后发送给路由单元，相邻卫星的路由单元接收到关键遥测包。
4.根据权利要求1所述的卫星网络通信方法，其特征在于，相邻卫星判断自身是否已接入地面站，具体包括：
相邻卫星的路由单元判断自身是否已接入地面站：若判断为已接入地面站，则将关键遥测包中的内容填到路由单元遥测包对应字段中，并将遥测包通过CAN总线发给相邻卫星的星务单元，星务单元将遥测包通过测控通信链路发送给地面站。
5.根据权利要求1所述的卫星网络通信方法，其特征在于，相邻卫星判断自身是否已接入地面站，具体包括：
相邻卫星根据自身见站状态，判断自身是否已接入地面站，若自身见站状态为已见站，则判断为自身已接入地面站，若自身见站状态为未见站，则判断为自身未接入地面站。
6.一种卫星网络通信系统，其特征在于，其包括：多颗卫星组成的卫星星座，多颗卫星包括多颗正常工作卫星和故障卫星，其中，
正常工作卫星，与故障卫星同轨道，其接入地面站，以与地面站建立测控通信链路；
故障卫星，用于接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星，所述故障卫星为下行遥测故障导致无法将遥测信息发送给地面站的卫星；
相邻卫星，用于在接收到关键遥测包后，判断自身是否为已接入地面站的正常卫星，若是，则将关键遥测包通过建立的测控通信链路发送给地面站；若否，则将卫星关键遥测包通过星间链路转发给同轨道下一颗相邻卫星，并执行相邻卫星判断自身是否为已接入地面站的正常卫星。
7.根据权利要求6所述的卫星网络通信系统，其特征在于，接入地面站的卫星用于通过星间链路向同轨道其它卫星广播见站状态为已见站，同轨道其它卫星的路由单元向星务单元上报星间关键遥测使能为有效的信息。
8.根据权利要求6所述的卫星网络通信系统，其特征在于，卫星包括星务单元、路由单元和星间通信载荷；其中，
故障卫星的星务单元用于接收到地面站发送的应急遥控指令后，通过CAN总线向路由单元发送卫星关键遥测包；
故障卫星的路由单元用于收到卫星关键遥测包后转发给星间通信载荷，星间通信载荷通过星间链路将卫星关键遥测包发送给同轨道相邻卫星；
相邻卫星的星间通信载荷用于接收到卫星关键遥测包后发送给路由单元，相邻卫星的路由单元接收到关键遥测包。
9.根据权利要求6所述的卫星网络通信系统，其特征在于，相邻卫星的路由单元用于判断自身是否已接入地面站：若判断为已接入地面站，则将关键遥测包中的内容填到路由单元遥测包对应字段中，并将遥测包通过CAN总线发给相邻卫星的星务单元，星务单元将遥测包通过测控通信链路发送给地面站。
10.根据权利要求6所述的卫星网络通信系统，其特征在于，相邻卫星根据自身见站状态，判断自身是否已接入地面站，若自身见站状态为已见站，则判断为自身已接入地面站，若自身见站状态为未见站，则判断为自身未接入地面站。
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