CN114162348A - 卫星自主轨控方法、装置、卫星和信关站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星自主轨控方法、装置、卫星和信关站，其中所述适用于自主轨控卫星的卫星自主轨控方法包括：判断是否启动自主轨控；在确定启动自主轨控时，与至少一个临近卫星建立星间通信链路；控制推进器以进行自主轨控；通过至少一个所述星间通信链路获取与所述星间通信链路对应的所述临近卫星的星间距离；根据所述星间距离对自主轨控进行校验。

Description

卫星自主轨控方法、装置、卫星和信关站

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种卫星自主轨控方法、装置、卫星和信关站。

背景技术

卫星通信系统以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面终端之间通信。基于卫星轨道的类型，一种较为成熟的卫星通信系统是利用地球同步轨道卫星(GEO)，这种卫星能够在围绕赤道轨道上空3600千米左右的高度保持对地静止并提供无线接入服务。然而，由于轨道的限制，这种通信系统的系统容量受限、服务区域也无法覆盖到高维度地区。上个世纪提出过一种通过使用中低轨道(LEO/MEO)卫星组建星座的方式提供全球卫星通信覆盖的想法，并且在全世界范围内掀起一波建设热潮。然而，由于过于高昂的成本以及受限的数字信号处理技术，第一次尝试均以失败告终。近年来，随着商业航天技术的发展，发射成本得到了大幅度的降低。并且数字信号处理技术的成本和算力均得到了较大的进步。因此，基于中低轨道卫星的通信卫星星座计划再次被提出。尽管中低轨道卫星无法与地球保持相对静止，但是通过星座的方式能够理论上能够实现全球的覆盖。并且由于无线通信系统的容量由频率复用系数决定，离地球表面更近的中低轨道卫星能够提供相比GEO卫星更多的通信容量。因此，一个能够提供大量通信接入能力的中低轨道卫星通信系统必然是由大量卫星构成的星座系统，如图1所示。然而，这对卫星的轨道控制提出了更高的要求。

传统的卫星轨控技术通过地面遥测控站对卫星的轨道进行追踪，并通过通信链路注入变轨指令，最后由卫星星载计算机执行变轨操作。然而，这种基于地面控制站的轨道控制技术存在大量弊端，例如易受地面测控站的空间限制，尤其是对于像中国这种缺少全球测控站部署的国家。另外一个因素是测控延迟，一次轨道控制需要占用大量的操控弧段，当前一次轨控可能需要接近一天的时间，时间耗费较大。

卫星自主轨控(Autonomous Orbit Raindance and Control)一直是行业内研究的方向，能够让卫星自主地在空中进行姿态的调整和控制是很多研究者的梦想。早在1990年，Wertz等人就提出了通过星载计算机进行卫星自主轨控的方法。这种自主轨控技术在上述的中低轨道卫星星座中显得更为急需，这是由于如下原因造成的：其一，中低轨道卫星星座将脱离传统的军事和科研用途，进入民用领域，因此维护大规模星座的成本将不得不考虑成本因素，因此尽可能避免轨道衰落带来的卫星坠落将成为控制成本的重要手段，卫星自主轨控将避免消耗大量的遥测控资源；其二，维护一个庞大的，例如由四万颗中低轨道卫星组成的星座带来了遥测控的需求激增，尽管地面遥测站的建设也会增长，但是由于其无法提供一对多的服务能力，因此其建设进度显而易见的要在未来无法满足海量的中低轨道卫星轨道维护和控制需求。

然而，好的消息是随着技术的发展，卫星搭载的传感器和计算机得到了极大的提升，例如装备有全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的卫星已经变得极为普遍。同时，为了应对遥测控站的稀缺性，搭载有激光通信设备的卫星正在成为未来发射的卫星的首选设备。因此，本质上未来的中低轨道卫星的自主轨控是发生在一个网络中的行为，而不再是单独一颗卫星的孤立行为。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种卫星自主轨控方法、装置、卫星和信关站，以解决现有技术中卫星自主轨控过程中延迟高且安全隐患大的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种卫星自主轨控方法，适用于自主轨控卫星，包括：判断是否启动自主轨控；在确定启动自主轨控时，与至少一个临近卫星建立星间通信链路；控制推进器以进行自主轨控；通过至少一个所述星间通信链路获取与所述星间通信链路对应的所述临近卫星的星间距离；根据所述星间距离对自主轨控进行校验。

可选地，所述判断是否需要启动自主轨控，包括：判断当前位置与标定位置之间的差值是否大于预定阈值；当所述差值大于所述预定阈值时，确定需要启动自主轨控；或者当接收到自主轨控指令时，确定需要启动自主轨控。

可选地，所述根据所述星间距离对自主轨控进行校验，包括：根据所述星间距离校验当前位置是否进入预定轨道。

可选地，在所述控制推进器以进行自主轨控之前，所述方法还包括：通过至少一个所述星间通信链路向信关站发送自主轨控请求；在接收到所述信关站反馈的确认信息后，执行所述控制推进器以进行自主轨控的步骤。

可选地，所述自主轨控请求包括所述自主轨控卫星的当前位置与标定位置之间的差值、所述临近卫星的ID信息中的至少一个；或者所述信关站反馈的确认信息包括自主变轨任务ID；或者所述星间距离以数据包的形式发送，所述数据包包括时间戳、所述临近卫星与所述自主轨控卫星之间的星间距离和所述临近卫星自身位置信息中的至少一个。

可选地，所述方法还包括：通过所述星间通信链路向所述信关站传输自主变轨数据。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种卫星自主轨控方法，适用于中继卫星，包括：响应于自主轨控卫星的请求，与所述自主轨控卫星建立星间通信链路；通过所述星间通信链路获取与所述自主轨控卫星的星间距离。

可选地，所述方法还包括：接收所述自主轨控卫星发出的自主轨控请求并转发至信关站；向所述自主轨控卫星转发所述自主轨控请求的确认消息。

可选地，所述方法还包括：接收所述自主轨控卫星发送的自主变轨数据，并转发至所述信关站。

可选地，所述方法还包括：将所述星间距离发送给信关站。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种卫星自主轨控方法，适用于信关站，包括：通过星间通信链路获取所述自主轨控卫星与至少一个所述临近卫星之间的星间距离；通过所述星间通信链路获取所述自主轨控卫星发出的自主变轨数据；根据至少一个所述星间距离和所述自主变轨数据对所述自主轨控卫星的自主轨控进行校验。

可选地，所述方法还包括：接收自主轨控卫星发出的自主轨控请求；向所述自主轨控卫星反馈所述自主轨控请求的确认消息。

根据第四方面，本发明实施例提供了一种卫星自主轨控装置，适用于自主轨控卫星，包括：判断单元，用于判断是否启动自主轨控；链路单元，用于在确定启动自主轨控时，与至少一个临近卫星建立星间通信链路；轨控单元，用于控制推进器以进行自主轨控；距离单元，用于通过至少一个所述星间通信链路获取与所述星间通信链路对应的所述临近卫星的星间距离；校验单元，用于根据所述星间距离对自主轨控进行校验。

根据第五方面，本发明实施例提供了一种卫星自主轨控装置，适用于中继卫星，包括：链路单元，用于响应于自主轨控卫星的请求，与所述自主轨控卫星建立星间通信链路；距离单元，用于通过所述星间通信链路获取与所述自主轨控卫星的星间距离。

根据第六方面，本发明实施例提供了一种卫星自主轨控装置，适用于信关站，包括：第一获取单元，用于通过星间通信链路获取所述自主轨控卫星与至少一个所述临近卫星之间的星间距离；第二获取单元，用于通过所述星间通信链路获取所述自主轨控卫星发出的自主变轨数据；校验单元，用于根据至少一个所述星间距离和所述自主变轨数据对所述自主轨控卫星的自主轨控进行校验。

根据第七方面，本发明实施例提供了一种中低轨道卫星，包括：天线，用于接收和发送信号；推进器，用于向所述卫星施加推力；处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，以执行上述第一方面中任一项所述的卫星自主轨控方法。

根据第八方面，本发明实施例提供了一种中低轨道卫星，包括：天线，用于接收和发送信号；处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，以执行上述第二方面中任一项所述的卫星自主轨控方法。

根据第九方面，本发明实施例提供了一种信关站，包括：天线，用于接收和发送信号；处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，以执行上述第三方面中任一项所述的卫星自主轨控方法。

本发明实施例的卫星自主轨控方法、装置、卫星和信关站，自主轨控卫星通过至少一个星间通信链路获取与该星间通信链路对应的临近卫星的星间距离，并利用该星间距离对自主轨控进行校验，避免了可能产生的隐患，使得卫星自主轨控更加可靠。

本发明实施例的卫星自主轨控方法、装置、卫星和信关站，自主轨控卫星在启动自主轨控时，通过至少一个星间通信链路接入信关站，以向该信关站发送自主轨控请求，在接收到信关站反馈的确认信息后，实施自主轨控，在大规模中低轨道卫星星座的运行维护过程中，信关站可以在任意时刻完成对自主轨控卫星实施监控，不必等待该卫星运动到信关站的覆盖范围，摆脱了对信关站地理可获得性的限制，确保在没有全球遥测控覆盖的情况下实现对卫星星座的自动变轨授权和监控，大大缩减了自主轨控的延迟，并且卫星在得到信关站的确认后才进行自主轨控，减小了安全隐患。

本发明实施例的卫星自主轨控方法、装置、卫星和信关站，信关站除了可以在任意时刻完成对自主轨控卫星实施监控外，还可以根据星间距离和自主变轨数据对自主轨控进行校验，避免了可能产生的隐患，使得卫星自主轨控更加可靠。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明实施例的中低轨道卫星星座的示意图；

图2示出了自主轨控卫星的结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的卫星自主轨控方法的流程图；

图4示出了根据本发明实施例中临近卫星对自主轨控卫星进行测距的示意图；

图5示出了根据本发明另一实施例的卫星自主轨控方法的流程图；

图6示出了根据本发明实施例的卫星自主轨控方法中星间通信链路的示意图；

图7示出了根据本发明另一实施例的卫星自主轨控方法的流程图；

图8示出了根据本发明实施例中星间距离数据包的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如背景技术部分所述，现有技术中的卫星自主轨控方案针对单颗卫星，如图2所示，信关站16将标定轨道参数发送至卫星11的目标轨道存储器12，轨道参数可以通过遥测控(TT&C)数据包发送。GNSS模块13将卫星11的实时位置发送给轨控计算器14，轨控计算器14从目标轨道存储器12读取轨道参数，其中轨道参数也可以被称为轨道根数，可以是常规的六个参数中的一个或多个。然后，轨道计算器14根据卫星11的实时位置和标定轨道参数计算得出推进器15的控制信号，以控制推进器15向卫星11的质心施加推力，进而完成整个轨控过程。

在上述现有卫星自主轨控过程中，卫星11通过信关站16覆盖的区域内可以完成自主轨控参数的接收，此后自主轨控的决定是由轨控计算器14实时控制的，因此卫星需要在何时启动轨控操作是随机的，也就是说卫星的自主轨控可能是在信关站不知情的情况下完成的。如果上万颗在轨卫星均按照这种方法进行自主轨控，则带来巨大的隐患。一方面轨控计算器的决定可能由于故障存在误差，另外一方面卫星在下次接入信关站之前无法报告自主轨控的记录。显然，从安全角度而言这种完全自主的控制不是一种期望的状态。

图3示出了根据本发明实施例的卫星自主轨控方法，该方法可以包括如下步骤：

S101.自主轨控卫星判断是否启动自主轨控。

在本实施例中，自主轨控卫星例如可以通过如下两种方式判断是否启动自主轨控。

其一是，当信关站判断出自主轨控卫星需要进行自主轨控时，向自主轨控卫星发送自主轨控指令，自主轨控卫星在接收到该指令时，即可以确定需要启动自主轨控。

其二是，判断自主轨控卫星的当前位置与标定位置之间的差值是否大于预定阈值，当该差值大于预定阈值时，确定需要启动自主轨控。

可以通过各种方法来获取自主轨控卫星的当前位置。在一种可选实施方式中，可以通过测量卫星的运行速度，或是可以通过测量与地面终端之间的通信延迟等方式。在另一种可选实施方式中，卫星可以搭载GNSS模块，从而卫星的轨控计算器可以直接通过GNSS模块获取到卫星的当前位置。

在本实施例中，卫星的当前位置例如可以是卫星的当前轨道参数，卫星的标定位置例如可以是标定轨道参数，该标定轨道参数例如可以存储在卫星的目标轨道存储器内，可以是卫星在出厂时就预存的，也可以是卫星在通过某个信关站的覆盖区域时，由信关站发送的，卫星在接收到信关站发送的标定轨道参数时，会将其存储在卫星的目标轨道存储器内。卫星的轨控计算器实时监测卫星的当前位置与标定位置之间的差值。当差值小于或等于预定阈值时，说明无需对卫星进行轨道控制，此时继续获取卫星的当前位置，持续监测当前位置与标定位置之间的差值；当差值大于预定阈值时，说明需要对卫星进行轨道控制。

S102.在确定启动自主轨控时，与至少一个临近卫星建立星间通信链路。

在本实施例中，临近卫星可以是一颗或多颗，临近卫星可以是与自主轨控卫星同轨道或临近轨道的卫星，卫星上可以搭载有激光通信设备，自主轨控卫星例如可以通过激光通信信号来与临近卫星建立星间通信链路。

对于临近卫星而言，其响应于自主轨控卫星的请求，与自主轨控卫星建立星间通信链路。

S103.自主轨控卫星控制推进器以进行自主轨控。

在一种可选实施方式中，自主轨控卫星可以根据信关站发出的自主轨控指令来控制推进器以进行自主轨控。在另一种可选实施方式中，自主轨控卫星的轨道计算器根据实时位置和标定位置计算得出推进器的控制信号，该控制信号例如可以是PWM控制信号，以控制推进器向自主轨控卫星的质心施加推力，以进行自主轨控。

S104.通过至少一个星间通信链路获取与该星间通信链路对应的临近卫星的星间距离。

在本实施例中，由于需要根据临近卫星与自主轨控卫星之间的距离来校验自主轨控卫星是否已经完成变轨，因此所选取的临近卫星应当是处于标定轨道上的卫星，即信关站没有收到临近卫星的自主轨控请求。

可以通过例如激光通信的方式来获取自主轨控卫星与临近卫星的星间距离。例如，临近卫星可以周期性地向自主轨控卫星发送测距信号，自主轨控卫星收到该测距信号后，在预定的延迟时间T之后，发送反馈信号。临近卫星在收到反馈信号后，根据测得的双向延迟Td，就可以得到与自主轨控卫星之间的距离。当然，也可以是自主轨控卫星向临近卫星发送测距信号，然后临近卫星向自主轨控卫星发送反馈信号，由自主轨控卫星来计算星间距离。当自主轨控卫星与临近卫星中的一方获取到星间距离后，即可以通过该星间通信链路将星间距离告知另一方。在一种可选实施方式中，上述测距过程持续整个自主轨控过程。

S105.根据星间距离对自主轨控进行校验。

根据星间距离校验当前位置是否进入预定轨道。如图4所示，自主轨控卫星与两颗临近卫星建立了星间通信链路，临近卫星1通过与自主轨控卫星之间的激光通信信号的飞行时间测得星间距离为D1，临近卫星2类似的测得星间距离为D2。当自主轨控卫星在标定轨道时，其与临近卫星1和临近卫星2的距离也满足标定值。当自主轨控卫星因当前位置与标定位置之间的差值大于预定阈值启动自主轨控后，临近卫星1和临近卫星2测得的星间距离将偏离标定值，用以下公式表示：

e1＝D1-D1′

e2＝D2-D2′

其中D1′,D2′为标定距离。按照星座规划，自主轨控卫星和临近卫星1和临近卫星2的轨道半长轴应该相等，记录为a′。但是由于大气层拖拽效应，若自主轨控卫星半长轴偏离标定值超过阈值，而临近卫星1和临近卫星2的轨道半长轴仍然在标定值误差范围之内。此时，可以根据速度-半长轴换算公式得到：

其中G为万有引力常数，M为地球质量，r为卫星与地心的距离。当自主轨控卫星进行自主轨控时，自主轨控卫星的实际半长轴a在不断变化，因此上述D1和D2也会不断变化。自主轨控卫星如果按预定计划进入标定轨道，则其半长轴a将与a‘接近，此时这三颗卫星的速度均应该等于v′。因此，在自主轨控结束后，星间距离D1和D2将不再呈现变化，从而自主轨控卫星能够实现根据星间距离校验当前位置是否进入预定轨道。进一步地，此时e1和e2也应小于预定阈值。反之，如果自主轨控卫星的轨控计算器获得的轨道参数与标定轨道参数之间差异小于预定阈值，而e1和e2却大于预定阈值，或者数据包中的D1和D2仍然呈现变化趋势，则自主轨控卫星可以验证自主轨控出现了误差。

如上文所述，由于自主轨控卫星在进行自主轨控后，自主变轨数据都是由卫星的轨控计算器生成的，而自主轨控卫星的轨控计算器可能会因故障等原因生成错误的数据，而自主轨控卫星可能因这些错误的数据而认为卫星状态正常，从而导致自主轨控失败，甚至产生巨大隐患。在本发明实施例的卫星自主轨控方法中，自主轨控卫星通过至少一个星间通信链路获取与该星间通信链路对应的临近卫星的星间距离，并利用该星间距离对自主轨控进行校验，避免了可能产生的隐患，使得卫星自主轨控更加可靠。

图5示出了根据本发明另一实施例的卫星自主轨控方法，该方法可以包括如下步骤：

S201.自主轨控卫星判断是否启动自主轨控。具体内容可以参考步骤S101的相关描述。

S202.在确定启动自主轨控时，与至少一个临近卫星建立星间通信链路。具体内容可以参考步骤S102的相关描述。

S203.自主轨控卫星通过星间通信链路向信关站发送自主轨控请求。

当自主轨控卫星判断需要启动自主轨控时，卫星此时可能不处于任何信关站的覆盖范围内，尤其对于像中国这种缺少全球信关站部署的国家。如上文所述，在现有技术中需要等待卫星运动到信关站的覆盖范围内时进行遥测控，这样会耗费大量时间，或是在信关站不知情的情况下卫星完全自主轨控，这样会存在安全隐患。

然而，如上文所述，自主轨控卫星与临近卫星建立了星间通信链路，中低轨道卫星星座包括多个轨道，每个轨道上运行着多颗卫星，临近卫星又可以进一步与其临近卫星之间建立星间通信链路，由此自主轨控卫星可以通过星间通信链路接入信关站，不必等待卫星运动到信关站的覆盖范围，且信关站能够通过星间通信链路知晓卫星的自主轨控过程。在一种可选实施方式中，为了降低自主轨控过程中的通信时延，该信关站为离自主轨控卫星最近的信关站。

在图6的示例中，自主轨控卫星处于信关站的覆盖范围之外，在服卫星处于信关站覆盖范围内，自主轨控卫星可以通过临近卫星1和在服卫星这条星间通信链路，也可以通过临近卫星2和在服卫星这条星间通信链路，并通过上层路由协议接入信关站，在图6中虚线箭头表示卫星的运动方向，双箭头表示卫星之间的星间通信链路。需要说明的是，图6仅仅只是作为示例，具体的星间通信链路选择由路由算法决定。在本发明实施例的卫星自主轨控方法中，信关站并不是通过直接的无线电信号完成对目标自主轨控卫星的遥感、测量和控制，而是通过通信网络和卫星星座的方式完成。

由于自主轨控卫星与信关站之间通过星间通信链路实现了通信连接，因此，卫星可以向信关站发送自主轨控请求。自主轨控请求可以包含必要的轨道参数，在本实施例中，自主轨控请求可以包括卫星的当前位置与标定位置之间的差值。

对于中继卫星而言，其接收自主轨控卫星发送的自主轨控请求。

S204.中继卫星将自主轨控请求转发至信关站。

对于中继卫星侧而言，其转发自主轨控卫星发送的自主轨控请求，以使得信关站接收到该自主轨控请求。

S205.信关站向自主轨控卫星反馈确认消息。

同样地，由于在本实施例中，自主轨控卫星通过星间通信链路接入信关站，因此该确认消息先发送至中继卫星。信关站在接收到卫星发送的自主轨控请求之后，若确认无误，则可以向卫星反馈确认信息。

S206.中继卫星将确认消息转发至自主轨控卫星。

对于中继卫星侧而言，其转发信关站发送的确认消息，以使得自主轨控卫星接收到该确认消息。

S207.自主轨控卫星控制推进器以进行自主轨控。

在接收到信关站反馈的确认信息后，自主轨控卫星的轨道计算器根据实时位置和标定位置计算得出推进器的控制信号，以控制推进器向自主轨控卫星的质心施加推力，以进行自主轨控。

S208.通过至少一个星间通信链路获取与该星间通信链路对应的临近卫星的星间距离。具体内容可以参考步骤S104的相关描述。

S209.根据星间距离对自主轨控进行校验。具体内容可以参考步骤S105的相关描述。

除了图3所示的实施例的有益效果外，在本发明实施例的卫星自主轨控方法中，自主轨控卫星在启动自主轨控时，通过至少一个星间通信链路接入信关站，以向该信关站发送自主轨控请求，在接收到信关站反馈的确认信息后，实施自主轨控，在大规模中低轨道卫星星座的运行维护过程中，信关站可以在任意时刻完成对自主轨控卫星实施监控，不必等待该卫星运动到信关站的覆盖范围，摆脱了对信关站地理可获得性的限制，确保在没有全球遥测控覆盖的情况下实现对卫星星座的自动变轨授权和监控，大大缩减了自主轨控的延迟，并且卫星在得到信关站的确认后才进行自主轨控，减小了安全隐患。

图7示出了根据本发明另一实施例的卫星自主轨控方法，该方法可以包括如下步骤：

S301.自主轨控卫星判断是否启动自主轨控。具体内容可以参考步骤S101的相关描述。

S302.在确定启动自主轨控时，与至少一个临近卫星建立星间通信链路。具体内容可以参考步骤S102的相关描述。

S303.自主轨控卫星通过星间通信链路向信关站发送自主轨控请求。具体内容可以参考步骤S203的相关描述。

在一种可选实施方式中，中低轨道卫星星座中可能同时有多颗卫星进行自主轨控，信关站需要了解到底哪颗或哪几颗卫星需要进行自主轨控。因此，在本实施方式中，自主轨控卫星发送的自主轨控请求中可以包括临近卫星的ID信息。

S304.中继卫星将自主轨控请求转发至信关站。具体内容可以参考步骤S204的相关描述。

S305.信关站向自主轨控卫星反馈确认消息。具体内容可以参考步骤S205的相关描述。

在一种可选实施方式中，对应地，信关站接收到含有临近卫星的ID信息的自主轨控请求后，反馈的确认信息中包括自主变轨任务ID信息，该自主变轨任务ID信息随着确认信息被发送至对应的临近卫星，并由该临近卫星转发至自主变轨卫星。由此，通过临近卫星的ID信息和自主变轨任务ID信息，自主轨控请求与确认消息被对应在一起。

S306.中继卫星将确认消息转发至自主轨控卫星。具体内容可以参考步骤S206的相关描述。

S307.自主轨控卫星控制推进器以进行自主轨控。具体内容可以参考步骤S207的相关描述。

S308.通过至少一个星间通信链路获取与该星间通信链路对应的临近卫星的星间距离。具体内容可以参考步骤S104的相关描述。

在一种可选实施方式中，对应地，临近卫星发送的星间距离也包含该自主变轨任务ID信息，从而同一颗自主轨控卫星的自主轨控请求、确认消息和星间距离能够被对应在一起。

S309.中继卫星将星间距离转发给信关站。

S310.自主轨控卫星向信关站传输自主变轨数据。

同样地，由于在本实施例中，自主轨控卫星通过星间通信链路接入信关站，因此该自主变轨数据先发送至中继卫星。自主变轨数据可以包括卫星状态数据，该卫星状态数据可以包括卫星的实时位置、推进器的控制信号和推进器传感器信号等。

在一种可选实施方式中，自主变轨数据中也含有自主变轨任务ID信息，从而同一颗自主轨控卫星的自主轨控请求、确认消息、星间距离、自主变轨数据均被对应在一起。

S311.中继卫星将自主变轨数据转发至信关站。

通过上述步骤S308和步骤S309，信关站能够获得卫星自主轨控的整个状态信息。

作为本发明实施的一种可选实施方式，信关站通过星间通信链路向自主轨控卫星反馈确认信息时，通过该星间通信链路在自主轨控卫星与信关站之间建立一个逻辑信道，本发明的发明人将其命名为自主轨控控制信道(Autonomous Orbit Maintaince andControl Control Channel，AOMCCH)，该自主轨控控制信道可以是一个多层结构的逻辑信道并指定一个低延迟的QoS参数。自主轨控卫星通过该自主轨控控制信道向信关站传输该自主变轨数据。其中，在一种实施方式中，上述自主轨控控制信道映射到物理层的低时延高可靠性传输模式。

S312.自主轨控卫星根据星间距离对自主轨控进行校验。具体内容可以参考步骤S105的相关描述。

S313.信关站根据星间距离和自主变轨数据对自主轨控进行校验。

作为一种可选实施方式，自主轨控卫星在步骤S303中发送的自主轨控请求中可以包括临近卫星的ID信息，信关站在步骤S305中向自主轨控卫星反馈的确认消息中可以包括自主变轨任务ID信息，信关站首先将确认消息发送至自主轨控请求中的临近卫星的ID信息所对应的临近卫星，再由临近卫星转发至对应的自主轨控卫星，从而临近卫星的ID信息与自主变轨任务ID信息之间建立了关联关系。然后，临近卫星在步骤S308发送的星间距离包含该自主变轨任务ID信息，自主轨控卫星在步骤S310传输的自主变轨数据包含该自主变轨任务ID信息，因此信关站能够将具有相同自主变轨任务ID信息的自主变轨数据和星间距离进行交叉认证。同时，由于自主轨控卫星的ID信息、临近卫星的ID信息和自主变轨任务ID之间存在一一对应关系，当信关站发现某组自主变轨数据和星间距离不吻合时，能够通过自主变轨任务ID查找到对应的自主轨控卫星。

作为本发明实施例的一种可选实施方式，临近卫星将星间距离封装到数据包中，每个数据包中还包括时间戳。图8中示出了数据包结构的一个示例，临近卫星不断向信关站发送星间距离，不同数据包对应不同时间的星间距离，每个数据包结构可以包括数据包头、自主变轨任务任务ID和星间距离信息，星间距离信息可以包括时间戳、该临近卫星与该自主轨控卫星之间的星间距离和该临近卫星自身位置信息等。

与图3和图5所示的实施例不同的是，在本实施例的卫星自主轨控方法中，信关站还接收了自主轨控卫星发送的自主变轨数据和临近卫星发出的星间距离。因此，在本实施例中，除了自主轨控卫星可以根据星间距离对自主轨控进行校验外，信关站除了可以在任意时刻完成对自主轨控卫星实施监控外，还可以根据星间距离和自主变轨数据对自主轨控进行校验，避免了可能产生的隐患，使得卫星自主轨控更加可靠。

相应地，本发明实施例提供了一种卫星自主轨控装置，适用于自主轨控卫星，该装置可以包括：

判断单元，用于判断是否启动自主轨控；

链路单元，用于在确定启动自主轨控时，与至少一个临近卫星建立星间通信链路；

轨控单元，用于控制推进器以进行自主轨控；

距离单元，用于通过至少一个所述星间通信链路获取与所述星间通信链路对应的所述临近卫星的星间距离；

校验单元，用于根据所述星间距离对自主轨控进行校验。

本发明实施例还提供了一种卫星自主轨控装置，适用于中继卫星，该装置可以包括：

链路单元，用于响应于自主轨控卫星的请求，与所述自主轨控卫星建立星间通信链路；

距离单元，用于通过所述星间通信链路获取与所述自主轨控卫星的星间距离。

本发明实施例还提供了一种卫星自主轨控装置，适用于信关站，该装置可以包括：

第一获取单元，用于通过星间通信链路获取所述自主轨控卫星与至少一个所述临近卫星之间的星间距离；

第二获取单元，用于通过所述星间通信链路获取所述自主轨控卫星发出的自主变轨数据；

校验单元，用于根据至少一个所述星间距离和所述自主变轨数据对所述自主轨控卫星的自主轨控进行校验。

根据本发明实施例的卫星自主轨控装置的具体细节可以对应参阅图1至图8所示的方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种中低轨道卫星，包括：

天线，用于接收和发送信号；

推进器，用于向所述卫星施加推力；

处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，以执行图1至图8所示的方法实施例中自主轨控卫星所执行的方法步骤。

本发明实施例还提供了一种中低轨道卫星，包括：

天线，用于接收和发送信号；

处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，以执行图1至图8所示的方法实施例中中继卫星所执行的方法步骤。

本发明实施例还提供了一种信关站，包括：

天线，用于接收和发送信号；

处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，以执行图1至图8所示的方法实施例中信关站所执行的方法步骤。

在上述各个实施例中，天线用于接收或发送信号，例如可以为相阵控天线。

处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，或其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，以实现上述方法实施例中的各个方法步骤。

存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。

上述天线、处理器和存储器之间例如可以通过总线或者其他方式连接。

上述实施例的卫星和信关站的具体细节可以对应参阅图1至图8所示的方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (18)

1.一种卫星自主轨控方法，适用于自主轨控卫星，其特征在于，包括：

判断是否启动自主轨控；

在确定启动自主轨控时，与至少一个临近卫星建立星间通信链路；

控制推进器以进行自主轨控；

通过至少一个所述星间通信链路获取与所述星间通信链路对应的所述临近卫星的星间距离；

根据所述星间距离对自主轨控进行校验。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断是否需要启动自主轨控，包括：

判断当前位置与标定位置之间的差值是否大于预定阈值；

当所述差值大于所述预定阈值时，确定需要启动自主轨控；或者

当接收到自主轨控指令时，确定需要启动自主轨控。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述星间距离对自主轨控进行校验，包括：

根据所述星间距离校验当前位置是否进入预定轨道。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述控制推进器以进行自主轨控之前，还包括：

通过至少一个所述星间通信链路向信关站发送自主轨控请求；

在接收到所述信关站反馈的确认信息后，执行所述控制推进器以进行自主轨控的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述自主轨控请求包括所述自主轨控卫星的当前位置与标定位置之间的差值、所述临近卫星的ID信息中的至少一个；或者

所述信关站反馈的确认信息包括自主变轨任务ID；或者

所述星间距离以数据包的形式发送，所述数据包包括时间戳、所述临近卫星与所述自主轨控卫星之间的星间距离和所述临近卫星自身位置信息中的至少一个。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

通过所述星间通信链路向所述信关站传输自主变轨数据。

7.一种卫星自主轨控方法，适用于中继卫星，其特征在于，包括：

响应于自主轨控卫星的请求，与所述自主轨控卫星建立星间通信链路；

通过所述星间通信链路获取与所述自主轨控卫星的星间距离。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

接收所述自主轨控卫星发出的自主轨控请求并转发至信关站；

向所述自主轨控卫星转发所述自主轨控请求的确认消息。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

接收所述自主轨控卫星发送的自主变轨数据，并转发至所述信关站。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述星间距离发送给信关站。

11.一种卫星自主轨控方法，适用于信关站，其特征在于，包括：

通过星间通信链路获取所述自主轨控卫星与至少一个所述临近卫星之间的星间距离；

通过所述星间通信链路获取所述自主轨控卫星发出的自主变轨数据；

根据至少一个所述星间距离和所述自主变轨数据对所述自主轨控卫星的自主轨控进行校验。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

接收自主轨控卫星发出的自主轨控请求；

向所述自主轨控卫星反馈所述自主轨控请求的确认消息。

13.一种卫星自主轨控装置，适用于自主轨控卫星，其特征在于，包括：

判断单元，用于判断是否启动自主轨控；

链路单元，用于在确定启动自主轨控时，与至少一个临近卫星建立星间通信链路；

轨控单元，用于控制推进器以进行自主轨控；

距离单元，用于通过至少一个所述星间通信链路获取与所述星间通信链路对应的所述临近卫星的星间距离；

校验单元，用于根据所述星间距离对自主轨控进行校验。

14.一种卫星自主轨控装置，适用于中继卫星，其特征在于，包括：

链路单元，用于响应于自主轨控卫星的请求，与所述自主轨控卫星建立星间通信链路；

距离单元，用于通过所述星间通信链路获取与所述自主轨控卫星的星间距离。

15.一种卫星自主轨控装置，适用于信关站，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于通过星间通信链路获取所述自主轨控卫星与至少一个所述临近卫星之间的星间距离；

第二获取单元，用于通过所述星间通信链路获取所述自主轨控卫星发出的自主变轨数据；

校验单元，用于根据至少一个所述星间距离和所述自主变轨数据对所述自主轨控卫星的自主轨控进行校验。

16.一种中低轨道卫星，其特征在于，包括：

天线，用于接收和发送信号；

推进器，用于向所述卫星施加推力；

处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，以执行权利要求1-6中任一项所述的卫星自主轨控方法。

17.一种中低轨道卫星，其特征在于，包括：

天线，用于接收和发送信号；

处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，以执行权利要求7-10中任一项所述的卫星自主轨控方法。

18.一种信关站，其特征在于，包括：

天线，用于接收和发送信号；

处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，以执行权利要求11或12所述的卫星自主轨控方法。

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