CN114629546B - 基于调制反射器的卫星网络通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及基于调制反射器的卫星网络通信系统及方法。该系统包括：所述数据采集层用于进行待采集数据的采集以及对所述待采集数据进行整合分析，将所述整合分析结果发送至所述骨干网络层；所述骨干网络层用于接收所述地面站发送的控制指令，并基于所述控制指令对所述第一卫星进行调度，将所述整合分析结果发送至所述地面站；所述地面站用于生成所述控制指令并发送至所述骨干网络层，对所述第一卫星及所述第二卫星进行检测，接收所述整合分析结果。通过该系统能够使得卫星的SWaP值大大降低，从而适用于微小卫星的通信组网。

Description

基于调制反射器的卫星网络通信系统及方法

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及基于调制反射器的卫星网络通信系统及方法。

背景技术

现有卫星通信过程中在每个卫星上安装复杂的瞄准捕获跟踪(Pointing,Acquisition and Tracking,PAT)系统，因此SWaP值较大，限制了其在微小卫星网络中的应用。且现有技术在使用调制反射器的过程中多是点对点的数据传输，即只能进行两点之间的数据交换，没有进行组网。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供基于调制反射器的卫星网络通信系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于调制反射器的卫星网络通信系统，包括：

通信子网以及地面站；

所述通信子网包括：数据采集层以及骨干网络层；

所述数据采集层包括多个第一卫星，通过至少一个第一卫星进行待采集数据的采集以及对所述待采集数据进行整合分析，将所述整合分析结果发送至所述骨干网络层；

其中，所述第一卫星上安装有调制反射器；

所述骨干网络层包括多个第二卫星，通过至少一个第二卫星接收所述地面站发送的控制指令，并基于所述控制指令对所述第一卫星进行调度，将所述整合分析结果发送至所述地面站；

其中，所述第二卫星上安装有调制反射器和PAT系统、或PAT系统；

所述地面站用于生成所述控制指令并发送至所述骨干网络层，对所述第一卫星及所述第二卫星进行检测，接收所述整合分析结果。

本发明的有益效果是：为了能够在微小卫星上使用激光进行通信，需要降低SWaP值。为此，可以采用调制反射器(MRR)，它可以节省一套PAT系统，使得该卫星的SWaP值大大降低，从而适用于微小卫星的激光通信。由于MRR只能进行被动式地信息传输，通常两个MRR之间无法进行直接通信。为此提出一个卫星网络架构即通信子网，由骨干网络层和数据采集层组成，其中数据采集层卫星安装有MRR，之间无法直接进行通信，但可以通过网络中的其他节点通信。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述通信子网的组网过程具体为：

将任意允许通信的两个及以上的卫星组成通信子网，并生成路由表以及轮询表，所述轮询表保存至所述第二卫星中；

组网后，将所有第一卫星与至少一个第二卫星进行连接，连接过程具体为：

根据所述路由表中的卫星位置信息，将任意第一卫星与第二卫星相连接，所述第二卫星满足第一条件，所述第一条件为：与待确认连接的第一卫星之间的距离小于阈值；

若没有满足所述第一条件的所述第二卫星，则根据所述路由表中的卫星位置信息，将任意第一卫星与第二卫星相连接，所述第二卫星满足第二条件，所述第二条件为：与待确认连接的第一卫星之间的距离最小。

进一步，所述通信子网的组网过程中还包括新卫星加入过程，具体为：

所述通信子网中任意卫星接收新卫星的接入请求，将所述新卫星的基础信息更新至所述路由表及所述轮询表，完成新卫星的加入；

或，所述通信子网接收所述地面站发出的新卫星的接入请求，根据所述接入请求的信息更新所述路由表及所述轮询表，且所述通信子网中任意卫星向所述新卫星发送准入信号，完成新卫星的加入。

进一步，所述轮询表具体用于：

通过所述轮询表统一所述第二卫星向所述第一卫星发射询问光束的时间，在询问时间内，所述骨干网络层与所述数据采集层进行数据交互；

其中，所述数据交互满足：交互时间小于一个询问时间的周期；

所述骨干网络层与所述数据采集层进行数据交互包括：

所述第二卫星向所述第一卫星的单向通信、所述第一卫星向所述第二卫星的单向通信、所述第一卫星之间的通信以及所述第一卫星之间的通信。

进一步，所述第二卫星向所述第一卫星的单向通信具体为：

基于选择后的路径，所述第二卫星在所述询问时间内向所述第一卫星发送带有信息的调制光信号。

进一步，所述第一卫星向所述第二卫星的单向通信具体为：

基于选择后的路径，所述第二卫星向所述第一卫星发送未被调制过数据的询问光束，所述询问光束被所述第一卫星上的调制反射器接收，所述第一卫星利用所述询问光束调制一段特定的数据作为请求数据，利用所述调制反射器将所述请求数据反馈至所述第二卫星，所述第二卫星接收所述请求数据后返回确认数据并持续向所述第一卫星发射询问光束，所述第一卫星收到所述确认数据后，利用所述询问光束发射一个起始数据，在利用所述调制反射器发送经过调制的待发送数据，在所述待发送数据发送完毕后，所述第一卫星利用所述询问光束发射一个结束数据，所述第二卫星在收到所述结束数据后，向所述第一卫星发送确认结束数据，所述第二卫星在收到所述第一卫星反馈的确认已经结束数据后，停止向所述第一卫星发射询问光束。

进一步，所述选择后的路径具体为：

当一个所述第一卫星只与一个所述第二卫星进行通信时，则将所述第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当一个所述第一卫星与多个所述第二卫星进行通信时，则：

当多个所述第二卫星非同时发送询问光束时，则将所述第一卫星与按照接收询问光束的先后顺序所对应的所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当多个所述第二卫星同时发送询问光束时，则将所述第一卫星与询问光束的能量最强的光束对应的第二卫星连通的路径作为选择后的暂定路径，将所述暂定路径的路径评分与所述第一卫星与其余第二卫星连通的路径的路径评分进行比较，判断所述暂定路径的路径评分是否为最高分，生成判断结果，若所述判断结果为是，则将所述暂定路径作为选择后的路径，若所述判断结果为不是，则将比所述暂定路径的路径评分高的路径的询问光束的能量调低，使得所述判断结果为是，此时将所述暂定路径作为选择后的路径；

当多个所述第一卫星与一个所述第二卫星进行通信时，则：

当只有一个第一卫星包含待发送数据时，则将所述包含待发送数据的第一卫星与与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当存在多个第一卫星包含待发送数据时，则所述第二卫星发送带有卫星标记的确认数据至多个包含待发送数据的第一卫星，与所述卫星标记匹配的第一卫星和所述第二卫星进行通信，此时，将与所述卫星标记匹配的第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径，在一个询问时间的周期结束后，所述第二卫星向所述卫星标记匹配的第一卫星发送静默数据；重复将与所述卫星标记匹配的第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径的过程，直至所有包含待发送数据的第一卫星均与所述第二卫星进行了通信。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种基于调制反射器的卫星网络通信方法，包括：

步骤1，数据采集层进行待采集数据的采集以及对所述待采集数据进行整合分析，将所述整合分析结果发送至骨干网络层；

步骤2，所述骨干网络层将所述整合分析结果发送至所述地面站或保存至所述骨干网络层；

步骤3，所述骨干网络层根据所述骨干网络层自动生成控制指令或接收所述地面站发送的指令数据，并基于所述控制指令或所述指令数据对所述第一卫星进行调度。

本发明的有益效果是：为了能够在微小卫星上使用激光进行通信，需要降低SWaP值。为此，可以采用调制反射器(MRR)，它可以节省一套PAT系统，使得该卫星的SWaP值大大降低，从而适用于微小卫星的激光通信。由于MRR只能进行被动式地信息传输，通常两个MRR之间无法进行直接通信。为此提出一个卫星网络架构即通信子网，由骨干网络层和数据采集层组成，其中数据采集层卫星安装有MRR，之间无法直接进行通信，但可以通过网络中的其他节点通信。

进一步，所述通信子网的组网过程具体为：

将任意允许通信的两个及以上的卫星组成通信子网，并生成路由表以及轮询表，所述轮询表保存至所述第二卫星中；

组网后，将所有第一卫星与至少一个第二卫星进行连接，连接过程具体为：

根据所述路由表中的卫星位置信息，将任意第一卫星与第二卫星相连接，所述第二卫星满足第一条件，所述第一条件为：与待确认连接的第一卫星之间的距离小于阈值；

若没有满足所述第一条件的所述第二卫星，则根据所述路由表中的卫星位置信息，将任意第一卫星与第二卫星相连接，所述第二卫星满足第二条件，所述第二条件为：与待确认连接的第一卫星之间的距离最小。

进一步，所述通信子网的组网过程中还包括新卫星加入过程，具体为：

所述通信子网中任意卫星接收新卫星的接入请求，将所述新卫星的基础信息更新至所述路由表及所述轮询表，完成新卫星的加入；

或，所述通信子网接收所述地面站发出的新卫星的接入请求，根据所述接入请求的信息更新所述路由表及所述轮询表，且所述通信子网中任意卫星向所述新卫星发送准入信号，完成新卫星的加入。

进一步，所述轮询表具体用于：

通过所述轮询表统一所述第二卫星向所述第一卫星发射询问光束的时间，在询问时间内，所述骨干网络层与所述数据采集层进行数据交互；

其中，所述数据交互满足：交互时间小于一个询问时间的周期；

所述骨干网络层与所述数据采集层进行数据交互包括：

所述第二卫星向所述第一卫星的单向通信、所述第一卫星向所述第二卫星的单向通信、所述第一卫星之间的通信以及所述第一卫星之间的通信。

进一步，所述第二卫星向所述第一卫星的单向通信具体为：

基于选择后的路径，所述第二卫星在所述询问时间内向所述第一卫星发送带有信息的调制光信号。

进一步，所述第一卫星向所述第二卫星的单向通信具体为：

基于选择后的路径，所述第二卫星向所述第一卫星发送未被调制过数据的询问光束，所述询问光束被所述第一卫星上的调制反射器接收，所述第一卫星利用所述询问光束调制一段特定的数据作为请求数据，利用所述调制反射器将所述请求数据反馈至所述第二卫星，所述第二卫星接收所述请求数据后返回确认数据并持续向所述第一卫星发射询问光束，所述第一卫星收到所述确认数据后，利用所述询问光束发射一个起始数据，在利用所述调制反射器发送经过调制的待发送数据，在所述待发送数据发送完毕后，所述第一卫星利用所述询问光束发射一个结束数据，所述第二卫星在收到所述结束数据后，向所述第一卫星发送确认结束数据，所述第二卫星在收到所述第一卫星反馈的确认已经结束数据后，停止向所述第一卫星发射询问光束。

进一步，所述选择后的路径具体为：

当一个所述第一卫星只与一个所述第二卫星进行通信时，则将所述第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当一个所述第一卫星与多个所述第二卫星进行通信时，则：

当多个所述第二卫星非同时发送询问光束时，则将所述第一卫星与按照接收询问光束的先后顺序所对应的所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当多个所述第二卫星同时发送询问光束时，则将所述第一卫星与询问光束的能量最强的光束对应的第二卫星连通的路径作为选择后的暂定路径，将所述暂定路径的路径评分与所述第一卫星与其余第二卫星连通的路径的路径评分进行比较，判断所述暂定路径的路径评分是否为最高分，生成判断结果，若所述判断结果为是，则将所述暂定路径作为选择后的路径，若所述判断结果为不是，则将比所述暂定路径的路径评分高的路径的询问光束的能量调低，使得所述判断结果为是，此时将所述暂定路径作为选择后的路径；

当多个所述第一卫星与一个所述第二卫星进行通信时，则：

当只有一个第一卫星包含待发送数据时，则将所述包含待发送数据的第一卫星与与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当存在多个第一卫星包含待发送数据时，则所述第二卫星发送带有卫星标记的确认数据至多个包含待发送数据的第一卫星，与所述卫星标记匹配的第一卫星和所述第二卫星进行通信，此时，将与所述卫星标记匹配的第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径，在一个询问时间的周期结束后，所述第二卫星向所述卫星标记匹配的第一卫星发送静默数据；重复将与所述卫星标记匹配的第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径的过程，直至所有包含待发送数据的第一卫星均与所述第二卫星进行了通信。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述任一项所述的一种基于调制反射器的卫星网络通信方法。

本发明的有益效果是：为了能够在微小卫星上使用激光进行通信，需要降低SWaP值。为此，可以采用调制反射器(MRR)，它可以节省一套PAT系统，使得该卫星的SWaP值大大降低，从而适用于微小卫星的激光通信。由于MRR只能进行被动式地信息传输，通常两个MRR之间无法进行直接通信。为此提出一个卫星网络架构即通信子网，由骨干网络层和数据采集层组成，其中数据采集层卫星安装有MRR，之间无法直接进行通信，但可以通过网络中的其他节点通信。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种电子设备，包括上述存储介质、执行上述存储介质内的指令的处理器。

本发明的有益效果是：为了能够在微小卫星上使用激光进行通信，需要降低SWaP值。为此，可以采用调制反射器(MRR)，它可以节省一套PAT系统，使得该卫星的SWaP值大大降低，从而适用于微小卫星的激光通信。由于MRR只能进行被动式地信息传输，通常两个MRR之间无法进行直接通信。为此提出一个卫星网络架构即通信子网，由骨干网络层和数据采集层组成，其中数据采集层卫星安装有MRR，之间无法直接进行通信，但可以通过网络中的其他节点通信。

附图说明

图1为本发明一种基于调制反射器的卫星网络通信系统的实施例提供的结构框架图；

图2为本发明一种基于调制反射器的卫星网络通信方法的实施例提供的流程示意图；

图3为本发明一种基于调制反射器的卫星网络通信系统的实施例提供的卫星网络架构示意图；

图4为本发明一种基于调制反射器的卫星网络通信系统的实施例提供的询问时间示意图；

图5为本发明一种基于调制反射器的卫星网络通信系统的实施例提供的骨干网络层卫星之间的通信示意图；

图6为本发明一种基于调制反射器的卫星网络通信系统的实施例提供的骨干网络层卫星向数据采集层卫星发送数据示意图；

图7为本发明一种基于调制反射器的卫星网络通信系统的实施例提供的数据采集层卫星向骨干网络层卫星发送数据示意图；

图8为本发明一种基于调制反射器的卫星网络通信系统的实施例提供的询问时间内数据通信示意图；

图9为本发明一种基于调制反射器的卫星网络通信系统的实施例提供的数据采集层卫星之间的通信示意图；

图10为本发明一种基于调制反射器的卫星网络通信系统的实施例提供的一颗数据采集层卫星与多颗骨干网络层卫星连接示意图；

图11为本发明一种基于调制反射器的卫星网络通信系统的实施例提供的多颗数据采集层卫星与一颗骨干网络层卫星连接示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、通信系统，11、通信子网，111、数据采集层，112、骨干网络层，12、地面站。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

为了便于对本方案的理解，现对本方案中的一些现有名词以及背景进行如下解释：

在此之前，需了解，在本实施例中提及到的第一卫星通过数据采集层111卫星表示，第二卫星通过骨干网络层112卫星表示。

1、微小卫星组网

微小卫星编队为军民两用的导航、通信、遥感和科学研究等提供了可能，可用于重力测绘、跟踪森林火灾、寻找水源等方面。通过星间链路把多颗小卫星互联在一起形成快速响应、信息共享及实时数据交换空间通信网络，可有效综合利用每颗卫星的信息，是编队小卫星星间协作的一项关键技术。微小卫星集群可提供低延迟、低成本、高速度、高可靠服务。

2、空间激光通信与调制反射器

空间激光通信具有无频率资源限制、宽带宽、高速率、抗干扰的特点，成为未来小卫星星间、星地链路的重要途径。微小卫星要求载荷具有低SWaP(Size,Weight and Power)值，星间激光通信相对较低的SWaP值适用于微小卫星星间、星地数传需求。微小卫星间通过激光通信方式进行互联，可构建激光通信网络。

激光逆向调制反射技术是一种非对称激光通信链路，与传统激光通信不同的是，调制反射器(Modulated Retro Reflector,MRR)仅需要一端的瞄准捕获跟踪(Pointing,Acquisition and Tracking,PAT)，另一端是角反射器或具有猫眼效应的调制反射系统。调制反射器较传统激光通信终端具有更低的SWaP值，相对微波通信可提供更高速率，对卫星平台本身的要求不高。利用调制反射器阵列，可实现一点对多点的通信。美国喷气推进实验室正在研发基于MEMS调制反射器的全天空覆盖卫星间全向光通信器(ISOC)，将在自由空间200km距离内实现高达1Gbps的数据速率，适用于微小卫星。

如图1所示，一种基于调制反射器的卫星网络通信系统1，包括：

通信子网11以及地面站12；

所述通信子网11包括：数据采集层111以及骨干网络层112；

所述数据采集层111包括多个第一卫星，通过至少一个第一卫星进行待采集数据的采集以及对所述待采集数据进行整合分析，将所述整合分析结果发送至所述骨干网络层112；

其中所述第一卫星上安装有调制反射器；

所述骨干网络层112包括多个第二卫星，通过至少一个第二卫星接收所述地面站12发送的控制指令，并基于所述控制指令对所述第一卫星进行调度，将所述整合分析结果发送至所述地面站12；

其中，所述第二卫星上安装有调制反射器和PAT系统、或PAT系统；

所述地面站12用于生成所述控制指令并发送至所述骨干网络层112，对所述第一卫星及所述第二卫星进行检测，接收所述整合分析结果。

在一些可能的实施方式中，为了能够在微小卫星上使用激光进行通信，需要降低SWaP值。为此，可以采用调制反射器(MRR)，它可以节省一套PAT系统，使得该卫星的SWaP值大大降低，从而适用于微小卫星的激光通信。由于MRR只能进行被动式地信息传输，通常两个MRR之间无法进行直接通信。为此提出一个卫星网络架构即通信子网11，由骨干网络层112和数据采集层111组成，其中数据采集层111卫星安装有MRR，之间无法直接进行通信，但可以通过网络中的其他节点通信。

需要说明的是，待采集数据可以包括影像数据也可以包括任意类型的数据，待采集数据的具体类型是通过卫星的功能所决定的。所述卫星网络架构即通信系统1如图3所示。该网络架构包含卫星网络即通信子网11与地面站12两部分，其中卫星网络由卫星骨干网络层112与数据采集层111组成。网络中各个节点之间采用激光进行通信。

(1)针对骨干网络层112：

位于骨干网络层112中的卫星功能包括骨干信息传输、网络信息处理、对网络中的卫星进行调度、进行数据采集、与地面站12进行通信等。

骨干网络层112中的卫星与普通的使用激光通信的卫星相同，每颗卫星上均带有发射机和接收机，可以向其他卫星发送数据或者接收其他卫星发送的数据。为了能将带有数据的激光发送至其他卫星，该层的卫星上均需要安装PAT系统。该层的卫星均可以与其他卫星节点主动进行通信，它们既可以发送带有数据的信号光，也可以发送没有调制数据的连续光(称为询问光)。

其中，骨干信息包括：指在骨干网传输的数据。这里可以把所有在骨干网络层112中传输的数据作为骨干信息，例如卫星之间通信时发送的数据等。传输的起始位置是由卫星决定的，某个卫星要把数据发送至另一个卫星，对应的就是起始位置，这些数据可以通过网络中的其他卫星进行转发。

网络信息处理包括：网络信息用于表示网络中卫星的相关信息，例如：

网络中卫星的状态(例如位置、连接关系等)、卫星中维护的路由表、(骨干网络层112卫星的)轮询表等。卫星网络的拓扑结构会不断变化，因此需要根据网络信息不断调整卫星间的连接关系、对应的路由表和轮询表等信息，就是对网络信息进行的处理。

对网络中的卫星进行调度包括：根据上述的网络信息进行调度，包括重新确认卫星间的连接关系、更新路由表、轮询表等。

对网络中的卫星进行数据采集包括：根据卫星功能的不同，采集到的数据也有所区别。

对网络中的卫星进行与地面站12进行通信包括：需要看网络的具体需求，如：有新的数据采集层卫星需要接入网络；

或者卫星网络遇到紧急情况，需要由地面站指挥等。

(2)针对数据采集层111：

与骨干网络层112中的卫星不同，数据采集层111中的卫星主要用于采集所需要的数据并对该数据进行分析处理等工作。为了节省卫星的尺寸、质量和功耗(SWaP)值，不在该层卫星上安装PAT系统，因此，该层卫星无法与其他卫星节点进行主动通信，层间的卫星也无法互联，只能通过骨干网络层112中的卫星作为中继转发数据。

数据采集层111的卫星都安装有激光通信的接收机，用于接收其他卫星发送的数据，如骨干网络层112卫星发送的控制指令等。为了能将自身采集的数据及处理后的信息向网络中其他节点发送，该层卫星均安装有调制反射器(MRR)，可以利用接收到的询问光调制数据并进行反射，从而传递数据。具体通信过程见实施例1。

(3)针对地面站12：

地面站12用于对卫星网络的各个状态进行检测，可以接收卫星网络向地面传输的数据或者向卫星网络传输相应的控制命令等。

需要说明的是，所述各个状态进行检测包括：主要包括卫星的位置信息、是否出现异常状况等。本专利的重点不在地面站12上，地面站12采用普通的卫星网络的地面站12即可，不做特别的限定。只要地面站12能与卫星网络通信即可。

(4)针对网络即通信子网11的建立

A.网络的开启

当有两颗及以上的卫星可以进行通信时即认为网络已经建立，且网络中的各个节点都能够与其他节点进行通信(直接通信或者借助其他节点路由通信)。网络中需要记录所有卫星节点的信息，例如卫星的位置等，并在每颗骨干网络层112卫星中维护一个路由表，用于对相应的数据进行转发。此外，骨干网络层112中的每颗卫星需要维护一个轮询表，用于对其中的数据采集层111卫星进行轮流询问。讯问过程见实施例2。

网络建立后需要确定卫星之间的连接状态，即两个卫星之间是否可以直接进行通信。对于数据采集层111卫星，由于它们无法主动进行通信，因此必须与至少一颗骨干网络层112的卫星连接，连接方法为：根据网络中记录的卫星位置信息，将数据采集层111卫星和与之距离小于一定值的骨干网络层112卫星连接；如果所有的骨干网络层112卫星与之的距离均超过该值，则选择与之距离最近的一个骨干网络层112卫星与之进行连接。这样，每个数据采集层111卫星均与至少一个骨干网络层112卫星相连接。

新卫星节点的接入/加入

B.新的卫星节点可以通过两种方式接入网络。第一种方式是主动接入，该卫星主动向网络中的某一个节点发送接入请求，网络节点收到该信号后，在网络中登记新卫星节点的信息，如位置等，并更新网络中对应节点的路由表和轮询表，然后新卫星节点即可与其他卫星进行通信。第二种接入方式是被动接入，即由地面站12向卫星网络发送信息，告知需要新接入的卫星节点的位置等信息，并由网络更新对应的路由表和轮询表；然后，由网络中的一个节点向该卫星发送网络准入信号，即可完成新节点的加入。如果新接入的是骨干网络层112卫星，则它既可采用主动方式接入，也可采用被动方式接入；如果是数据采集层111卫星接入，由于其无法主动与其他卫星进行通信，因此只能采用被动方式进行接入。

C.网络的连接

对于骨干网络层112中的卫星，网络中能够与之进行通信的卫星即为与之连接的节点。而对于数据采集层111中的卫星，它们之间均没有连接，只能通过骨干网络层112中的卫星作为中继。因此，所有的数据采集层111卫星必须至少与一颗骨干网络层112卫星进行连接，以便向网络中的其他节点发送数据。

D.网络的询问

实施例2，由于数据采集层111卫星无法主动发送数据，因此需要骨干网络层112卫星对其进行询问，具体询问过程见实施例3。每颗骨干网络层112卫星都需要维护一个轮询表，用以对与之进行连接的数据采集层111卫星进行询问，探测它们是否需要发送数据。如果骨干网络层112卫星与多颗数据采集层111卫星进行连接，则它需要轮流对这些卫星进行询问。

这里定义询问时间，如图4所示：骨干网络层112卫星对一个数据采集层111卫星进行询问所需的时间。规定网络中所有的询问时间都相等，即每颗骨干网络层112卫星询问一颗数据采集层111卫星的时间都相等；此外，规定每个询问时间的起止时刻均相同。为此，需要满足网络中所有卫星节点的时钟同步。数据的发送可以采用标准接入协议，例如slottedAloha协议。规定数据采集层111卫星仅能在询问的起始时刻发送相应的请求数据，然后可以发送数据(具体过程见实施例3)，且发送数据的时间必须小于一个询问时间；如果在某个询问时间之间有数据发送，则需要等待至下一个询问时间开始时。这样可以保证轮询过程不会由于数据发送而中断。

(5)针对网络的通信

A.骨干网络层112卫星之间的通信

如图5所示，由于每颗骨干网络层112卫星均有发射机和接收机，且带有PAT系统，因此当一颗卫星需要发送数据时，它直接将数据使用激光发送至另一颗卫星的接收端即可。

B.骨干网络层112的卫星向数据采集层111的卫星的单向通信

实施例4，如图6所示，由于骨干网络层112卫星有发射机和PAT系统，数据采集层111卫星包含接收机，因此如果骨干网络层112卫星需要向数据采集层111卫星发送数据，如控制指令等，其直接向接收端发送带有信息的调制光信号即可。

C.数据采集层111的卫星向骨干网络层112的卫星的单向通信

实施例3，如图7所示，如果数据采集层111卫星需要向骨干网络层112卫星发送数据，首先由骨干网络层112卫星向数据采集层111卫星发送没有调制过数据的连续光束(询问光束)。该光束到达数据采集层111卫星后被其上的调制反射器(MRR)接收。MRR可以利用该连续光束，将要发送的数据调制在上面，并且将调制后的数据光进行反射，反射方向与询问光的入射方向平行，从而使得反射后的数据光能够传输至骨干网络层112卫星并被其接收机接收，从而得到数据采集层111卫星要传输的数据。

具体来说，如图8所示，由于数据采集层111卫星无法主动进行通信，为了能够获知其需要发送数据，骨干网络层112卫星需要对其进行询问，具体过程如下。骨干网络层112卫星每隔一段时间向数据采集层111卫星发送一段询问光束，如果数据采集层111卫星不需要发送数据，则不对该光束进行调制，骨干网络层112卫星将得到不包含数据的光束。当数据采集层111卫星需要传输数据时，它首先利用该询问光束调制一段特定的数据作为请求数据并反射回骨干网络层112卫星；骨干网络层112卫星接收到请求数据后，如同意接收该卫星的数据，则向该卫星的接收端发送一个确认数据，并持续发射询问光束；数据采集层111卫星接收到该确认数据后，首先利用询问光束发射一个起始数据，用于说明数据的起始位置以及数据大小，然后将要发送的数据调制在询问光束上并反射回骨干网络层112卫星；当数据发送完毕后，数据采集层111卫星会再发送一个结束数据。对于骨干网络层112卫星，首先接收到数据采集层111卫星的起始数据，并根据该数据确认后续接收的数据位置、大小等信息；当接收到相应的数据后，会等待结束数据；如果接收到结束数据，则表示已经完全接收到了相应的数据，此时骨干网络层112卫星会再次向数据采集层111卫星发送一个结束确认数据，表示已经收到了相应的数据。数据采集层111卫星收到该结束信号后，利用询问光束发送结束确认数据，表示此次数据传输结束。骨干网络层112卫星收到结束确认数据后，停止向该数据采集层111卫星发送询问光束，通信过程结束。

D.数据采集层111的卫星之间的通信

如图9所示，由于数据采集层111卫星无法主动进行通信，因此该层卫星之间的通信只能通过骨干网络层112卫星作为中继，来转发需要交换的数据。首先，发送端的数据采集层111卫星将数据发至对应的骨干网络层112卫星，具体通信过程与“C.数据采集层111的卫星向骨干网络层112的卫星的单向通信”一致。然后，数据在骨干网络层112中转发至与接收端连接的卫星上，然后再有该骨干网络层112卫星将数据发送至需要接收该数据的数据采集层111卫星，具体通信过程与“B.骨干网络层112的卫星向数据采集层111的卫星的单向通信”一致。这样，就完成了数据采集层111卫星之间卫星的通信。

(6)网络的路由

对于骨干网络层112中的卫星，它们之间的路由方式可采用普通卫星网络的路由方式。对于数据采集层111中的卫星，它们的数据首先需要发送至骨干网络层112。它们与骨干网络层112卫星的连接方式有如下几种：a.一颗数据采集层111仅与一颗骨干网络层112卫星连接；b.一颗数据采集层111与多颗骨干网络层112卫星连接；c.多颗数据采集层111与一颗骨干网络层112卫星连接。下面分别说明这三种情况。

a.一颗数据采集层111仅与一颗骨干网络层112卫星连接

在这种情况下，数据采集层111卫星只能向对应的骨干网络层112卫星发送数据。该情况下数据仅在询问的起始时刻进行发送；如果在某个询问时间之间有数据发送，则需要等待至下一个询问时间开始时。相关内容已在实施例2进行了说明。

b.一颗数据采集层111与多颗骨干网络层112卫星连接

这里仅说明两个骨干网络层112卫星的情况，更多骨干网络层112卫星与之相同。同样只在询问时间开始时发送数据。

如果两个骨干网络层112卫星在不同时间段内进行询问，则数据采集层111卫星可以在这两个不同时间段内分别发送数据，数据到达对应的骨干网络层112节点后传输至对应的目的节点(传输的路径不同)。

如图10所示，如果两个骨干网络层112卫星同时对数据采集层111卫星进行询问，首先向这两个卫星均发射请求数据，而两个骨干网络层112卫星接收到请求数据后均向其发射确认数据，同时发射连续的询问光(见实施例3)。此时数据采集层111卫星可以选择其中的任何链路传输数据，这里优先选择询问光束能量较强的链路传输数据(该链路的质量更好)。由于有两个骨干网络层112卫星询问，对应着两条不同的路径(从该数据采集层111节点到目的节点)，它们的性能可能会有不同(例如：路径点数量、链路性能等)。当数据到达对应的骨干网络层112节点时，根据该数据的目的节点，网络分析出最优的传输路径(指从数据采集层111节点开始的路径)；如果当前传输路径已经是最优的，则保持该状态不变；如果从另一个骨干网络层112卫星传输可拥有更优的路径，则将当前的骨干网络层112卫星发射的询问光束功率降低，直至在数据采集层111卫星接收到的能量比另一条低(另一条的发射功率保持不变)，这样，数据采集层111卫星自动选择能量较高的链路发射数据，因此会自动切换至另一条链路传输数据。当数据传输完毕后，数据采集层111卫星同时向两个骨干网络层112卫星发送结束数据，然后骨干网络层112卫星发送结束确认数据；最后数据采集层111卫星同时发送结束确认数据，表示通信过程结束(见实施例3)。在该过程中，数据采集层111卫星只通过接收到的询问光束能量的大小来选择到骨干网络节点的路径，而网络中整体的传输路径选择在骨干网络中进行分析，与数据采集层111无关，从而减少数据采集层111的运算过程。

c.多颗数据采集层111与一颗骨干网络层112卫星连接

在这种情况下，该骨干网络层112卫星会对与之连接的所有数据采集层111卫星进行轮询。如果有数据采集层111卫星需要发送数据，则需要等待至询问开始时刻。

如图11所示，如果有两个(或更多，这里仅以两个为例)数据采集层111卫星同时处于一个骨干网络层112卫星的询问范围内(例如，这连个卫星距离较近，会被询问光束同时照射到)，则进行询问时，如果只有一个卫星需要发送数据，则可进行正常的通信过程。但是，如果某一询问时刻开始时，两颗卫星都需要发送数据，可能会造成数据的冲突(例如，两个信号在物理上叠加，无法得到各自的数据)。这时，采取如下措施：首先两个卫星都会发送请求数据，准备发送数据；当两个请求数据到达骨干网络层112卫星时，可以判断出会发生冲突；为了防止确认数据被两个卫星都接收到，这里发射的是带有对应标记的确认数据：它的作用与实施例3中的确认数据作用完全相同，但是带有对应卫星的标记，该标记只能被对应的数据采集层111卫星识别，只有识别到的卫星才会进行之后的通信过程；这里，骨干网络层112卫星发射的带有标记的确认数据可能被两个卫星都接收到，但是只有识别出的卫星会继续进行通信过程，而另一个卫星则会进入等待过程(因为相当于没有收到确认数据)。在该询问时间结束时，第一个卫星的通信过程已经结束，骨干网络层112卫星向其发送一段特殊的静默数据，使第一个卫星收到后强制在下一询问时间内不发送数据，而第二个卫星不会对其进行响应。在下一个询问时间，骨干网络层112卫星会发送普通的确认数据，第二个卫星接收到后会继续进行通信过程(在第一个时间段内由于未收到确认数据，因此进入等待过程)；而第一个卫星不会对此进行响应。这样，在两个时间段内，两个卫星可以分别发送数据，不会造成冲突。

(7)网络的断开

当有网络节点需要断开连接时，首先需要向网络中其他节点发送离开网络信号。其他卫星接收到信号后，删除网络中对应的信息，并向该卫星节点发送确认离开信号。该卫星节点收到确认离开信号后，即可离开网络。

(8)关于骨干网络层112的卫星的补充

骨干网络层112卫星也可以安装调制反射器，这样，它们既可以进行主动通信(需要使用PAT系统)，也可以进行被动式的通信(使用调制反射器，自身不需要使用PAT系统)。骨干网络层112卫星采用被动通信的具体通信过程和协议与上一节中的描述相同。这样，骨干网络层112卫星的通信方式更加灵活；采用被动通信方式时，可以减小功率损耗；此外，可以同时进行主动式和被动式的通信，能够同时向多个卫星传输数据。

优选地，在上述任意实施例中，所述通信子网11的组网过程具体为：

将任意允许通信的两个及以上的卫星组成通信子网11，并生成路由表以及轮询表，所述轮询表保存至所述第二卫星中；

组网后，将所有第一卫星与至少一个第二卫星进行连接，连接过程具体为：

根据所述路由表中的卫星位置信息，将任意第一卫星与第二卫星相连接，所述第二卫星满足第一条件，所述第一条件为：与待确认连接的第一卫星之间的距离小于阈值；

若没有满足所述第一条件的所述第二卫星，则根据所述路由表中的卫星位置信息，将任意第一卫星与第二卫星相连接，所述第二卫星满足第二条件，所述第二条件为：与待确认连接的第一卫星之间的距离最小。

优选地，在上述任意实施例中，所述通信子网11的组网过程中还包括新卫星加入过程，具体为：

所述通信子网11中任意卫星接收新卫星的接入请求，将所述新卫星的基础信息更新至所述路由表及所述轮询表，完成新卫星的加入；

或，所述通信子网11接收所述地面站12发出的新卫星的接入请求，根据所述接入请求的信息更新所述路由表及所述轮询表，且所述通信子网11中任意卫星向所述新卫星发送准入信号，完成新卫星的加入。

优选地，在上述任意实施例中，所述轮询表具体用于：

通过所述轮询表统一所述第二卫星向所述第一卫星发射询问光束的时间，在询问时间内，所述骨干网络层112与所述数据采集层111进行数据交互；

其中，所述数据交互满足：交互时间小于一个询问时间的周期；

所述骨干网络层112与所述数据采集层111进行数据交互包括：

所述第二卫星向所述第一卫星的单向通信、所述第一卫星向所述第二卫星的单向通信、所述第一卫星之间的通信以及所述第一卫星之间的通信。

优选地，在上述任意实施例中，所述第二卫星向所述第一卫星的单向通信具体为：

基于选择后的路径，所述第二卫星在所述询问时间内向所述第一卫星发送带有信息的调制光信号。

需要说明的是，带有信息的调制光信号应理解为：第二卫星向第一卫星发送的数据，不限定具体是什么数据。

优选地，在上述任意实施例中，所述第一卫星向所述第二卫星的单向通信具体为：

基于选择后的路径，所述第二卫星向所述第一卫星发送未被调制过数据的询问光束，所述询问光束被所述第一卫星上的调制反射器接收，所述第一卫星利用所述询问光束调制一段特定的数据作为请求数据，利用所述调制反射器将所述请求数据反馈至所述第二卫星，所述第二卫星接收所述请求数据后返回确认数据并持续向所述第一卫星发射询问光束，所述第一卫星收到所述确认数据后，利用所述询问光束发射一个起始数据，在利用所述调制反射器发送经过调制的待发送数据，在所述待发送数据发送完毕后，所述第一卫星利用所述询问光束发射一个结束数据，所述第二卫星在收到所述结束数据后，向所述第一卫星发送确认结束数据，所述第二卫星在收到所述第一卫星反馈的确认已经结束数据后，停止向所述第一卫星发射询问光束。

需要说明的是，本申请文件中提到的请求数据应理解为带有特殊符号或特殊字段的一串数据，在接收方接收到带有特殊符号或特殊字段的一串数据后可以自动翻译为请求发送数据的含义，同理确认数据、起始数据、结束数据、确认结束数据以及本文中其余特定名称的数据均同样理解，在此不做赘述。

优选地，在上述任意实施例中，所述选择后的路径具体为：

当一个所述第一卫星只与一个所述第二卫星进行通信时，则将所述第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当一个所述第一卫星与多个所述第二卫星进行通信时，则：

当多个所述第二卫星非同时发送询问光束时，则将所述第一卫星与按照接收询问光束的先后顺序所对应的所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当多个所述第二卫星同时发送询问光束时，则将所述第一卫星与询问光束的能量最强的光束对应的第二卫星连通的路径作为选择后的暂定路径，将所述暂定路径的路径评分与所述第一卫星与其余第二卫星连通的路径的路径评分进行比较，判断所述暂定路径的路径评分是否为最高分，生成判断结果，若所述判断结果为是，则将所述暂定路径作为选择后的路径，若所述判断结果为不是，则将比所述暂定路径的路径评分高的路径的询问光束的能量调低，使得所述判断结果为是，此时将所述暂定路径作为选择后的路径；

当多个所述第一卫星与一个所述第二卫星进行通信时，则：

当只有一个第一卫星包含待发送数据时，则将所述包含待发送数据的第一卫星与与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当存在多个第一卫星包含待发送数据时，则所述第二卫星发送带有卫星标记的确认数据至多个包含待发送数据的第一卫星，与所述卫星标记匹配的第一卫星和所述第二卫星进行通信，此时，将与所述卫星标记匹配的第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径，在一个询问时间的周期结束后，所述第二卫星向所述卫星标记匹配的第一卫星发送静默数据；重复将与所述卫星标记匹配的第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径的过程，直至所有包含待发送数据的第一卫星均与所述第二卫星进行了通信。

如图2所示：一种基于调制反射器的卫星网络通信方法，包括：

步骤1，数据采集层进行待采集数据的采集以及对所述待采集数据进行整合分析，将所述整合分析结果发送至骨干网络层；

步骤2，所述骨干网络层将所述整合分析结果发送至所述地面站或保存至所述骨干网络层；

步骤3，所述骨干网络层根据所述骨干网络层自动生成控制指令或接收所述地面站发送的指令数据，并基于所述控制指令或所述指令数据对所述第一卫星进行调度。

在一些可能的实施方式中，为了能够在微小卫星上使用激光进行通信，需要降低SWaP值。为此，可以采用调制反射器(MRR)，它可以节省一套PAT系统，使得该卫星的SWaP值大大降低，从而适用于微小卫星的激光通信。由于MRR只能进行被动式地信息传输，通常两个MRR之间无法进行直接通信。为此提出一个卫星网络架构即通信子网11，由骨干网络层112和数据采集层111组成，其中数据采集层111卫星安装有MRR，之间无法直接进行通信，但可以通过网络中的其他节点通信。

需要说明的是，控制指令或所述指令数据可以包括：对所述第一卫星及所述第二卫星进行检测，但并不只限定于此。

优选地，在上述任意实施例中，所述通信子网11的组网过程具体为：

将任意允许通信的两个及以上的卫星组成通信子网11，并生成路由表以及轮询表，所述轮询表保存至所述第二卫星中；

组网后，将所有第一卫星与至少一个第二卫星进行连接，连接过程具体为：

根据所述路由表中的卫星位置信息，将任意第一卫星与第二卫星相连接，所述第二卫星满足第一条件，所述第一条件为：与待确认连接的第一卫星之间的距离小于阈值；

若没有满足所述第一条件的所述第二卫星，则根据所述路由表中的卫星位置信息，将任意第一卫星与第二卫星相连接，所述第二卫星满足第二条件，所述第二条件为：与待确认连接的第一卫星之间的距离最小。

优选地，在上述任意实施例中，所述通信子网11的组网过程中还包括新卫星加入过程，具体为：

所述通信子网11中任意卫星接收新卫星的接入请求，将所述新卫星的基础信息更新至所述路由表及所述轮询表，完成新卫星的加入；

或，所述通信子网11接收所述地面站12发出的新卫星的接入请求，根据所述接入请求的信息更新所述路由表及所述轮询表，且所述通信子网11中任意卫星向所述新卫星发送准入信号，完成新卫星的加入。

优选地，在上述任意实施例中，所述轮询表具体用于：

通过所述轮询表统一所述第二卫星向所述第一卫星发射询问光束的时间，在询问时间内，所述骨干网络层112与所述数据采集层111进行数据交互；

其中，所述数据交互满足：交互时间小于一个询问时间的周期；

所述骨干网络层112与所述数据采集层111进行数据交互包括：

所述第二卫星向所述第一卫星的单向通信、所述第一卫星向所述第二卫星的单向通信、所述第一卫星之间的通信以及所述第二卫星之间的通信。

优选地，在上述任意实施例中，所述第二卫星向所述第一卫星的单向通信具体为：

基于选择后的路径，所述第二卫星在所述询问时间内向所述第一卫星发送带有信息的调制光信号。

优选地，在上述任意实施例中，所述第一卫星向所述第二卫星的单向通信具体为：

基于选择后的路径，所述第二卫星向所述第一卫星发送未被调制过数据的询问光束，所述询问光束被所述第一卫星上的调制反射器接收，所述第一卫星利用所述询问光束调制一段特定的数据作为请求数据，利用所述调制反射器将所述请求数据反馈至所述第二卫星，所述第二卫星接收所述请求数据后返回确认数据并持续向所述第一卫星发射询问光束，所述第一卫星收到所述确认数据后，利用所述询问光束发射一个起始数据，在利用所述调制反射器发送经过调制的待发送数据，在所述待发送数据发送完毕后，所述第一卫星利用所述询问光束发射一个结束数据，所述第二卫星在收到所述结束数据后，向所述第一卫星发送确认结束数据，所述第二卫星在收到所述第一卫星反馈的确认已经结束数据后，停止向所述第一卫星发射询问光束。

优选地，在上述任意实施例中，所述选择后的路径具体为：

当一个所述第一卫星只与一个所述第二卫星进行通信时，则将所述第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当一个所述第一卫星与多个所述第二卫星进行通信时，则：

当多个所述第二卫星非同时发送询问光束时，则将所述第一卫星与按照接收询问光束的先后顺序所对应的所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当多个所述第二卫星同时发送询问光束时，则将所述第一卫星与询问光束的能量最强的光束对应的第二卫星连通的路径作为选择后的暂定路径，将所述暂定路径的路径评分与所述第一卫星与其余第二卫星连通的路径的路径评分进行比较，判断所述暂定路径的路径评分是否为最高分，生成判断结果，若所述判断结果为是，则将所述暂定路径作为选择后的路径，若所述判断结果为不是，则将比所述暂定路径的路径评分高的路径的询问光束的能量调低，使得所述判断结果为是，此时将所述暂定路径作为选择后的路径；

当多个所述第一卫星与一个所述第二卫星进行通信时，则：

当只有一个第一卫星包含待发送数据时，则将所述包含待发送数据的第一卫星与与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当存在多个第一卫星包含待发送数据时，则所述第二卫星发送带有卫星标记的确认数据至多个包含待发送数据的第一卫星，与所述卫星标记匹配的第一卫星和所述第二卫星进行通信，此时，将与所述卫星标记匹配的第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径，在一个询问时间的周期结束后，所述第二卫星向所述卫星标记匹配的第一卫星发送静默数据；重复将与所述卫星标记匹配的第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径的过程，直至所有包含待发送数据的第一卫星均与所述第二卫星进行了通信。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述任一项所述的一种基于调制反射器的卫星网络通信方法。

在一些可能的实施方式中，为了能够在微小卫星上使用激光进行通信，需要降低SWaP值。为此，可以采用调制反射器(MRR)，它可以节省一套PAT系统，使得该卫星的SWaP值大大降低，从而适用于微小卫星的激光通信。由于MRR只能进行被动式地信息传输，通常两个MRR之间无法进行直接通信。为此提出一个卫星网络架构即通信子网11，由骨干网络层112和数据采集层111组成，其中数据采集层111卫星安装有MRR，之间无法直接进行通信，但可以通过网络中的其他节点通信。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种电子设备，包括上述存储介质、执行上述存储介质内的指令的处理器。

在一些可能的实施方式中，为了能够在微小卫星上使用激光进行通信，需要降低SWaP值。为此，可以采用调制反射器(MRR)，它可以节省一套PAT系统，使得该卫星的SWaP值大大降低，从而适用于微小卫星的激光通信。由于MRR只能进行被动式地信息传输，通常两个MRR之间无法进行直接通信。为此提出一个卫星网络架构即通信子网11，由骨干网络层112和数据采集层111组成，其中数据采集层111卫星安装有MRR，之间无法直接进行通信，但可以通过网络中的其他节点通信。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于调制反射器的卫星网络通信系统，其特征在于，包括：

通信子网以及地面站；

所述通信子网包括：数据采集层以及骨干网络层；

所述数据采集层包括多个第一卫星，通过至少一个第一卫星进行待采集数据的采集以及对所述待采集数据进行整合分析，将整合分析结果发送至所述骨干网络层；

其中，所述第一卫星上安装有调制反射器；

所述骨干网络层包括多个第二卫星，通过至少一个第二卫星接收所述地面站发送的控制指令，并基于所述控制指令对所述第一卫星进行调度，将所述整合分析结果发送至所述地面站；

其中，所述第二卫星上安装有调制反射器和PAT系统，或所述第二卫星上安装有PAT系统；

所述地面站用于生成所述控制指令并发送至所述骨干网络层，对所述第一卫星及所述第二卫星进行检测，接收所述整合分析结果；

其中，所述通信子网的组网过程具体为：

将任意允许通信的两个及以上的卫星组成通信子网，并生成路由表以及轮询表，所述轮询表保存至所述第二卫星中；

组网后，将所有第一卫星与至少一个第二卫星进行连接，连接过程具体为：

根据所述路由表中的卫星位置信息，将任意第一卫星与第二卫星相连接，所述第二卫星满足第一条件，所述第一条件为：与待确认连接的第一卫星之间的距离小于阈值；

若没有满足所述第一条件的所述第二卫星，则根据所述路由表中的卫星位置信息，将任意第一卫星与第二卫星相连接，所述第二卫星满足第二条件，所述第二条件为：与待确认连接的第一卫星之间的距离最小。

2.根据权利要求1所述的一种基于调制反射器的卫星网络通信系统，其特征在于，所述通信子网的组网过程中还包括新卫星加入过程，具体为：

所述通信子网中任意卫星接收新卫星的接入请求，将所述新卫星的基础信息更新至所述路由表及所述轮询表，完成新卫星的加入；

或，所述通信子网接收所述地面站发出的新卫星的接入请求，根据所述接入请求的信息更新所述路由表及所述轮询表，且所述通信子网中任意卫星向所述新卫星发送准入信号，完成新卫星的加入。

3.根据权利要求1所述的一种基于调制反射器的卫星网络通信系统，其特征在于，所述轮询表具体用于：

通过所述轮询表统一所述第二卫星向所述第一卫星发射询问光束的时间，在询问时间内，所述骨干网络层与所述数据采集层进行数据交互；

其中，所述数据交互满足：交互时间小于一个询问时间的周期；

所述骨干网络层与所述数据采集层进行数据交互包括：

所述第二卫星向所述第一卫星的单向通信、所述第一卫星向所述第二卫星的单向通信、所述第一卫星之间的通信以及所述第一卫星之间的通信。

4.根据权利要求3所述的一种基于调制反射器的卫星网络通信系统，其特征在于，所述第二卫星向所述第一卫星的单向通信具体为：

基于选择后的路径，所述第二卫星在所述询问时间内向所述第一卫星发送带有信息的调制光信号。

5.根据权利要求4所述的一种基于调制反射器的卫星网络通信系统，其特征在于，所述第一卫星向所述第二卫星的单向通信具体为：

基于选择后的路径，所述第二卫星向所述第一卫星发送未被调制过数据的询问光束，所述询问光束被所述第一卫星上的调制反射器接收，所述第一卫星利用所述询问光束调制一段特定的数据作为请求数据，利用所述调制反射器将所述请求数据反馈至所述第二卫星，所述第二卫星接收所述请求数据后返回确认数据并持续向所述第一卫星发射询问光束，所述第一卫星收到所述确认数据后，利用所述询问光束发射一个起始数据，在利用所述调制反射器发送经过调制的待发送数据，在所述待发送数据发送完毕后，所述第一卫星利用所述询问光束发射一个结束数据，所述第二卫星在收到所述结束数据后，向所述第一卫星发送确认结束数据，所述第二卫星在收到所述第一卫星反馈的确认已经结束数据后，停止向所述第一卫星发射询问光束。

6.根据权利要求5所述的一种基于调制反射器的卫星网络通信系统，其特征在于，所述选择后的路径具体为：

当一个所述第一卫星只与一个所述第二卫星进行通信时，则将所述第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当一个所述第一卫星与多个所述第二卫星进行通信时，则：

当多个所述第二卫星非同时发送询问光束时，则将所述第一卫星与按照接收询问光束的先后顺序所对应的所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当多个所述第二卫星同时发送询问光束时，则将所述第一卫星与询问光束的能量最强的光束对应的第二卫星连通的路径作为选择后的暂定路径，将所述暂定路径的路径评分与所述第一卫星与其余第二卫星连通的路径评分进行比较，判断所述暂定路径的路径评分是否为最高分，生成判断结果，若所述判断结果为是，则将所述暂定路径作为选择后的路径，若所述判断结果为不是，则将比所述暂定路径的路径评分高的路径的询问光束的能量调低，使得所述判断结果为是，此时将所述暂定路径作为选择后的路径；

当多个所述第一卫星与一个所述第二卫星进行通信时，则：

当只有一个第一卫星包含待发送数据时，则将所述包含待发送数据的第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径；

当存在多个第一卫星包含待发送数据时，则所述第二卫星发送带有卫星标记的确认数据至多个包含待发送数据的第一卫星，与所述卫星标记匹配的第一卫星和所述第二卫星进行通信，此时，将与所述卫星标记匹配的第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径，在一个询问时间的周期结束后，所述第二卫星向所述卫星标记匹配的第一卫星发送静默数据；重复将与所述卫星标记匹配的第一卫星与所述第二卫星连通的路径作为选择后的路径的过程，直至所有包含待发送数据的第一卫星均与所述第二卫星进行了通信。

7.一种基于调制反射器的卫星网络通信方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项的所述一种基于调制反射器的卫星网络通信系统，包括：

步骤1，数据采集层进行待采集数据的采集以及对所述待采集数据进行整合分析，将整合分析结果发送至骨干网络层；

步骤2，所述骨干网络层将所述整合分析结果发送至所述地面站或保存至所述骨干网络层；

步骤3，所述骨干网络层根据所述骨干网络层自动生成控制指令或接收所述地面站发送的指令数据，并基于所述控制指令或所述指令数据对所述第一卫星进行调度。

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