CN115230995A - 一种巨型星座中基于地面终端辅助的自主轨控方法及设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种巨型星座中基于地面终端辅助的自主轨控方法及设备。该方法包括：若不在测控站的信号范围内，广播通信请求，通信请求包括用于查询至少一个地面终端的轨控辅助能力；接收至少一个地面终端响应于通信请求的轨控辅助能力信号；根据轨控辅助能力信号选择至少一个轨控辅助地面终端；向至少一个轨控辅助地面终端发送下行轨控辅助信号；接收至少一个轨控辅助地面终端的上行轨控辅助信号；根据上行轨控辅助信号与下行轨控辅助信号，执行轨道调整。该技术方案提供了一种在测控站监控范围之外，由地面终端提供监控的卫星自主轨控方法，该方案具有可执行，低成本的优点。

Description

一种巨型星座中基于地面终端辅助的自主轨控方法及设备

技术领域

本公开涉及通信技术领域，具体涉及一种巨型星座中基于地面终端辅助的自主轨控方法及设备。

背景技术

低轨卫星通信系统(Low Earth Orbitsatellite，LEO)是由大量低轨卫星组成的星座系统。LEO能够提供大量无线通信接入服务，满足全球低成本的无线通信的需求。由于低轨卫星和地球不同步，各卫星的相对位置也在不断的变化之中，这样会导致各卫星偏移目标轨道运行，无法提供无线通信接入服务。因此需要对低轨卫星进行实时轨道调整。

传统的卫星轨道调整技术包括，通过测控站对卫星的轨道进行跟踪，进而，在卫星偏离轨道时，通过通信链路向卫星星载计算机注入变轨信令，由卫星星载计算机执行轨道调整。由于地面测控站对于在测控范围内的低轨卫星通常提供一对一监控，但是测控站的数量相对低轨卫星的数量较少，而由于建设测控站的成本较高，按照卫星的数量部署测控站难以实现，导致目前由测控站监控LEO中每个卫星的轨道调整也难以实现。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明提出一种大量存在的低成本地面终端监控的卫星自主轨控方法。

第一方面，本公开实施例中提供了一种巨型星座中基于地面终端辅助的自主轨控方法，包括：

若不在测控站的信号范围内，广播通信请求，所述通信请求包括用于查询至少一个地面终端的轨控辅助能力；

接收所述至少一个地面终端响应于所述通信请求的轨控辅助能力信号；

根据所述轨控辅助能力信号选择至少一个轨控辅助地面终端；

向所述至少一个轨控辅助地面终端发送下行轨控辅助信号；

接收所述至少一个轨控辅助地面终端的上行轨控辅助信号；

根据所述上行轨控辅助信号与所述下行轨控辅助信号，执行轨道调整。

进一步的，所述通信请求还包括用于查询所述至少一个地面终端的转发能力，所述转发能力指示相应的地面终端存在至少一个通信链路与测控站连接；

接收所述至少一个地面终端响应于所述通信请求的转发能力信号；

根据所述转发能力信号选择至少一个转发地面终端；

向所述至少一个转发地面终端发送轨控监测数据包。

进一步的，所述至少一个轨控辅助地面终端与所述至少一个转发的地面终端为所述至少一个地面终端中相同的地面终端；或者，所述至少一个地面终端中的部分地面终端具有轨控辅助能力，所述至少一个地面终端中的另一部分地面终端具有所述转发能力。

进一步的，所述根据所述上行轨控辅助信号与所述下行轨控辅助信号，执行轨道调整，包括：

根据所述下行轨控辅助信号发送时间点T_下和所述上行轨控辅助信号接收时间点T_上，计算得到当前与第n轨控辅助地面终端之间的双向传输延迟τ_n＝1/2(|T_上-T_下|)；

根据设定的目标轨道位置与所述第n轨控辅助地面终端之间的距离dⁿ _t，计算所述第n轨控辅助地面终端与所述目标轨道位置间的双向传输延迟

以及轨控误差Δⁿ＝dⁿ _t/c-τ_n，其中c为光速；

若所述轨控误差Δⁿ小于预定的阈值，在当前轨道运动；

若所述轨控误差Δⁿ大于预定的阈值，则利用所述轨控误差Δⁿ，计算脉冲宽度控制信号，向推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器实施轨道调整。

进一步的，在向推进器发送所述脉冲宽度控制信号之前，

还包括：对齐所述脉冲宽度控制信号发送时间点与所述下行轨控辅助信号发送时间点或者所述上行轨控辅助信号接收时间点。

第二方面，本公开实施例提供了一种巨型星座中基于地面终端辅助的自主轨控方法，

应用于地面终端，所述地面终端具有轨控辅助能力，所述方法包括：

接收来自轨道飞行器的通信请求；

响应于所述通信请求，向所述轨道飞行器反馈轨控辅助能力信号；

接收来自所述轨道飞行器的下行轨控辅助信号；

向所述轨道飞行器反馈上行轨控辅助信号，以使所述轨道飞行器根据所述下行轨控辅助信号和所述上行轨控辅助信号执行轨道调整；

进一步的，至少一个地面终端接收来自轨道飞行器的通信请求，所述通信请求用于查询至少一个地面终端的转发能力，所述转发能力指示所述至少一个地面终端存在至少一个通信链路与测控站连接；

所述至少一个地面终端向所述轨道飞行器反馈转发能力信号；

反馈转发能力信号的所述至少一个地面终端被选择为至少一个转发地面终端；

所述至少一个转发地面终端接收轨控监控数据包，

并向测控站转发所述轨控监控数据包。

进一步的，具有轨控辅助能力的地面终端和被选择为转发地面终端的地面终端是相同的地面终端或不同的地面终端。

进一步的，以使所述轨道飞行器根据所述下行轨控辅助信号和所述上行轨控辅助信号执行轨道调整，具体包括：

所述轨道飞行器，根据所述下行轨控辅助信号发送时间点T_下和所述上行轨控辅助信号接收时间点T_上，计算得到当前与第n轨控辅助地面终端之间的双向传输延迟τ_n＝1/2(|T_上-T_下|)；

根据设定的目标轨道位置与所述第n轨控辅助地面终端之间的距离dⁿ _t，计算所述第n轨控辅助地面终端与所述目标轨道位置间的双向传输延迟

以及轨控误差Δⁿ＝dⁿ _t/c-τ_n，其中c为光速；

若所述轨控误差Δⁿ小于预定的阈值，则保持当前轨道运动；

若所述轨控误差Δⁿ大于预定的阈值，则利用所述轨控误差Δⁿ，计算脉冲宽度控制信号，向推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器施轨道调整。

第三方面，本公开实施例中提供了一种巨型星座中基于地面终端辅助的自主轨控飞行器，包括：

收发模块和调整模块；

所述收发模块，用于若不在测控站的信号范围内，广播通信请求，所述通信请求包括用于查询至少一个地面终端的轨控辅助能力；接收所述至少一个地面终端响应于所述通信请求的轨控辅助能力信号；

所述调整模块，用于根据所述轨控辅助能力信号选择至少一个轨控辅助地面终端；向所述至少一个轨控辅助地面终端发送下行轨控辅助信号，接收所述至少一个轨控辅助地面终端的上行轨控辅助信号，得到至少一个上行轨控辅助信号，根据所述上行轨控辅助信号与所述下行轨控辅助信号，执行轨道调整。

进一步的，还包括：

所述收发模块，当广播的通信请求还包括用于查询至少一个地面终端的转发能力信号时，还用于接收至少一个地面终端响应于所述通信请求的转发能力信号；

所述转发监测模块，用于根据所述转发能力信号选择至少一个转发地面终端，向所述至少一个转发地面终端发送轨控监测数据包。

进一步的，所述根据所述上行轨控辅助信号与所述下行轨控辅助信号，执行轨道调整，包括：

根据下行轨控辅助信号发送时间点T_下和所述上行轨控辅助信号接收时间点T_上，计算得到当前与第n轨控辅助地面终端之间的双向传输延迟τ_n＝1/2(|T_上-T_下|)；

根据设定的目标轨道位置与所述第n轨控辅助地面终端之间的距离dⁿ _t，计算所述第n轨控辅助地面终端与所述目标轨道位置间的双向传输延迟

以及轨控误差Δⁿ＝dⁿ _t/c-τ_n，其中c为光速；

若所述轨控误差Δⁿ小于预定的阈值，则保持当前轨道运动；

若所述轨控误差Δⁿ大于预定的阈值，则利用所述轨控误差Δⁿ，计算脉冲宽度控制信号，向推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器施轨道调整。

进一步的，在所述向推进器发送所述脉冲宽度控制信号之前，还包括：对齐所述脉冲宽度控制信号发送时间点与所述下行轨控辅助信号发送时间点或所述上行轨控辅助信号接收时间点。

第四方面，本公开实施例中公开了一种巨型星座中实现自主轨控辅助的地面终端，包括：

请求响应模块和辅助反馈模块；

所述请求响应模块，用于接收来自轨道飞行器的通信请求；用于响应于所述通信请求，向所述轨道飞行器反馈轨控辅助能力信号；

所述辅助反馈模块，还用于接收来自所述轨道飞行器的下行轨控辅助信号；向所述轨道飞行器反馈上行轨控辅助信号，以使所述轨道飞行器根据所述下行轨控辅助信号和所述上行轨控辅助信号执行轨道调整。

进一步的，还包括转发反馈模块，

所述请求响应模块，还用于查询至少一个地面终端的转发能力时，向所述轨道飞行器反馈转发能力信号；

所述转发反馈模块，用于接收所述轨道飞行器发送的轨控监控数据包，并向测控站转发所述轨控监控数据包。

进一步的，以使所述轨道飞行器根据所述下行轨控辅助信号和所述上行轨控辅助信号执行轨道调整，具体包括：

所述轨道飞行器，根据所述下行轨控辅助信号发送时间点T_下和所述上行轨控辅助信号接收时间点T_上，计算得到当前与第n轨控辅助地面终端之间的双向传输延迟τ_n＝1/2(|T_上-T_下|)；

根据设定的目标轨道位置与所述第n轨控辅助地面终端之间的距离dⁿ _t，计算所述第n轨控辅助地面终端与所述目标轨道位置间的双向传输延迟

以及轨控误差Δⁿ＝dⁿ _t/c-τ_n，其中c为光速；

若所述轨控误差Δⁿ小于预定的阈值，则保持当前轨道运动；

若所述轨控误差Δⁿ大于预定的阈值，则利用所述轨控误差Δⁿ，计算脉冲宽度控制信号，向推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器施轨道调整。

本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明技术方案提供的轨道调整方法，通过部署具有轨控辅助能力的地面终端，使得处于测控站信号范围之外的卫星，能够选择至少一个轨控辅助地面终端，进而，向至少一个轨控辅助地面终端发送下行轨控辅助信号，并接收至少一个轨控辅助地面终端上行轨控辅助信号，以根据上行轨控辅助信号与下行轨控辅助信号，执行轨道调整。也即，采用本发明技术方案，即使卫星在测控站覆盖范围之外，依然可以通过轨控辅助能力的地面终端实时监控卫星的轨道，进而，在卫星的轨道偏移时，进行自主轨控，这样无需部署大量测控站，依然能够实现海量低轨卫星的轨道实时监控。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本申请实施例提供示例性低轨卫星星座的示意图；

图2是本申请实施例提供示例性卫星系统架构示意图；

图3是本申请实施例提供示例性轨道控制装置的结构框图；

图4是本申请实施例提供示例性轨道调整方法的方法流程图；

图5是本申请实施例提供另一种示例性的轨道方法的方法调整流程图；

图6是本申请实施例提供示例性轨道调整方法信号传输示意图；

图7是本申请实施例提供示例性轨道调整方法信号传输示意图；

图8是本申请实施例提供示例性帧对齐的轨道调整方法示意图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施方式，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。

下面对本申请实施例中涉及的技术场景进行描述。

本申请涉及低轨卫星通信领域，低轨卫星通信系统是由大量低轨卫星组成的星座系统。星座系统中有上万颗的在轨卫星在自主轨控过程中，卫星通过测控站覆盖的区域内可以完成监测条件下的自主轨控的注入。此后，自主轨控的决定是由轨控计算器实时控制的，因此卫星的需要何时启动轨控操作是随机的，如果卫星没有在测控站覆盖范围内，卫星的自主轨控可能是在测控站不监测的条件下完成。星座系统中大量的在轨卫星均按照这种方法进行自主轨道调整，则带来巨大的安全隐患。因此，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。以下介绍本申请实施例涉及的示例性低轨卫星通信系统。

参见图1，图1示出一种示例性低轨卫星星座以Walker Polar星座为例。所述低轨卫星星座由多个轨道101-A组成，每个轨道上运行着多个低轨卫星101，轨道在北极点和南地点附近交汇。低轨卫星通过通信链路向地面一个区域内提供无线接入服务。其中单个卫星相对地面保持移动，因此其通信链路覆盖的区域随时间改变而改变。

为至少部分地解决发明人发现的现有技术中的问题而提出本公开。

图2是本申请实施例提供的示例性卫星通信系统的架构示意图。如图2所示，卫星系统主要包括：低轨卫星101、低轨卫星102、地面终端103和测控站104。低轨卫星101可与地面终端103通过服务链路进行双向通信。低轨卫星101和低轨卫星102之间通过星间链路进行通信，其中单个低轨卫星相对地面保持移动，其通信链路覆盖的区域随时间改变而改变。因此，在一些时刻可由低轨卫星101为地面终端103提供无线接入服务，另一些时刻则由低轨卫星102来提供。测控站104可与低轨卫星101之间通过馈电链路进行双向通信。测控站104提供低轨卫星101和低轨卫星102的遥测控服务，对低轨卫星轨控计算机进行通信和控制，实现温度管理、姿态调整、定位等低轨卫星运行所需的服务。测控站104还与地面网络连接，并能够与Internet(因特网)、PSTN(Public Switched Telephone Network，公共交换电话网络)等网络进行通讯。其中，低轨卫星101与地面终端103和测控站104的通信链路载频可以是KA、KU、V波段的无线信号，低轨卫星101通过相控阵天线阵列实现的波束成形向地面发送和接收无线信号。

应该理解，图2仅是从逻辑层面对低轨卫星、地面终端和测控站通信关系的示意性表达，对卫星通信系统的结构不构成限制。在实际实现中，通信系统所包含的低轨卫星实体、地面终端和测控站实体的数量，可以任意。

图3是本申请实施例提供的示例性轨道控制装置的结构框图。

如图3所示，低轨卫星101包括星载计算器1011、推进器1012、目标轨道存储器1013、星间通信接口1014、信关站通信接口1015和定位模块1016。其中星间通信接口1014和信关站通信接口1015可以是独立收发接口，也可为同一套收发接口；目标轨道存储器1013可以配置在星载计算机1011中，也可以为单独的设备。

在卫星运行时，当运行到地面信关站104通信范围内，信关站通信接口1015接收来自于信关站104的信号，该信号可以是TT&C数据包，TT&C为遥测、跟踪和指挥(telemetry、track and command)。信关站通信接口1015将TT&C数据包发送至目标轨道存储器1013，目标轨道存储器1013将预设的轨道参数发送至星载计算机1011，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(轨道倾角、升交点黄经、离心率、近日点辐角、半长轴和在指定历元的平近点角)中的一个或多个。星载计算器1011还接收来自于定位模块1016的实时坐标，定位模块1016可以为全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)定位模块或者北斗导航定位模块。星载计算机1011通过计算得出推进器1012工作的脉冲宽度信号，最后将脉冲宽度信号发送至推进器1012，控制推进器1012向卫星101的质心施加一个推力，进而完成整个轨道调整过程。如果卫星需要姿态控制，则需要向非质心施加一个推力，进而完成姿态调整过程。

在此实施例中，低轨卫星101在地面信关站104覆盖的区域内完成TT&C数据包的接收，TT&C数据包是一组控制参数，而不是低轨卫星101直接执行的指令。此后，轨道调整的决定是由星载计算机1011实时控制的，因此低轨卫星101需要在何时启动轨道调整操作是随机的，低轨卫星101的轨道调整可能是在地面信关站104不知情的情况下完成的。在这种情况下，一方面星载计算机1011的决定可能由于故障存在误差，另外一方面低轨卫星101在下次接入测控站104之前无法报告自主轨控的记录，容易威胁低轨卫星系统的轨道安全。

以下结合图1至图3示意的实施例，对本申请实施例的轨道调整方进行介绍。

参见图4，图4是本申请实施例提供的示例轨道调整方法的方法流程图。图4示意的实施例从卫星端的操作过程对本申请的技术方案进行描述。示例性，图4中涉及的低轨卫星例如可以实现为图2或图中的低轨卫星101。图4示意的方法包括以下步骤：

若不在测控站的信号范围内，低轨卫星101广播通信请求，所述通信请求包括用于查询至少一个地面终端的轨控辅助能力；低轨卫星101接收所述至少一个地面终端103响应于所述通信请求的轨控辅助能力信号；根据所述至少一个地面终端103反馈的轨控辅助能力信号选择至少一个轨控辅助地面终端103；低轨卫星101向所述至少一个轨控辅助地面终端103发送下行轨控辅助信号；低轨卫星101接收所述至少一个轨控辅助地面终端103响应于所述下行轨控辅助信号的上行轨控辅助信号，得到至少一个上行轨控辅助信号。

与图4示意的实施例相对应的，本申请还提供了地面终端的轨道调整方法。参见图5，图5是本申请实施例提供的另一种示例性的轨道调整方法的方法流程图。图5示意的实施例应用于地面终端，示例性，图5中涉及的地面终端例如可以实现为图2或图3中的地面终端103、地面终端105和地面终端106中的任一。图5示意的方法包括以下步骤：

地面终端103和地面终端105接收来自所述轨道飞行器的通信请求；轨控辅助地面终端103、地面终端105响应于所述通信请求，向低轨卫星101反馈所述地面终端103、地面终端105的轨控辅助能力信号；轨控辅助地面终端103、地面终端105接收来自所述低轨卫星101的下行轨控辅助信号；轨控辅助地面终端103、地面终端105向低轨卫星101反馈所述下行轨控辅助信号的上行轨控辅助信号，以使所述低轨卫星101根据所述下行轨控辅助信号和所述上行轨控辅助信号执行轨道调整。

图4和图5均是从单侧设备操作的角度对本申请技术方案的介绍，以下结合图6从系统中信令交互的角度，对申请的技术方进行描述。

参见图6，图6是本申请实施例提供示例性轨道调整方法信号传输示意图。在图6示意的系统中，

低轨卫星101若不在测控站104的信号范围内，即低轨卫星101不与任一测控站104之间存在直接通信连接时，低轨卫星101广播通信请求，所述通信请求包括用于查询至少一个地面终端，此至少一个地面终端例如包括地面终端103、地面终端105、地面终端106。具有轨控辅助能力的地面终端103，或者是轨控辅助能力的地面终端105，接收来自所述低轨卫星101的通信请求，具有轨控辅助能力的地面终端103，或者具有辅助轨控辅助能力的地面终端105，发送轨控辅助能力反馈信号给低轨卫星101；低轨卫星101接收所述至少一个地面终端103，或者地面终端105，响应于所述通信请求的轨控辅助能力信号；低轨卫星101根据所述至少一个地面终端103，或者地面终端105，反馈的轨控辅助能力信号选择至少一个轨控辅助地面终端103，或者轨控辅助地面终端105；低轨卫星101向所述至少一个轨控辅助地面终端103，或者轨控辅助地面终端105发送下行轨控辅助信号；轨控辅助地面终端103，或者轨控辅助地面终端105，接收来自低轨卫星101的下行轨控辅助信号；轨控辅助地面终端103，或者轨控辅助地面终端105，向所述低轨卫星101反馈所述下行轨控辅助信号的上行轨控辅助信号，低轨卫星101接收所述至少一个轨控辅助地面终端103，或者轨控辅助地面终端105，响应于所述下行轨控辅助信号的上行轨控辅助信号，得到至少一个上行轨控辅助信号；低轨卫星101根据所述上行轨控辅助信号与所述下行轨控辅助信号，执行轨道调整。

进一步，所述通信请求还包括用于查询至少一个地面终端103、地面终端105、地面终端106的转发能力，所述转发能力指示相应的地面终端103、105、106存在至少一个通信链路与测控站104连接；卫星101接收至少一个地面终端106响应于所述通信请求的转发能力信号；根据所述至少一个地面终端103、地面终端105、地面终端106反馈的转发能力信号选择至少一个转发地面终端106；向所述至少一个转发地面终端106发送轨控监测数据包。在地面终端侧，至少一个地面终端106接收来低轨卫星101的通信请求，所述通信请求用于查询至少一个地面终端103、地面终端105、地面终端106的转发能力，所述转发能力指示所述至少一个地面终端106存在至少一个通信链路与测控站104连接；所述至少一个地面终端106向低轨卫星101反馈所述至少一个地面终端106的转发能力信号，所述至少一个地面终端103、地面终端105、地面终端106被选择为至少一个转发地面终端106；反馈所述转发能力信号的所述至少一个地面终端103，或者地面终端105，或者地面终端106被选择为至少一个转发地面终端106；所述至少一个转发地面终端106接收轨控监控数据包；向测控站104发送所述轨控监控数据包。

进一步，所述具备轨控辅助能力的地面终端103，或者地面终端105与所述具有转发能力的地面终端106为所述至少一个地面终端，此地面终端可以是地面终端103，地面终端105和地面终端106中相同的地面终端。

进一步，所述至少一个地面终端103，或者地面终端105，或者地面终端106中的部分地面终端103，或者地面终端105具有轨控辅助能力，所述至少一个地面终端103，或者地面终端105、或者地面终端106中的另一部分地面终端106具有所述转发能力。

进一步，所述根据所述上行轨控辅助信号与所述下行轨控辅助信号，低轨卫星101执行轨道调整，包括：

若低轨卫星101在当前轨道上，根据所述下行轨控辅助信号发送时间点T_下和所述上行轨控辅助信号接收时间点T_上，计算得到当前与第n轨控辅助地面终端103之间的双向传输延迟τ_n＝1/2(|T_上-T_下|)；

根据设定的目标轨道位置与所述第n轨控辅助地面终端103之间的距离dⁿ _t，计算所述第n轨控辅助地面终端103与目标轨道位置间的双向传输延迟

以及轨控误差Δⁿ＝dⁿ _t/c-τ_n，其中c为光速；

若所述轨控误差Δⁿ小于预定的阈值，在当前轨道运动；

若所述轨控误差Δⁿ大于预定的阈值，则利用所述轨控误差Δⁿ，计算脉冲宽度控制信号，向推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器实施轨道调整。

在一种实施例中，低轨卫星101在向所述推进器发送所述脉冲宽度控制信号之前，还包括：低轨卫星101对齐所述脉冲宽度控制信号发送时间点与下行轨控辅助信号发送时间点后，向所述推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器对所述低轨卫星101实施轨道调整。进而低轨卫星101实现在轨控辅助地面终端103监控下的高精度的自主变轨。此过程如图6所示，低轨卫星101使用固定长度的脉宽调制信号，每个脉宽调制信号发送时间点与所述下行轨控辅助信号发送时间点对齐，因此在一定数量的数据帧后，低轨卫星101发送轨控辅助下行信号并接收轨控辅助上行信号，进而完成一次距离测量。在多个轨控测量时隙后，低轨卫星101安排另外一次脉宽调制信号。在两次脉宽调制信号期间，低轨卫星101能够完成多次的距离测量，并判断是否按计划执行下次脉宽调制信号。通过这种方法，卫星的轨控机动被分解成多个定长的动作区间，而在每次动作区间内低轨卫星101均能对当前动作区间是否按计划完成实施监控。

图8是本申请实施例提供示例性帧对齐的轨道调整方法示意图

在一种实施例中，如图8所示，低轨卫星101在向所述推进器发送所述脉冲宽度控制信号之前，低轨卫星101对齐所述脉冲宽度控制信号发送时间点与所述上行轨控辅助信号接受时间点后，向所述推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器对所述低轨卫星101实施轨道调整。进而低轨卫星101实现在轨控辅助地面终端103监控下的高精度的自主变轨。低轨卫星101使用固定长度的脉宽调制信号，每个脉宽调制信号发送时间点与所述上行轨控辅助信号接受时间点对齐，因此在一定数量的数据帧后，低轨卫星101发送轨控辅助下行信号并接收轨控辅助上行信号，进而完成一次距离测量。在多个轨控测量时隙后，低轨卫星101安排另外一次脉宽调制信号。在两次脉宽调制信号期间，低轨卫星101能够完成多次的距离测量，并判断是否按计划执行下次脉宽调制信号。通过这种方法，卫星的轨控机动被分解成多个定长的动作区间，而在每次动作区间内低轨卫星101均能对当前动作区间是否按计划完成实施监控。

图7示出根据本公开的实施例的轨道调整方法信号传输示意图。

在一种实施例中，若M个地面终端与所述低轨卫星101之间测控误差可以进行相干合并，以得到更精准的轨控误差

Δ^m是第m个地面终端103的轨控误差；

是第m个地面终端103与低轨卫星101所处目标轨道位置之间的距离；

若所述轨控误差Δ小于预定的阈值，在当前轨道运动；

若所述轨控误差Δ大于预定的阈值，则利用所述低轨卫星101的轨控误差Δ，计算脉冲宽度控制信号，向所述推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器对所述低轨卫星101实施轨道调整。

上述实施例描述的方法不限于在低轨卫星系统中使用，其他飞行器也可以使用上述实施例中描述的方法。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本公开实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过可编程硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。

作为另一方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中电子设备或计算机系统中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本公开的方法。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (16)

1.一种巨型星座中基于地面终端辅助的自主轨控方法，其特征在于，所述方法包括：

若不在测控站的信号范围内，广播通信请求，所述通信请求包括用于查询至少一个地面终端的轨控辅助能力；

接收所述至少一个地面终端响应于所述通信请求的轨控辅助能力信号；

根据所述轨控辅助能力信号选择至少一个轨控辅助地面终端；

向所述至少一个轨控辅助地面终端发送下行轨控辅助信号；

接收所述至少一个轨控辅助地面终端的上行轨控辅助信号；

根据所述上行轨控辅助信号与所述下行轨控辅助信号，执行轨道调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信请求还包括用于查询所述至少一个地面终端的转发能力，所述转发能力指示相应的地面终端存在至少一个通信链路与测控站连接；

接收所述至少一个地面终端响应于所述通信请求的转发能力信号；

根据所述转发能力信号选择至少一个转发地面终端；

向所述至少一个转发地面终端发送轨控监测数据包。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个轨控辅助地面终端与所述至少一个转发地面终端为所述至少一个地面终端中相同的地面终端；或者，

所述至少一个地面终端中的部分地面终端具有轨控辅助能力，所述至少一个地面终端中的另一部分地面终端具有所述转发能力。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述上行轨控辅助信号与所述下行轨控辅助信号，执行轨道调整，包括：

根据所述下行轨控辅助信号发送时间点T_下和所述上行轨控辅助信号接收时间点T_上，计算得到当前与第n轨控辅助地面终端之间的双向传输延迟τ_n＝1/2(|T_上-T_下|)；

根据设定的目标轨道位置与所述第n轨控辅助地面终端之间的距离dⁿ _t，计算所述第n轨控辅助地面终端与所述目标轨道位置间的双向传输延迟

以及轨控误差Δⁿ＝dⁿ _t/c-τ_n，其中c为光速；

若所述轨控误差Δⁿ小于预定的阈值，在当前轨道运动；

若所述轨控误差Δⁿ大于预定的阈值，则利用所述轨控误差Δⁿ，计算脉冲宽度控制信号，向推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器实施轨道调整。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在向推进器发送所述脉冲宽度控制信号之前，还包括：对齐所述脉冲宽度控制信号发送时间点与所述下行轨控辅助信号发送时间点或者所述上行轨控辅助信号接收时间点。

6.一种巨型星座中基于地面终端辅助的自主轨控方法，其特征在于，应用于地面终端，所述地面终端具有轨控辅助能力，所述方法包括：

接收来自轨道飞行器的通信请求；

响应于所述通信请求，向所述轨道飞行器反馈轨控辅助能力信号；

接收来自所述轨道飞行器的下行轨控辅助信号；

向所述轨道飞行器反馈上行轨控辅助信号，以使所述轨道飞行器根据所述下行轨控辅助信号和所述上行轨控辅助信号执行轨道调整。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

至少一个地面终端接收来自轨道飞行器的通信请求，所述通信请求用于查询至少一个地面终端的转发能力，所述转发能力指示所述至少一个地面终端存在至少一个通信链路与测控站连接；

所述至少一个地面终端向所述轨道飞行器反馈转发能力信号；

反馈转发能力信号的所述至少一个地面终端被选择为至少一个转发地面终端；

所述至少一个转发地面终端接收轨控监控数据包，并向测控站转发所述轨控监控数据包。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，具有轨控辅助能力的地面终端和被选择为转发地面终端的地面终端是相同的地面终端或不同的地面终端。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，以使所述轨道飞行器根据所述下行轨控辅助信号和所述上行轨控辅助信号执行轨道调整，具体包括：

所述轨道飞行器，根据所述下行轨控辅助信号发送时间点T_下和所述上行轨控辅助信号接收时间点T_上，计算得到当前与第n轨控辅助地面终端之间的双向传输延迟τ_n＝1/2(|T_上-T_下|)；

根据设定的目标轨道位置与所述第n轨控辅助地面终端之间的距离dⁿ _t，计算所述第n轨控辅助地面终端与所述目标轨道位置间的双向传输延迟

以及轨控误差Δⁿ＝dⁿ _t/c-τ_n，其中c为光速；

若所述轨控误差Δⁿ小于预定的阈值，则保持当前轨道运动；

若所述轨控误差Δⁿ大于预定的阈值，则利用所述轨控误差Δⁿ，计算脉冲宽度控制信号，向推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器施轨道调整。

10.一种巨型星座中基于地面终端辅助的自主轨控飞行器，其特征在于，包括：

收发模块和调整模块；

所述收发模块，用于若不在测控站的信号范围内，广播通信请求，所述通信请求包括用于查询至少一个地面终端的轨控辅助能力；接收所述至少一个地面终端响应于所述通信请求的轨控辅助能力信号；

所述调整模块，用于根据所述轨控辅助能力信号选择至少一个轨控辅助地面终端；向所述至少一个轨控辅助地面终端发送下行轨控辅助信号，接收所述至少一个轨控辅助地面终端的上行轨控辅助信号，根据所述上行轨控辅助信号与所述下行轨控辅助信号，执行轨道调整。

11.根据权利要求10所述的飞行器，其特征在于，还包括：

所述收发模块，当广播的通信请求还包括用于查询至少一个地面终端的转发能力信号时，还用于接收至少一个地面终端响应于所述通信请求的转发能力信号；

所述转发监测模块，用于根据所述转发能力信号选择至少一个转发地面终端，向所述至少一个转发地面终端发送轨控监测数据包。

12.根据权利要求10所述的飞行器，其特征在于，所述根据所述上行轨控辅助信号与所述下行轨控辅助信号，执行轨道调整，包括：

根据所述下行轨控辅助信号发送时间点T_下和所述上行轨控辅助信号接收时间点T_上，计算得到当前与第n轨控辅助地面终端之间的双向传输延迟τ_n＝1/2(|T_上-T_下|)；

根据设定的目标轨道位置与所述第n轨控辅助地面终端之间的距离dⁿ _t，计算所述第n轨控辅助地面终端与所述目标轨道位置间的双向传输延迟

以及轨控误差Δⁿ＝dⁿ _t/c-τ_n，其中c为光速；

若所述轨控误差Δⁿ小于预定的阈值，则保持当前轨道运动；

若所述轨控误差Δⁿ大于预定的阈值，则利用所述轨控误差Δⁿ，计算脉冲宽度控制信号，向推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器施轨道调整。

13.根据权利要求12所述的飞行器，其特征在于，在所述向推进器发送所述脉冲宽度控制信号之前，还包括：对齐所述脉冲宽度控制信号发送时间点与所述下行轨控辅助信号发送时间点或所述上行轨控辅助信号接收时间点。

14.一种巨型星座中实现自主轨控辅助的地面终端，其特征在于，包括：请求响应模块和辅助反馈；

所述请求响应模块，用于接收来自轨道飞行器的通信请求；响应于所述通信请求，向所述轨道飞行器反馈轨控辅助能力信号；

所述辅助反馈模块，用于接收来自所述轨道飞行器的下行轨控辅助信号；向所述轨道飞行器反馈上行轨控辅助信号，以使所述轨道飞行器根据所述下行轨控辅助信号和所述上行轨控辅助信号执行轨道调整。

15.根据权利要求14所述的地面终端，其特征在于，还包括转发反馈模块，

所述请求响应模块，还用于查询至少一个地面终端的转发能力时，向所述轨道飞行器反馈转发能力信号；

所述转发反馈模块，用于接收所述轨道飞行器发送的轨控监控数据包，并向测控站转发所述轨控监控数据包。

16.根据权利要求14所述的地面终端，其特征在于，以使所述轨道飞行器根据所述下行轨控辅助信号和所述上行轨控辅助信号执行轨道调整，具体包括：

所述轨道飞行器，根据所述下行轨控辅助信号发送时间点T_下和所述上行轨控辅助信号接收时间点T_上，计算得到当前与第n轨控辅助地面终端之间的双向传输延迟τ_n＝1/2(|T_上-T_下|)；

根据设定的目标轨道位置与所述第n轨控辅助地面终端之间的距离dⁿ _t，计算所述第n轨控辅助地面终端与所述目标轨道位置间的双向传输延迟

以及轨控误差Δⁿ＝dⁿ _t/c-τ_n，其中c为光速；

若所述轨控误差Δⁿ小于预定的阈值，则保持当前轨道运动；

若所述轨控误差Δⁿ大于预定的阈值，则利用所述轨控误差Δⁿ，计算脉冲宽度控制信号，向推进器发送所述脉冲宽度控制信号，控制推进器施轨道调整。

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