CN116865838A - 一种海量卫星星间信息安全传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海量卫星星间信息安全传输系统及方法，其中系统包括卫星、地面站和数据中心；卫星包括卫星本体以及多功能载荷主板，以及搭载在所述多功能载荷主板上的多个任务模块单元；所述任务模块单元包括通信单元模块、导航载荷单元模块和观测载荷处理模块；所述地面站，用于与卫星进行通信，完成数据传输操作；所述数据中心，用于管理卫星网络中的数据，并对数据进行加密和解密；上述海量卫星星间信息安全传输系统及方法，具有较高的可扩展性和灵活性，可以根据实际任务需求进行升级和改进。

Description

一种海量卫星星间信息安全传输系统及方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种海量卫星星间信息安全传输系统及方法。

背景技术

随着卫星技术的不断发展，卫星通信已经成为现代通信的重要组成部分。卫星通信具有广域覆盖、高速传输、抗干扰等优点，已广泛应用于军事、民用、科研等领域。

然而，卫星通信也存在一些问题，例如，各个通信卫星的职能不同，但是有些时候则需要卫星兼容多种任务以及多种职能，而不是发射大量的功能不同的卫星以此造成资源的浪费。因此说，如何为用户提供多种功能选择以及提高卫星功能性满足多任务需求是当前研究的热点问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海量卫星星间信息安全传输系统及方法，解决了现有技术中指出的上述技术问题。

本发明提供了一种海量卫星星间信息安全传输系统，包括卫星、地面站和数据中心；

其中，所述卫星包括卫星本体以及多功能载荷主板，以及搭载在所述多功能载荷主板上的多个任务模块单元；所述任务模块单元包括通信单元模块、导航载荷单元模块和观测载荷处理模块；

所述地面站，用于与卫星进行通信，完成数据传输操作；

所述数据中心，用于管理卫星网络中的数据，并对数据进行加密和解密；

所述通信单元模块用于对当前卫星的多个通信任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个通信任务的数据传输量载荷均衡；

所述导航载荷单元模块用于对当前卫星的多个导航任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个导航任务的数据传输量载荷均衡；

所述观测载荷处理模块用于对当前卫星的多个图像传输任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个图像传输任务的数据传输量载荷均衡，避免所述图像传输任务的数据传输出错。

优选的，作为一种可实施方式；所述地面站，还用于与卫星进行通信，并转发地面站的遥控指令向卫星下发。

优选的，作为一种可实施方式；所述海量卫星星间信息安全传输系统采用星间激光通信链路进行卫星通信。

优选的，作为一种可实施方式；所述海量卫星星间信息安全传输系统还包括激光通信辅助模块；

所述激光通信辅助模块包括自适应光学系统；所述自适应光学系统是安装在地面站处的望远镜前端的自适应光学传感器，所述自适应光学系统用于实时采集大气扰动引起的波前畸变信息；

所述自适应光学系统还用于根据自适应光学传感器采集到的波前畸变信息，计算出补偿量，以消除波前畸变。

优选的，作为一种可实施方式；所述海量卫星星间信息安全传输系统还包括备用通信链路处理模块；所述备用通信链路处理模块在原有的星间激光通信链路受到干扰后进行备用通信链路的启动，实现备用通信处理，保障通信安全。

优选的，作为一种可实施方式；所述备用通信链路处理模块为多波长光学通信模块；所述多波长光学通信模块用于通过不同波长的光对信息进行传输。

优选的，作为一种可实施方式；所述海量卫星星间信息安全传输系统还包括局部区域组网处理模块；所述局部区域组网处理模块用于获取多个卫星的组网请求，在地面站确认多个卫星的组网请求后所述局部区域组网处理模块对多个请求的卫星进行局部区域组网，并在所述卫星网络基础上建立专用网络VPN；

所述专用网络VPN用于为卫星和地面站之间的通信提供额外的独立安全层。

优选的，作为一种可实施方式；所述任务模块单元还包括独立组网模块；所述独立组网模块用于建立VPN服务器；

所述海量卫星星间信息安全传输系统还用于实时监测专用网络VPN内的多个请求的卫星，确定卫星的节点位置；计算专用网络VPN内的各个卫星的节点位置与地面站的距离，确定专用网络VPN内的卫星的节点位置与地面站的距离最小的卫星为目标卫星；

所述局部区域组网处理模块还用于向目标卫星发送组网指令，所述目标卫星用于启动自身的独立组网模块，并促使其启动建立的VPN服务器；

所述目标卫星用于在启动建立的VPN服务器后，为专用网络VPN内的其他卫星提供VPN连接服务。

相应地，本发明提供了一种海量卫星星间信息安全传输方法，利用上述海量卫星星间信息安全传输系统进行处理，包括如下操作步骤：

所述地面站与卫星进行通信，完成数据传输操作；

所述数据中心管理卫星网络中的数据，并对数据进行加密和解密；

所述卫星对当前卫星的多个通信任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个通信任务的数据传输量载荷均衡；

所述卫星对当前卫星的多个导航任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个导航任务的数据传输量载荷均衡；

所述卫星对当前卫星的多个图像传输任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个图像传输任务的数据传输量载荷均衡。

与现有技术相比，本发明实施例至少存在如下方面的技术优势：

本发明提供的一种海量卫星星间信息安全传输系统，采用模块化设计，在星盾”卫星旨在满足不同的任务要求，能够集成各种有效载荷，为用户提供多种功能选择。“星盾”卫星旨在满足不同的任务要求，能够集成各种有效载荷，为用户提供多种功能选择。

本发明提供了一种海量卫星星间信息安全传输系统，该系统采用模块化设计，能够满足不同的任务要求，集成各种有效载荷，为用户提供多种功能选择。系统利用星间激光通信链路，将卫星纳入卫星网络，完成中继或者通过卫星网络进行遥控。该系统具有高度的安全性，能够有效保护卫星网络中的通信数据，防止数据泄露和攻击。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例一提供的一种海量卫星星间信息安全传输系统的系统架构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种海量卫星星间信息安全传输方法的操作步骤流程示意图。

标号：卫星10；多功能载荷主板11；任务模块单元12；通信单元模块121；导航载荷单元模块122；观测载荷处理模块123；地面站20；数据中心30；数据存储与计算节点31。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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，本领域普通技术人员在没有做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。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例一

参见图1，本发明提出了一种海量卫星星间信息安全传输系统，包括卫星10、地面站20和数据中心30；

其中，所述卫星10包括卫星本体以及多功能载荷主板11，以及搭载在所述多功能载荷主板上的多个任务模块单元12；所述任务模块单元12包括通信单元模块121、导航载荷单元模块122和观测载荷处理模块123；

需要说明的是，上述卫星10采用模块化设计，能够根据不同的任务要求集成各种有效载荷，为用户提供多种功能选择；

所述地面站20，用于与卫星10进行通信，完成数据传输操作；

所述数据中心30，用于管理卫星网络中的数据，并对数据进行加密和解密。

所述通信单元模块121用于对当前卫星的多个通信任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个通信任务的数据传输量载荷均衡；

所述导航载荷单元模块122用于对当前卫星的多个导航任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个导航任务的数据传输量载荷均衡；

所述观测载荷处理模块123用于对当前卫星的多个图像传输任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个图像传输任务的数据传输量载荷均衡，避免所述图像传输任务的数据传输出错。

本发明提供了一种海量卫星星间信息安全传输系统，该系统采用模块化设计，能够满足不同的任务要求，集成各种有效载荷，为用户提供多种功能选择。系统利用星间激光通信链路，将卫星纳入卫星网络，完成中继或者通过卫星网络进行遥控。该系统具有高度的安全性，能够有效保护卫星网络中的通信数据，防止数据泄露和攻击。

本发明中的卫星采用模块化设计，可以根据不同的任务要求集成各种有效载荷，如通信载荷、观测载荷、导航载荷等。地面站采用高性能的通信设备和控制系统，能够实现与卫星的高速通信和遥控操作。数据中心采用高效的数据管理和加密技术，能够对卫星网络中的数据进行安全管理和加密传输。

同时本发明实施例中的卫星还设计有观测载荷处理模块，可以控制多个任务实现对地面图像数据的载荷分配，在保障通信质量的情况下，还可以保障多个任务载荷均衡，避免任务出错。

在数据传输过程中，系统采用多重加密技术，对数据进行加密，包括对数据进行对称加密和非对称加密，确保数据的机密。其中，系统采用星间激光通信链路，将卫星纳入卫星网络，完成中继或者通过卫星网络进行遥控。在数据传输过程中，系统采用多重加密技术，对数据进行加密，确保数据的机密性和完整性。

上述数据中心30包括多个数据存储与计算节点31，该数据存储与计算节点31高性能以及算力的芯片构成，可以辅助进行加解密运算以及构建虚拟机实现分布式存储，保障数据存储的安全性以及可靠性。

优选的，作为一种可实施方式；所述地面站20，还用于与卫星10进行通信，并转发地面站20的遥控指令向卫星10下发。

优选的，作为一种可实施方式；所述海量卫星星间信息安全传输系统采用星间激光通信链路进行卫星通信。

优选的，作为一种可实施方式；所述海量卫星星间信息安全传输系统还包括备用通信链路处理模块；所述备用通信链路处理模块在原有的星间激光通信链路受到干扰后进行备用通信链路的启动，实现备用通信处理，保障通信安全。

同时本发明实施例中的卫星还设计有备用通信链路处理模块，该备用通信链路处理模块模块可以在原有的通信链路受到干扰后进行备用通信链路的启动，实现备用通信处理，保障通信安全；

同时本发明实施例中的卫星还设计有独立组网模块，可以对组网后的卫星网络进行单独遥控，同时实现中继星的作用，并在紧急情况下切断对卫星网络的控制，单独形成有效的防护保护。

优选的，作为一种可实施方式；所述海量卫星星间信息安全传输系统还包括激光通信辅助模块；

所述激光通信辅助模块包括自适应光学系统；所述自适应光学系统是安装在地面站处的望远镜前端的自适应光学传感器，所述自适应光学系统用于实时采集大气扰动引起的波前畸变信息；

所述自适应光学系统还用于根据自适应光学传感器采集到的波前畸变信息，计算出补偿量，以消除波前畸变；

通过使用自适应光学系统，可以有效地降低由于大气扰动带来的波前畸变和光传输误差所造成的影响，从而提高星间激光通信链路的稳定性和可靠性；

星间激光通信链路是指通过使用激光来实现卫星与卫星之间、地球与卫星之间进行高速数据传输的技术。在星间激光通信链路中，卫星上的激光发射器将数字数据转换为光脉冲，并将其通过空气中的光传输通道发射到目标卫星或地面站的激光接收器。接收器接收光脉冲并将其转换回数字数据。激光传输可以提供高速、高容量、低延迟和安全的通信连接，因此在卫星通信领域具有广泛的应用前景。

然而，由于天气、大气扰动等不可预测的因素，星间激光通信链路的稳定性和可靠性存在挑战，因此需要采取一系列技术手段来提高其性能和鲁棒性，如自适应光学系统、跟踪控制系统、多波长光学通信技术等。

上述自适应光学系统是一种用于提高星间激光通信链路性能的技术。它利用控制系统和传感器来监测和纠正由大气扰动引起的波前畸变，从而使光束更准确地聚焦在目标收发器上。具体来说，自适应光学系统可以分为以下几个步骤：

传感器采集波前信息：安装在望远镜前端的自适应光学传感器可以实时采集到大气扰动引起的波前畸变信息。

控制系统分析并计算补偿量：根据传感器采集到的数据，自适应光学控制系统可以计算出补偿量，以消除波前畸变。

校正光束：根据计算结果(即补偿量)，自适应光学系统可以通过调整望远镜内的变形镜片，对光束进行实时的校正和调整，使其更准确地聚焦在目标收发器上。

通过使用自适应光学系统，可以有效地降低由于大气扰动带来的波前畸变和光传输误差所造成的影响，从而提高星间激光通信链路的稳定性和可靠性。除此之外，还有一些其他的技术手段可以用于提升星间激光通信链路的性能，例如采用高精度的跟踪控制系统、使用多波长光学通信技术、应用自适应编码和解码算法等。

优选的，作为一种可实施方式；所述备用通信链路处理模块为多波长光学通信模块；所述多波长光学通信模块用于通过不同波长的光对信息进行传输。

多波长光学通信技术利用不同波长的光对信息进行传输。在星间激光通信中，多波长光学通信技术可以提高通信链路的稳定性和可靠性。

在多波长光学通信技术中，通过同时使用多个不同波长的光来传输数据。这些光波长之间的差异使得它们在大气层中的传播受到不同程度的干扰。在传输过程中，如果某一波长的光被大气层吸收或散射，其他波长的光仍然可以继续传输数据。因此，使用多个波长的光可以减少由于干扰导致的信号丢失和降噪等问题，提高通信链路的稳定性和可靠性。

同时，多波长光学通信技术还可以增加通信链路的容量。每个不同的波长都可以传输不同的数据流，因此使用多波长光学通信技术可以使通信链路的数据传输速率更高、容量更大，从而满足现代航天任务对于高速、高带宽通信的要求。

总之，多波长光学通信技术是一种有效的方式，可以提高星间激光通信链路的稳定性和可靠性，并增加通信链路的容量。

优选的，作为一种可实施方式；所述海量卫星星间信息安全传输系统还包括局部区域组网处理模块；所述局部区域组网处理模块用于获取多个卫星的组网请求，在地面站确认多个卫星的组网请求后所述局部区域组网处理模块对多个请求的卫星进行局部区域组网，并在所述卫星网络基础上建立专用网络VPN；

所述专用网络VPN用于为卫星和地面站之间的通信提供额外的独立安全层。

实现独立组网的关键在于建立一个安全可靠的通信网络，以确保卫星系统操作的稳定性和安全性。建立专用网络(VPN)：可以在卫星网络上建立VPN，这样可以为卫星和地面站之间的通信提供额外的安全层。上述处理方式可以提高卫星传输的安全性和可靠性，并确保卫星网络独立组网的稳定性。

VPN(Virtual Private Network)能够为用户提供一种安全的远程访问网络的方式，它通过创建一个加密隧道来保护网络通信，从而确保数据的机密性、完整性和可用性。在卫星通信中，VPN可以用于加密和保护卫星连接中传输的数据。这种方法可以在卫星连接中提供更高的安全性和保密性，并避免数据被未授权的第三方访问和窃取。但需要注意的是，由于卫星通信的特殊性质，使用VPN可能会增加延迟和带宽消耗，因此需要根据实际情况进行调整和优化；所以说，上述专用网络VPN只是一种额外的备选通信处理方案。

优选的，作为一种可实施方式；所述任务模块单元12还包括独立组网模块；所述独立组网模块用于建立VPN服务器；

所述海量卫星星间信息安全传输系统还用于实时监测专用网络VPN内的多个请求的卫星，确定卫星的节点位置；计算专用网络VPN内的各个卫星的节点位置与地面站的距离，确定专用网络VPN内的卫星的节点位置与地面站的距离最小的卫星为目标卫星；

所述局部区域组网处理模块还用于向目标卫星发送组网指令，所述目标卫星用于启动自身的独立组网模块，并促使其启动建立的VPN服务器；

所述目标卫星用于在启动建立的VPN服务器后，为专用网络VPN内的其他卫星提供VPN连接服务。

需要注意的是，在卫星网络上建立VPN可能会增加延迟和数据包损失。因此，为了最大程度上减少这些问题，建议使用高质量的卫星通信硬件和软件，并同时尽可能将VPN服务器与地面站放置在靠近卫星的位置(即因此需要锁定目标卫星)。

实施例二

如图2所示，相应地，本发明还提出了一种海量卫星星间信息安全传输方法，包括如下操作步骤：

步骤S10：所述地面站20与卫星10进行通信，完成数据传输操作；

步骤S20：所述数据中心30管理卫星网络中的数据，并对数据进行加密和解密；

步骤S30：所述卫星10对当前卫星的多个通信任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个通信任务的数据传输量载荷均衡；

步骤S40：所述卫星10对当前卫星的多个导航任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个导航任务的数据传输量载荷均衡；

步骤S50：所述卫星10对当前卫星的多个图像传输任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个图像传输任务的数据传输量载荷均衡。

综上所述，本发明提供的一种海量卫星星间信息安全传输系统，采用模块化设计，在星盾”卫星旨在满足不同的任务要求，能够集成各种有效载荷，为用户提供多种功能选择。为实现卫星系统操作，利用星间激光通信链路，纳入卫星网络，完成中继或者通过卫星网络进行遥控，尤其是独立组网模块。“星盾”卫星旨在满足不同的任务要求，能够集成各种有效载荷，为用户提供多种功能选择。

本发明提供的海量卫星星间信息安全传输系统具有较高的通信距离和速度，可以支持远程遥控和数据传输等功能。同时，该系统采用星间激光通信链路，可以实现高效、可靠的卫星网络操作，保证了通信的完整性和安全性。此外，该系统还可以根据实际任务需求进行模块化配置，提高了系统的可扩展性和灵活性。

本发明提供的海量卫星星间信息安全传输系统具有以下优点：具有较高的通信距离和速度，能够满足现代军事通信和高安全要求。采用星间激光通信链路，实现了高效、可靠的卫星网络操作，保证了通信的完整性和安全性。可以进行模块化配置，满足不同的任务需求，为用户提供多种功能选择。具有较高的可扩展性和灵活性，可以根据实际任务需求进行升级和改进。

本发明可以通过以下实施方式实现：将“星盾”卫星模块化设计，使其能够集成各种有效载荷，例如激光通信载荷、无线电通信载荷等，为用户提供多种功能选择。在卫星内部包含一个或多个通信载荷，例如：激光通信载荷、无线电通信载荷等，可以根据不同的任务需求进行配置。

根据实际情况需求，可以对“星盾”卫星进行模块化配置，以满足不同的任务要求。利用星间激光通信链路实现卫星网络操作，通过卫星网络完成中继或者通过卫星网络进行遥控。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种海量卫星星间信息安全传输系统，其特征在于，包括卫星、地面站和数据中心；

其中，所述卫星包括卫星本体以及多功能载荷主板，以及搭载在所述多功能载荷主板上的多个任务模块单元；所述任务模块单元包括通信单元模块、导航载荷单元模块和观测载荷处理模块；

所述地面站，用于与卫星进行通信，完成数据传输操作；

所述数据中心，用于管理卫星网络中的数据，并对数据进行加密和解密；

所述通信单元模块用于对当前卫星的多个通信任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个通信任务的数据传输量载荷均衡；

所述导航载荷单元模块用于对当前卫星的多个导航任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个导航任务的数据传输量载荷均衡；

所述观测载荷处理模块用于对当前卫星的多个图像传输任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个图像传输任务的数据传输量载荷均衡，避免所述图像传输任务的数据传输出错。

2.根据权利要求1所述的一种海量卫星星间信息安全传输系统，其特征在于，所述地面站，还用于与卫星进行通信，并转发地面站的遥控指令向卫星下发。

3.根据权利要求1所述的一种海量卫星星间信息安全传输系统，其特征在于，所述海量卫星星间信息安全传输系统采用星间激光通信链路进行卫星通信。

4.根据权利要求3所述的一种海量卫星星间信息安全传输系统，其特征在于，所述海量卫星星间信息安全传输系统还包括激光通信辅助模块；

所述激光通信辅助模块包括自适应光学系统；所述自适应光学系统是安装在地面站处的望远镜前端的自适应光学传感器，所述自适应光学系统用于实时采集大气扰动引起的波前畸变信息；

所述自适应光学系统还用于根据自适应光学传感器采集到的波前畸变信息，计算出补偿量，以消除波前畸变。

5.根据权利要求1所述的一种海量卫星星间信息安全传输系统，其特征在于，所述海量卫星星间信息安全传输系统还包括备用通信链路处理模块；所述备用通信链路处理模块在原有的星间激光通信链路受到干扰后进行备用通信链路的启动，实现备用通信处理，保障通信安全。

6.根据权利要求5所述的一种海量卫星星间信息安全传输系统，其特征在于，所述备用通信链路处理模块为多波长光学通信模块；所述多波长光学通信模块用于通过不同波长的光对信息进行传输。

7.根据权利要求1所述的一种海量卫星星间信息安全传输系统，其特征在于，所述海量卫星星间信息安全传输系统还包括局部区域组网处理模块；所述局部区域组网处理模块用于获取多个卫星的组网请求，在地面站确认多个卫星的组网请求后所述局部区域组网处理模块对多个请求的卫星进行局部区域组网，并在所述卫星网络基础上建立专用网络VPN；

所述专用网络VPN用于为卫星和地面站之间的通信提供额外的独立安全层。

8.根据权利要求7所述的一种海量卫星星间信息安全传输系统，其特征在于，所述任务模块单元还包括独立组网模块；所述独立组网模块用于建立VPN服务器；

所述海量卫星星间信息安全传输系统还用于实时监测专用网络VPN内的多个请求的卫星，确定卫星的节点位置；计算专用网络VPN内的各个卫星的节点位置与地面站的距离，确定专用网络VPN内的卫星的节点位置与地面站的距离最小的卫星为目标卫星；

所述局部区域组网处理模块还用于向目标卫星发送组网指令，所述目标卫星用于启动自身的独立组网模块，并促使其启动建立的VPN服务器；

所述目标卫星用于在启动建立的VPN服务器后，为专用网络VPN内的其他卫星提供VPN连接服务。

9.一种海量卫星星间信息安全传输方法，利用上述权利要求1-8任一项所述的海量卫星星间信息安全传输系统进行处理，其特征在于，包括如下操作步骤：

所述地面站与卫星进行通信，完成数据传输操作；

所述数据中心管理卫星网络中的数据，并对数据进行加密和解密；

所述卫星对当前卫星的多个通信任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个通信任务的数据传输量载荷均衡；

所述卫星对当前卫星的多个导航任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个导航任务的数据传输量载荷均衡；

所述卫星对当前卫星的多个图像传输任务进行数据传输量载荷分配，用以保障多个图像传输任务的数据传输量载荷均衡。