CN1290457A - 多接入卫星通信网 - Google Patents

Abstract

用于服务于任意数目的卫星拥有者的地面站(120)的共用的单个系统允许拥有者传送命令信息给他们的卫星(110),和收集数据流,这些数据流都经过由商业卫星通信公司维护和运行的标准化的全球通信系统从卫星发送回来。每个用户建立地面站配置文件和把该文件存储在中央控制器,该文件包含为配置遥控地面站(120)与用户的卫星(110)进行通信所必须的数据。当用户想要与用户的卫星通信时,用户安排与中央控制器的通信话路,它下载配置文件给适当的地面站。适当的地面站是根据所讨论的卫星的当前的轨道特征确定的。在地面站处的服务器然后使用在配置文件中的数据,来配置在地面站处的设备,以便与想要的卫星通信。

Description

多接入卫星通信网

这是1997年10月24日提交的专利申请号08／957，643的继续部分，该专利申请的整个内容在此引用，以供参考。

发明背景

本发明总的涉及用于与卫星通信和控制卫星的地面站，更具体地，涉及用于同时与多个独立发射的和运行的卫星进行通信和控制这些卫星的共用的地面站。

自从Sputnik在1957年的发射和导致的科学教育的极大增长以来，卫星和卫星技术在空间和通信技术的进步上起到重大的作用。分布在电话、微波、电视等范围内各种形式的通信信号都可在卫星通信链路上被发送。另外，很大范围的科学和技术数据可从特别设计的卫星设备上被收集，用来监视天气和其它物理现象。

有两种主要类型的轨道可以用于通信卫星。第一种是静止地球(GEO)轨道。位于静止地球轨道的卫星围绕地球旋转一周的时间正好是地球围绕自己的轴线旋转一周的时间。虽然卫星围绕地球快速运行，但卫星对于地面上的观察者呈现为固定在地球的上方。GEO轨道的卫星大约是在地球上方22，300英里。即使以光速运行，在该距离上发送和接收无线信号所需要的时间间隔(被称为“等待时间”)约为0．24秒，这麽长的延时对于进行实时传输是无法接受的。另外，相当长的距离需要很高的功率和更大的天线，这意味着更大的重量和为制造卫星和把卫星发射到GEO轨道上需要更大的成本。

然而，GEO轨道有其它优点。由于离地球相对较大的距离，有大得多的区域处在卫星发射机的到达范围内。这样，可以使用很小数目的GEO轨道的卫星来提供全部地球表面的覆盖。反之，对于相反的情况，即卫星发射机照射小得多的地球表面区域，将需要很大数目的卫星来提供同样的覆盖。

为了解决等待时间问题，这对于达到商业上成功的通信系统来说是关键的，卫星可以位于低地球轨道(LEO)，它典型地离地球500-1500英里。在这样短得多的距离上，卫星每90分钟绕地球一圈。在LEO距离上，等待时间是几百分之一秒的量级。通过位于接近于地球大小的量级的卫星，发射机可以小得多和具有更低的功率。然而，处在卫星发射机的范围内的地球表面积比起卫星是在GEO轨道时小得多。所以，需要发射很多的卫星到轨道上，以提供足够的地面覆盖，虽然对于每一个LEO卫星的发射成本通常是较低的。

当卫星首先被使用时，几乎所有的卫星都是由国家政府制造和发射的。在那时，成本比起商业冒险高得多，特别是从小的利益和高的风险来看。在一开始，不存在利用卫星通信能力的基本设施。电视处在其幼年，今天存在的对于电信的巨大的需要甚至还没有开始开发。

然而，随着集成电路技术进步，微处理器变得更强有力以及存储器价格暴跌，为生产蜂窝电话、微波发射机、和其它通信设备所需的成本大大地降低。价格上的这种降低已经导致电信市场的大量增加。由于调制解调器、传真机、寻呼机，以及当然，电话的增加的使用，在先前的法则下分配的所有的电话地区码都被分配，以及必须实施新的地区码分配方案来适应于所需要的电话数目的快速增长和增加。

现在，电信市场具有足够的规模，商业项目可有利地运行卫星系统。许多商业公司实行它们自己的卫星通信计划。如前所述，LEO轨道，只需要小的和不太昂贵的卫星，将需要发射成百个商业上拥有的专用卫星。

在卫星通信网中，涉及四种主要的成本。这些是制造卫星，发射卫星，与卫星进行通信的设备和开销，以及总的管理开销。

起始地，通信设备需求是由建造和维修它们自己的基于地面的通信站的公司来满足的。对于一个LEO，取决于轨道类型和卫星的高度，在每次绕地球旋转期间，卫星将与单个固定的地面站通信几分钟。例如，对于典型的在极轨上绕地球运行的LEO卫星，位于赤道的地面站一天只接入卫星约4分钟。如果需要与卫星通信更长的时间间隔，则公司必须放置更多的卫星在轨道上，或者建立更多的地面站。这可能需要多到6-8个地面站，每个地面站成本2500万美元以上。这个数字代表了启动一个基于卫星的通信系统的主要成本，因此是对于较少的用户项目投入到卫星通信市场的主要障碍。

大家知道，通过使用公共地面站接收来自多个卫星的数据。例如，美国专利No．5，603，077揭示了一种用于遥控卫星信号接收机的卫星系统和方法。然而，那里所揭示的系统和方法是在同一个操作员的控制下通过静止地球卫星运行的。而且，这个系统和方法不提供到任何任意的卫星的发送能力。

美国专利No．5，579，367揭示了一种系统，其中对于来自多个卫星的信号的接收是由网络控制器控制的。这个系统也不提供与任意的LEO和GEO卫星进行双向通信。

概括地，只提供通信接收是不足以使得卫星拥有者能够管理和控制卫星拥有者的卫星的。每个卫星需要在地面站中它自已的独特的配置，用于发送和接收。而且，每个卫星必须与其它卫星无关地被跟踪，以及每个卫星必须一天(或至少一个月)几次地潜在地被跟踪。再者，每个卫星的操作员不一定互相通信来解决冲突和建立对于使用现有的地面站所需要的通信标准。

所以，本发明的目的是针对开发用于与任何的任意卫星进行通信的地面站系统的问题，这些卫星可以在多个用户之间被共用，包括LEO和GEO卫星的那些用户，这样，消除了建造和维护专用卫星通信系统的很大的成本。

本发明也针对为每个用户提供图形用户接口，使得每个用户能够直接与安排计划的计算机通信，以及把用户数据传送给安排计划的计算机，该安排计划的计算机协调来自多个用户的用户数据，解决冲突，和把传送到地面站的数据上载到适当的轨道卫星。

而且，本发明的目的也在于提供通信网络，通过该网络，卫星的拥有者可以远端地与服务提供者的安排计划的计算机通信，以便把要被发送的命令提交给卫星，和接收从卫星返回的数据流，该数据可被存储在安排计划的计算机中，并在以后时间传送给用户，或者可以实时地转发到用户。

发明概要

本发明通过提供被遥控的地面站来解决这些和其它问题，该地面站可以由中央控制器操纵和控制。而且，本发明提供，每个用户建立地面站配置文件和把该文件存储在中央控制器，该文件包含为配置遥控地面站与用户的卫星进行通信所必须的数据。这样，当用户想要与用户的卫星通信时，用户安排与中央控制器的通信话路，它下载配置文件给适当的地面站。适当的地面站是根据所讨论的卫星的当前的轨道特征确定的。在地面站处的服务器然后使用在配置文件中的数据，来配置在地面站处的设备，以便与想要的卫星通信。

本发明涉及用于在任何数目的任意的卫星拥有者之间共用单个地面站系统的方法，因此允许拥有者传送命令信息给它们的卫星以及收集数据流，这些数据流是从卫星通过标准化的全球通信系统发送回来的。

本发明包括图形用户接口，它允许用户在用户的通常的办公地点准备要被传送到卫星的数据。通常，数据包括一组要被发送到特定卫星的命令，这将引起从卫星发送想要的和预期的应答。数据然后被发送到中央控制器。数据可以提前被准备，并一次地发送到中央控制器，或用户可直接与中央控制器联机通信，以及把数据直接输入到中央控制器。此外，用户可通过互联网浏览器与中央控制器通信，它与和中央控制器有关的网络服务器上的网页通信。通过上述的方法之一或任何其它的方法，一组数据，--它包括诸如目标卫星的信息，该数据应当从哪个地面站被发送，应当利用目标卫星的哪个通道，以及在卫星的这个通过期间，数据是否应当预期被接收--，现在被存储在中央控制器中。

然后，中央控制器把这个数据发送到最佳地适合于在特定的时间与特定的卫星进行通信的多个遥控地面站中的一个地面站。

图形用户接口的一个示例性实施例包括计算机，诸如桌面计算机和相关的软件。

中央控制器的一个示例性实施例包括计算机。诸如工程工作站和相关的软件。

遥控地面站的一个示例性实施例包括RF发射机，RF接收机，和发送控制器。

本发明也包括与多个用户通信的方法，它包括以下步骤：从多个用户获得数据和发送数据给中央控制器，该控制器存储数据。该方法还包括以下步骤：识别和解决发送、设备通信链路、和其它计划安排冲突，然后根据需要，把要被发送的数据传送到适当的地面站。地面站把从用户处得到的数据发送到适当的卫星，它是根据由中央控制器建立的计划表被选择的。如果在同一个通过期间有数据从卫星被下载，则该数据暂时被地面站存储，然后被传送到中央控制器，用于转发到特定的用户。

在用户与中央控制器和遥控地面站之间进行通信的一个示例性实施例是通过使用网页浏览器，在连接到网页服务器的互联网上进行通信，该网页服务器被编程来存储和显示有关卫星的信息。在用户和中央控制器之间进行通信的这个方法由于通用接入到互联而是非常有效的。有大量的独立的互联网业务提供者，它使得接入到互联网非常简单，以及很容易在全世界的任何地方被完成。

重要的是使用互联网作为物理通信设备和网页浏览器的用户，它解释和实现超级文本标识语言(HTML)文件。虽然网页浏览器的使用是当前在互联网上通信的最流行的方式，但在互联网上通信所使用的软件中肯定将有重要的成长和改变。在一定程度上，人们可能不再使用网页浏览器及其上述的HTML文件，但可通过使用某些完全不同的软件协议进行通信。因此，本发明的一个方面涉及在全球网络上的通信，它利用一个存储和执行以特定的通信语言编写的程序的服务器计算机。最终用户运行该同一个软件的顾客版本，以使得最终用户能够与接收特定通信语言的文件的顾客计算机互动。然后，那些文件被顾客软件解释，以使得用户能够观看和读出文本和图形的最终呈现，输入数据，并把该数据通过互联网络发送到服务器计算机。

附图简述

图1显示了按照本发明的系统的一个示例性实施例的示意图。

图2显示了说明在按照本发明的方法的一个示例性实施例方面在卫星和通信的实际传送期间的事件的逻辑和在该传送期间发生的事件的流程图。

图3显示了按照本发明的设备的一个示例性实施例的功能图。

图4-6显示了在本发明的设备中所使用的遥控地面站的三个示例性实施例。

图7a-b显示了在对于本发明的示例性实施例的遥控地面站的面向目标的控制中使用的遥控拓扑。

图7显示了按照本发明的示例性图形用户接口的网页和链路。

图8-19显示了按照本发明的示例性图形用户接口的各种示例性网页。

图20显示了用来配置按照本发明的遥控地面站的用户可规定的信息列表。

图21显示了在按照本发明的遥控地面站中使用的设备的示意性列表。

详细说明

参照图1，显示了本发明的一个方面的示例性实施例。图1上以示意图形式显示了多接入卫星通信。卫星110是多个多个独立发射和运行的卫星，它们由拥有多接入卫星通信网100的业务提供者的客户操纵的。每个这样的卫星110潜在地需要不同的通信格式和协议。事实上，每个这样的卫星110不用考虑其它卫星的所需要的通信协议和格式，以及不一定要咨询遥控地面站的拥有者，而被设计。而且，每个这样的卫星110不知道或不关心其它卫星110的存在，即它们不用任何的合作而运行。事实上，这些卫星甚至可以由不同的政府或由其它国家的实体拥有，它们的优先权是潜在地不同的，甚至可能互相干扰。然而，所有这些卫星的操作员共同的希望是希望减小成本。因此，每个这样的卫星110分享地面站120的公共系统。

结果，卫星110在卫星轨道的某些时间间隔期间处在与远端地面站120通信。虽然图1上显示的是单个地面站，但在需要提供最大可提供的与卫星的通信时间的情况下，可以有多个地面站。理想地，这些远端地面站位于全世界的战术位置，诸如极纬度，以提供对于卫星的较长的观看时间，当这些卫星以LEO绕地球运行时。这些远端地面站的一个可能的方案是把它们放置在阿拉斯加，挪威，智利，南非，夏威夷，宾夕法尼亚，俄罗斯等等。

然而，本发明不限于LEO卫星。同样可以适用于在任何轨道上的卫星，诸如GEO，中地球轨道(MEO)，和高椭圆轨道(HEO)。在这种情况下，位于赤道区域的地面站可能是更有用的。

无论如何，本发明对于LEO是特别有用的，因为它使得卫星系统能够进行低成本发射和低成本运行。通过在许多用户之间共同分担地面站的成本，或通过只在用户实际利用地面站的时间内向用户收费，用户可使得他们的运行成本最小化。而且，通过按每次使用对于卫星操作员收费，本发明使得拥有和运行遥控地面站的网络是有利的。例如，即使在单个卫星系统中具有大量卫星，地面站的专用系统包括很大的利用不足的时间间隔。相反，本发明使得地面站系统有可能达到最大利用，由此把先前的不能赢利的企业变换成高度赢利的企业。

再次转到图1，远端地面站120正在与数据输送网130通信。网络管理中心140正在与数据输送网130通信。客户台址150正在与数据输送网130通信。虽然图1所示的是单个位置，但客户台址150可以是来自独立的卫星拥有者、用户或操作员的多个台址。因为远端地面站120、网络管理中心140、和客户台址150中的每个正在与数据输送网130通信，三个位置的每个位置可以与另两个位置的任一个或两个位置通信。这样，远端地面站120、网络管理中心140、和客户台址150被“联网”在一起。

在正常运行时，客户台址150处的用户可以与网络管理中心140通信，并把一系列要被发送的命令传送到打算的目标卫星。一旦命令被发送到卫星后，这些命令就打算实行由所讨论的卫星所需要的操作。这样的操作可以包括给车载摄像机的指令，以获取来自地球上的每个位置的数据，收集某些频率的射频信号，或把某些已经由卫星收集的数据发送回地球。这些命令被从客户台址发送到网络管理中心140，并被存储在其中。

网络管理中心140将存储来自任意数目的客户台址150的所有的命令。网络管理中心140接入到对于所讨论的所有卫星的轨道和航天历数据，以及能够确定哪个远端地面站120是最佳地适合于发送命令给卫星110。替换地，可以把这个信息呈现给用户，并询问用户愿意从哪个地面站进行通信。虽然对于特定的话路可以有一个以上的远端地面站看到卫星，但在一个地面站120处的接收信号强度可能大于另一个地面站处的信号强度，使得一个地面站对于预期的通信话路比另一个地面站更加最佳。例如，较高接收信号强度将使得通信进程能够以以更高的数据率以相同的误码率发生，这样，减小了通信话路的长度和使能得到更多的每单位时间的通信话路。

轨道和航天历数据被正常地更新，以说明卫星的预期的位置上的改变。这个信息是可从能公共接入的资源中提供的(例如，美国政府)。在LEO上的卫星通常绕行地球一圈成本时间90分钟，这些卫星被适当地放置成只在10-15分钟内发送或接收(对于地面上特定的位置)。因为远端地面站天线一次只能与一个卫星通信，计划安排最有效地使用发送时间是关键的。网络管理中心140也计划安排所有的请求，并支持最佳化应当在何时和从哪个远端地面站120发送每组命令。如果该命令指令要求数据要被发送回地球，则数据准备好的时间和为恢复该数据将成本的时间间隔都被考虑。

一旦计算了计划安排，网络管理中心140就在数据输送网130上把所需要的信息发送到远端地面站120，以便对于每个通信请求进行每次发送和接收。这个信息被用来配置在远端地面站处的设备，用于下一次通信话路。这个信息包括卫星在天空中的位置，在数据发送／接收期间的预期的路径，(远端地面站的天线必须跟踪该路径)，为正确地建立与卫星的通信链路所需要的通信格式和协议(例如，任何所需要的加密)，运行频率，调制格式，比特率，数据格式，纠错方案，运行窗口等等。而且，这个信息包括为与卫星通信所需要的任何其它的参量，它们对于特定的卫星可以是独特的，这些对于本领域技术人员是熟知的。远端地面站120使用这个信息来控制在远端地面站120处的通信设备，以使得用户有效地控制从用户台址150远端地进行的用户的通信进程。

为了完成这种遥控，远端地面站采用一个地面站控制的计算机，被连接到数据输送网，该地面站控制计算机接收来自网络管理中心140的信息。这个地面站控制计算机然后分析该信息，作出用于远端地面站中的每个设备的控制设定值，它必须被配置成正确地与想要的卫星进行通信。地面站控制计算机(例如，通过IEEE RS 232控制线)被连接到远端地面站中的每个设备，按照在从网络管理中心传送的信息中所包含的指令调整这些设备的每个设备的设置。

现在参照图2，对于在远端地面站发生的事件的讨论，刚好是在卫星通过地面站之前和期间。在网络管理中心140内，有自动计划安排功能210，客户通信技术条件文件215，通道配置构建功能220，轨道单元文件245，构建天线指向文件250，以及远端地面站规划更新功能211。自动计划安排器210控制RGS规划更新211，通道配置构建功能220，以及建立构建天线指向文件250。来自NORAD或关于感兴趣的卫星的航天历数据的客户资源的数据被输入到轨道单元文件245。图2上的虚线表示控制功能。

从网络管理中心输出的数据是从构建天线指向文件250和RGS规划更新211进到自动传送运行290。自动传送运行290发送其数据到任选的通道前配置测试260。

在客户台址150处，客户登录235，并建立与地面站120中的客户互动监视和命令单元280通信。客户互动监视和命令单元280然后按照任选的预传送配置测试260建立上行链路和下行链路运行295。

自动计划安排器210存储规划信息，以及是网络管理中心140的一部分。在卫星的计划安排的通过以前的任何时刻，自动计划安排器210传送指令到远端地面站120，并开始准备与计划安排的卫星通信。为配置远端地面站120所需要的信息被存储在客户通信技术条件文件215中。存储在客户通信技术条件文件215中的数据被传送到通道配置构建模块220。通道配置构建模块220利用从客户配置文件215处得到的数据，以及发送所需要的命令给构建天线指向文件250。构建天线指向文件250接收来自轨道单元文件245的信息，以便正确地初始化和配置天线与射频，而和特定的卫星通信，它又从NORAD或客户源141得到关于感兴趣的卫星的航天历数据。

在配置以后，系统传送控制给预传送校正测试模块260，它刚好在计划安排的卫星出现在通信范围内的时间之前执行一系列系统检验。一旦卫星110上升到地平线以上足够高，就建立通信链路，以及由客户台址150处的用户输入的数据被发送到卫星110。如果被传送到卫星110的输入要求立即的数据收集，则数据经过下行链路频率被送回，该频率可以是S波段或X波段。其它的频率也是可能的，因为远端地面站利用相当宽频带的发射机／接收机，功率放大器和天线。

自动计划安排功能210开始配置操作的同时，自动计划安排功能210也启动远端地面站接入提醒客户。这个模块在数据输送网130上与客户台址150通信，并提醒客户台址150即将来临的卫星通过。如果客户希望监视通过实际时间，则客户能够经过图形用户接口，这将在下面讨论，否则，在客户台址150处的软件启动客户登录235。一旦客户登录235被启动，它就通过测试由客户登录模块235提供的先前确定的验证码来鉴权客户接入，然后在通过期间收集的数据被发送回客户。

现在参照图3，进行关于远端地面站300的功能设计的讨论。远端地面站300的功能性核心是远端地面站系统服务器305，它典型地被实现为UNIX、Windows(视窗)NT，或类似的工作站。工作站操纵为运行远端地面站系统300所需要的所有的计算，硬件控制和客户传感器I／O。

远端地面站系统服务器305通过在公共交换电话网(PSTN)310上通信或通过经帧中继传输网315的通信，而被连接到系统的其它部件。因为公共交换电话网310以较慢的速率通信，所有公共交换电话网310被用来传送低优先权的和较小尺寸的消息，以及也被用于备份通信目的。经过PSTN 310发送的消息的例子包括管理文件，通过数据，和没有请求要以实时发送的数据。另一方面，帧中继传输网315在T1线上运行，它能够实时地传送大得多的数据分组。这个路由保留给那些其中用户已经请求了实时控制或实时遥测的卫星话路。

总的系统操纵是由系统管理器320控制的，它包括服务器备份软件，帧中继和PSTN管理与低级别系统软件。

监视和控制功能325包括总的系统开销和远端地面站诊断。每个诊断是通过图形用户接口而可提供给用户，以及给网络管理中心处的操作员。

用户和NMC数据接入模块330包括维护图形用户接口(GUI)，控制用户和NMC接入功能，S／C配置，更新卫星轨道数据，以及维护RGS数据库。

计划安排模块335从NMC中取出轨道信息和通过时间表，并产生天线跟踪序列，对于每次通过的地面站配置计划和用户接口计划，所有的通过和通过事件由计划安排模块引导和管理。计划安排模块335所需要的信息是通过公共交换电话网(PSTN)310或帧中继传输网315得到的。

遥测和命令模块340操纵真正的与卫星的实时通信和所有其它必须的数据处理运行，包括命令数据的上行链路和遥测数据的下行链路。通过数据按照用户制做的通过配置文件被存储和转发。

在每个计划安排的通过之前3分钟，遥测和命令模块340配置所有必须的通信装置，以便匹配打算的卫星和通过需求，进行最后的检验，把天线旋转到所需要的位置，以及开始获取数据。多个实时数据可立刻被传送回用户，如果用户已经这样配置的话。遥测和通过数据的组合被存储在远端地面站120，直至确认的副本已经被传送到客户台址150或网络管理中心140的时间位置。

远端地面站系统服务器305包括一系列硬件I／O接口连接345，诸如PCI总线，IEEE总线，和RS232端口。这些硬件I／O接口连接345允许各种外部传感器，监视器，接收机和要被连接到远端地面站系统服务器305的测试设备。

一组这样的传感器，合起来称为IF／IR／天线／GPS和探头350收集各种类型的本地数据，包括所有形式的气象数据，内部硬件运行参量，射频诊断，功率放大器等等。

第二组类型的功能是针对帧中继通信需求的。级别 O／CCSDS处理器355操纵低级别分组处理，用于监视和控制功能325。这样的功能包括帧同步和级别0处理，它把数据流分成各种类型的被发送的数据。

应当看到，虽然本发明是根据与轨道卫星的通信来讨论的，但它也可被使用来与可以以能够用本发明来进行通信的方式配置的飞船、火箭、月球、行星、小行星、静止地球轨道上的卫星、低地球轨道上的卫星、以及其它的自然的和人造的目标进行通信。因此，对于卫星和轨道卫星的所有参考都将被认为包括所有的以上列出的项目。

本发明因此使得较小的实体能够拥有和“运行”它们自己的专用卫星，这样，使它们不受时间分享一个不是专门为它们的需要而设计的卫星的限制。例如，由于制造卫星的成本的减小，以及现在通过从总的成本中消除对于地面站的需要，大学现在可以拥有它们自己的卫星。

而且，较低成本的卫星通常被放置在LEO轨道上，这需要设置在全世界的多个地面站，以使得能够与LEO卫星进行连续通信。因此，只有卫星系统和相应的地面站系统是当前可能的。本发明使得卫星系统不需要也构建地面站系统，每个设置在全世界，这意味着购买／租赁几个外国的资产，这会是费时的过程。一个按照本发明进行联网和控制的地面站系统可以服务于许多卫星，或许多到几百个。

示例性实施例

图4上显示了本发明的一个示例性实施例。那里的系统是由位于地球表面上的战术位置的一组远端地面站系统(RGS)组成。所有的RGS通过标准宽域网被连接到监管控制器，称为网络管理中心(NMC)。客户使用运行在连接到本发明的系统的个人计算机(PC)上的公共的Netscape或Internet Explorer浏览器，易于从世界的任何地方与它们的卫星通信。

转到图4，图上显示了只接收的远端地面站。如那里所显示的，卫星天线414接收来自在轨道的卫星的RF信号，并把RF信号传送到接收机401。低功率放大器(未示出)把低电平RF信号放大到足以达到接收机401的电平。接收机401的参量由主计算机406(它可以是一个服务器，例如NT-Pro)通过IEEE RS 232控制器而被控制。主计算机也控制天线401的位置。解调器，比特同步器，和帧同步器被示意地显示为也在主计算机控制下的单元402。解调器402的输出被连接到CCSDS数据处理器和数据存储器403(也被主计算机406控制)。数据处理器输出数据经过10B-T以太网线412送到路由器407。如果数据打算实时地给用户，则数据通过帧中继T1线408发送到用户。如果数据在某个以后的时间被转发到用户，则数据可通过使用PPP格式被缓慢地经过调制解调器411和POTS下载到网络管理中心。时间由GPS时间409提供。备份电源由不中断的电源410提供。开关404是交叉点类型的开关，用于在射频与其它高频之间切换设备间的交互连接。开关404使得信号处理设备方块以不同的安排被互联，以支持不同种类的通信要求，诸如把两个可能的天线中的一个天线或四个不同的接收机的一个接收机连接成信号处理结构。单元405提供环境和安全诊断，它们被报告给主计算机406，因此，对于网络管理中心和用户是可提供的。

转到图5，那里所显示的是具有发送和接收能力的遥控地面站。在这种情况下，有左旋圆极化接收机501和右旋圆极化接收机502，它们被分集组合器503组合，每个部分501，502和503被主计算机512控制。接收数据路径是如在对于图4的讨论中所描述的。无论如何，在这个实施例中有两个频段可供使用：一个用于X波段，一个用于S波段。S波段使用两个接收机501和502。X波段使用接收机526，它通过天线计算机525被连接到天线。在这个示例性实施例中，天线524是具有S波段和X波段接收／发射能力的5米碟形天线。对于S波段，天线具有14dB／K的G／T值，而对于X波段，天线具有30dB／K的G／T值。天线计算机525的输出端被连接到主计算机512。

在发送侧，遥控命令模块509被连接到副载波调制器508，它又被连接到激励器505。激励器的输出端被连接到高功率放大器504(例如，50瓦)，它又被连接到天线524。数据在地面站120处或者通过帧中继T1线515或者通过POTS调制解调器518或519被接收的。来自帧中继T1线的数据通过10B-T以太网连接被传送到主计算机512和／或数据处理器507。

备份计算机513被采用来提供完全的冗余度用于总的控制。开关521检测主计算机512中的故障，和切换备份计算机513到适当位置。

转到图6，显示了远端地面站的第三示例性实施例。图5所示的实施例与图6所示的实施例之间的唯一差别是使用两个碟形天线601和602，它们被连接626连接到一起。天线601是具有在S和X波段的17dB／K的G／T值的5米碟形天线。天线626是具有只运行在S波段的12dB／K的G／T值的3米碟形天线。

远端地面站从网络管理中心接收监管命令，它直接与卫星通信和执行总的RGS家务任务。在RGS处的设备由RGS本地控制计算机在卫星通过以前被配置，以便支持所需要的卫星通信。

每个地面站具有支持与不同种类的卫星通信的设备。为了支持特定的卫星通过，RF接收机、比特同步器、遥测数据处理器、信号发生器、RF天线、和其它设备在卫星通过之前被配置，以提供用户所需要的通信。

本发明的系统被设计成与在各种轨道(例如LEO和GEO)上的大量卫星通信。在LEO上的卫星典型地每100分钟绕地球运行一次。大多数LEO卫星是在极轨上的，使得它们能够对于整个地球表面具有正常的可见距离。

根据在每个轨道上通过地球的极点的极轨LEO卫星，从位于靠近一个极点的地面站，接入到这样的卫星的通信，每天提供四次。在较低纬度处(远离极点)的地面站更经常地接入到极轨LEO卫星。赤道地面站典型地每天只看到极轨LEO卫星四次，对于地面站，每次通过典型地持续10分钟。

本发明的系统的一个方面是，用户计划安排它们与远端地面站的卫星通信。

图形用户接口

本发明的图形用户接口包括运行在计算机上的网页浏览器，诸如个人计算机或工作站，网页浏览器在被连接到互联网的服务器上接入特定的网页台址。例如，用户把他的浏览器指到“http：／／nmcl．spacelines．com”，并进入在浏览器的地址栏中的地址。服务器典型地位于网络管理中心。

呈现给用户的第一页是登录页(图8)。在点击“登录到空间网络系统”按钮801后，应用项打开图9的对话方块，给出用于输入用户姓名901和密码902的区段。一旦输入，用户就点击“接受”按钮903。

在成功登录后，就呈现图10所示的欢迎页给用户。在这时，有五个任选项可提供，“Display Space Network System Status(显示空间网络系统状态)”1001，“View and Update YourSchedules(观看和更新你的计划安排)”1002，“Display PassExecution of Your Satellite(显示你的计划安排的通道执行)”1003，“Retrieve Archived Data(恢复到达的数据)”1004和“Display Satellite Orbit(显示卫星轨道)”1005，通过点击它们中的任一个，而可以选择它们，因为它们是热链路。

选择“显示空间网络系统状态”1001，使得用户来到图11a，上显示了系统状态。图11a所示的网页显示了系统中每个资源的使用率％(1103-1107)，当前登录1101，链路速率(平均的和当前的)，和正在使用的容量的百分数1102。图11b显示了对于这个实施例的替换例。图11a显示了呈现给用户的系统全貌屏幕。在图11a的示例性实施例中，屏幕显示了三个远端地面站1105，1106和1107(一个在阿拉斯加，一个在夏威夷，和一个在宾夕法尼亚)。在这种情况下，有两个网络管理中心1103，1104，每个网络管理中心被联网在一起。该屏幕显示了正在使用的每个连接的数据率(平均的和当前的)，当前登录1101，和对于三个地面站的每个地面站(CPU，碟形天线，网络)的容量的百分数1102。

选择“观看和更新你的计划安排”1002，使得用户来到图12。用户可规定开始时间(月-日-年-小时-分-秒)，终止时间(与开始时间相同的格式)，和远端地面站1203。在点击“Get thisschedule(获取这个计划)”1204后，用户能够恢复和更新用户的计划(例如图19)。

选择“Display Pass Execution of Your Satellite(显示你的卫星的通道执行)”1003，使得用户来到图13，图上显示了卫星的通信通过，地面站，和感兴趣的时间间隔。在显示屏的右下角处的每个水平线条1301-1303代表地面站之一的时间轴。在每个水平横线内的短的垂直线条1304表示在地面站处卫星的通过。这些优选地是与水平线条不同的彩色，例如，绿色对灰色。通过点击代表通过的垂直线条，可以显示有关通过的更多的信息。

点击“New Pass(新的通过)”，则特定的通过的垂直线条表征(例如，在该另一个垂直线条的上方设置另一个垂直线条1305)对于该用户的通过。点击“Update Schedule(更新计划表)”1307，则向系统确认，用户的表征的通过应当被保留给该用户。

在卫星通过请求页(图11c)，用户可规定飞行任务1131，卫星1132，上行链路尺寸1133，下行链路尺寸1134，话路的优先权1135和话路的价格1166。一旦这些区段被选择，用户就点击提交键1137，然后它在屏幕下半部分列出当前可提供的通过间隙。其上显示了对于每个选择的卫星可以提供通道的地面站，持续时间，和开始时间。

选择“Retrieve Archived data(恢复到达的数据)”1004，使得用户来到图14。数据到达页提供接入到通过与用户的卫星进行通信而到达的系统数据。列表1401向用户表明，所有的到达的文件是可提供的。通过选择一个文件和点击“Agree；Get Archiveddata(同意；得到到达的数据)”1402，使得用户来到图15。

图15显示了在用户的网络管理中心到达目录中的文件列表的例子。点击该列表中的项目1501，恢复来自网络管理中心目录的该文件，并在用户的浏览器窗口1502显示该文件内容。

选择“显示卫星轨道”1005，使得用户来到图16，图上显示了有关卫星在其轨道上的哪个地方的实时信息。当前的位置被显示，例如，纬度1601，经度1602，和高度1603。轨道图形被重叠在世界平面地图1604上。卫星名称以及本地时间和GMT时间被表示在方框1605中。

图17显示了远端台址的图形，使得能从位于远端地面站系统的远端摄像机观看周围条件和移动的天线。从显示屏幕1701下方的下拉菜单1702选择感兴趣的台址。

图18a-b显示了呈现给用户的实时信号监视。在用户计划安排的在卫星与地面站之间的通过期间，地面站处的设备在通过之前被自动地设定来处理卫星通信。系统提供了通过浏览器接口远端监视这个设备。图18a上显示了比特同步器的例子。图18b上显示了信号处理器的例子。

地面站的TCP／IP遥控

本发明的一个方面是远端地面站的遥控。这包括从数据网的所有的地面站设备的控制力、配置、和接收状态的能力。数据网可以是局域网(LAN)，宽域网(WAN)或开放的互联网。为了达到这个遥控水平，本发明提供单点的接入，远端设备控制，状态，和设备计划安排接口给所有的地面站设备。而且，每个设备是可通过TCP／IP网络接入的。为了达到想要的遥控水平，本发明的这个方面采用面向目标的设计。

通过使用面向目标的设计，商业地面网(CGN)的每个部分被作为有关目标来处理(参照图7a-b)。每个CGN目标负责控制和管理网络管理中心(NMC)目标。在下一个较低的级别上，NMC目标负责控制和管理RGS目标。在最低的级别上，RGS目标负责控制和管理所有的设备目标(参照图6)。设备目标提供控制和管理接口给特定的设备部件。

单点接入是通过单个接口接入到所有RGS设备的能力。控制和管理RGS的所有方面，需要把所有的地面站设备映射到单个进入点。RGS设备在物理上被接口到提供实际的单点接入的单个计算机(参照图4-6)。

逻辑接口是通过使用被称为RGS目标的控制和管理目标实现的。RGS目标保持设备表，其中每个进入项包含名称，列举的设备类型识别号，单元号，设备状态(即，可提供的，分配的等等)，以及指向设备目标的指针。设备目标是控制和管理目标，它提供一组命令和处理对于传送到设备的物理部件所必须的所有规定的通信协议问题。它可以被看作为设备的逻辑部件。对于在RGS配置文件中规定的每个设备部件创建一个设备目标。下面的表显示了样本的RGS配置文件。

BitSynchl           COM2[9600 n 8 1 1 HS_ON]
	SignalGenaratorl    COM3[9600 n 8 1 1 HS_OFF]
Receiverl           COM4[9600 n 8 1 1 HS_OFF]
	Antennal            COM6[9600 n 8 1 1 HS_OFF]

RGS配置文件是规定在物理的和逻辑的设备之间的关系的对应表。它包含以下的形式的进入项目，它规定名称，单元号码通信端口(即，RS232，插座，等等)，以及通信参量。名称和单元号码规定了设备部件的唯一的识别号。

RGS目标规定了几个高级别的功能。这些功能是分配(Allocate)，配置(Configure)，开始(Start)，终止(Stop)，传送数据(Transfer)，释放(Release)，得到状态(Getstatus)，和执行(Execute)。每个功能转换成设备目标功能，它执行设备特定的操作。分配功能使用唯一的通道识别号来分配用于卫星通道的设备部件。配置功能使用卫星识别号来确定用于特定的设备运行的所需要的配置参量。释放功能从设备表中除去通到识别号，并把设备状态标识为可提供的。得到状态功能返回到为特定的通道识别号所分配的对于所有设备的状态。

设备目标具有类似于RGS目标的单点接口。在一个设备中的所有功能具有列举的功能识别号。这些识别号由被称为执行(Execute)的设备目标功能使用。这个功能(Execute)把功能识别号转换成真实的设备特定功能呼叫。

RGS目标的执行功能使用设备识别号，单元号码，和接入到特定设备目标功能的功能识别号。通过使用RGS目标的执行功能，可以对于每种特定的设备类型创建图形用户接口(GUI)。这个GUI接口提供用于实时修正设备参量的设施。图18b上显示了用于在远端地面站中的一个设备的GUI的例子，在该实施例中，它是信号处理器。GUI被提供给在遥控的远端地面站中的每个设备，这使得用户能够配置地面站用于与用户的卫星通信。

替换地，用户可把有关他的通信请求的信息输入到一个调查表，如图20所示。图形用户接口然后把这个信息传送到网络管理中心，它根据在对于询问的回答中所包含的信息确定适当的设置。图21显示了位于可以按照本发明被遥控的远端地面站的设备的示例性清单。

RGS设备状态是通过使用RGS目标功能(Getstatus)得到状态而得到的。这个功能(Getstatus)允许(受通过识别号限制)接入到设备状态。这个接口返还一系列规定设备状态和复合的RGS状态的结构。

设备计划安排接口是专用于控制和管理RGS设备的任务计划安排器识别号。任务计划安排器执行从NMC接收的通过计划安排。通过计划安排包含几个基本命令，用于地面站设备的分配、配置等等。这些命令直接转换成RGS目标识级别功能：分配，配置，开始，终止，释放。一旦接收到一个计划安排文件，RGS就可执行安排的通过，而没有NMC干预。

RGS服务器程序创建任务计划安排器和RGS目标。服务器程序提供通过TCP／IP网络的远端接入。NMC通过使用消息而与服务器程序进行通信。建立了一个TCP／IP插座来处理每个唯一的消息类型。每个消息包含唯一的类型识别号。这个识别号允许消息被路由到服务器程序的适当的部分，用于处理。消息类型直接映射到以下的目标：设备计划安排接口，远端设备控制，和设备状态。

上述的说明只显示了本发明的优选实施例。各种修改对于本领域技术人员是显而易见的，而不背离本发明的范围和精神。

Claims (41)

1．用于在多个独立的卫星用户与它们的各个轨道卫星的每个卫星之间进行通信的共用的通信系统，包括：

(a)用户接口，多个独立的卫星用户的每个用户一个用户接口，用来接受要被发送的来自多个独立的卫星用户的一个用户的用户数据，或接受用户指令，从多个轨道卫星中的可选择的一个卫星接收卫星数据；

(b)中央控制器，被连接到用户接口，用来接收要被发送的用户数据或从多个轨道卫星中的可选择的一个卫星接收卫星数据，通过用户接口，与多个独立的卫星用户的一个用户互动，以使得多个独立的卫星用户的该用户能够控制该卫星，其中用户数据要被发送到该卫星和／或卫星数据要从该卫星接收，以及该用户能够计划安排该时间，其中用户数据要在该时间发送和／或卫星数据要在该时间接收；以及

(c)多个远端地面站，每个地面站具有：

(i)远端发射机，接收要被发送的用户数据，发送用户数据给多个轨道卫星中的可选择的卫星，和

(ii)接收机，从多个轨道卫星中的可选择的一个卫星接收用于多个独立的卫星用户的一个用户的卫星数据，以及把卫星数据传送到用户接口或中央控制器，其中中央控制器与多个独立的卫星用户的一个用户互动，以控制从多个远端地面站的哪个地面站，用户数据要被发送和／或卫星数据要被接收。

2．按照权利要求1的系统，其特征在于，还包括通信网，支持在所述用户接口、所述中央控制器、和所述多个远端地面站之间的通信，经过该远端地面站，卫星数据和用户数据被发送到多个独立的卫星用户和多个远端地面站。

3．按照权利要求1的系统，其特征在于，其中每个多个远端地面站包括控制计算机，以及在每个多个远端地面站处的发射机包括被连接到控制计算机的控制输入端，通过该控制输入端，控制计算机配置发射机，用于发送到多个轨道卫星的一个卫星。

4．按照权利要求1的系统，其特征在于，其中每个多个远端地面站包括控制计算机，以及在每个多个远端地面站处的接收机包括被连接到控制计算机控制输入端，通过该控制输入端，控制计算机配置接收机，用于发送到多个轨道卫星的一个卫星。

5．按照权利要求3的系统，其特征在于，其中用户接口包括图形用户接口，通过该用户接口，用户可以输入用于在多个远端地面站的一个地面站处的发射机和接收机的配置信息，用户数据要从该远端地面站被发送，或要从多个轨道卫星的一个卫星处接收卫星数据。

6．按照权利要求5的系统，其特征在于，其中配置信息被传送到所述的那个远端地面站处的控制计算机，以及控制计算机按照配置信息配置发射机或接收机。

7．按照权利要求1的系统，其特征在于，其中用户接口包括在计算机上执行的图形用户接口，以及包括网页浏览器，使得用户输入用户识别信息。

8．按照权利要求7的系统，其特征在于，其中图形用户接口包括一个网页，使得用户能够规定卫星接入时间和用户希望通过它与在轨道的卫星通信的特定的遥控地面站。

9．按照权利要求7的系统，其特征在于，其中图形用户接口包括一个网页，使得用户能够规定用于与在轨道的卫星进行通信的通信格式和协议信息，该通信格式和协议信息被用来配置在一个遥控地面站处的通信设备。

10．按照权利要求7的系统，其特征在于，其中图形用户接口包括一个网页，使得用户能够输入用户数据，以便传送到在轨道的卫星，或能够列出从在轨道的卫星处恢复的卫星数据。

11．按照权利要求7的系统，其特征在于，其中图形用户接口包括一个网页，使得用户能够观看卫星的当前轨道路径。

12．按照权利要求7的系统，其特征在于，其中图形用户接口包括一个网页，使得用户能够分享与在轨道的卫星的实时数据通信话路，或规定从卫星恢复的数据的存储和转发操作。

13．按照权利要求7的系统，其特征在于，其中图形用户接口包括一个网页，使得用户能够配置在一个远端地面站内的通信路径中的设备，以便用于与多个轨道卫星的一个卫星通信。

14．按照权利要求2的系统，其特征在于，其中所述通信网包括被使用于低优先权和小尺寸的传输的公共交换电话网，以及被使用于实时发送的大的数据分组的帧中继传输网。

15．用于通过多个远端地面站在用户与卫星之间传送数据的方法，包括以下步骤：

从用户获取识别数据，该识别数据包括用户希望与之通信的卫星的识别号，和要被发送到卫星的控制数据，如果有的话；

呈现给用户一个可提供的时隙和相关的远端地面站的列表，用于根据识别数据与识别的卫星通信；以及

使得用户能够选择一个可提供的时隙和一个适当的地面站。

16．按照权利要求15的方法，其特征在于，还包括以下步骤：传送识别和控制数据给中央控制器，以及解决在其它用户与可提供的资源之间的资源分配和通信冲突，以便于发送控制数据给识别的卫星。

17．按照权利要求15的方法，其特征在于，还包括以下步骤：传送控制数据给远端地面站，以及传送控制数据给识别的卫星。

18．按照权利要求15的方法，其特征在于，还包括以下步骤：接收来自识别的卫星的卫星数据，以及传送卫星数据给用户。

19．按照权利要求15的方法，其特征在于，还包括以下步骤：请求来自用户的优先权数据和价格信息，以及根据所述优先权数据和价格信息，分配资源和通信冲突。

20．用于多个独立地发射和运行的卫星的单个命令和控制中心，所述单个命令和控制中心在多个用户台址处与多个用户互动，包括：

(a)网络管理中心，为多个独立地发射和运行的卫星提供命令和控制业务，接收要被发送到多个独立地发射和运行的卫星的用户数据，以及管理由多个用户对于来自多个独立地发射和运行的卫星的卫星数据的请求；

(b)用户接口，被放置在多个用户台址的每个用户台址处，使得用户能够与网络管理中心互动，以发送用户数据给用户希望与之通信的一个卫星，以及接收来自用户希望与之通信的一个卫星的卫星数据；以及

(c)多个远端地面站，由网络管理中心控制，以及发送用户数据到每个的多个独立地发射和运行的卫星和接收来自每个的多个独立地发射和运行的卫星的卫星数据。

21．按照权利要求20的单个命令和控制中心，其特征在于，还包括数据网，把网络管理中心、多个远端地面站、和多个用户台址连接在一起成为一个宽域网。

22．按照权利要求20的单个命令和控制中心，其特征在于，其中用户数据包括命令。

23．按照权利要求21的单个命令和控制中心，其特征在于，其中命令包括从包含以下指令的那组中所选择的一个指令：命令卫星上的照相机从地球上指定的位置处获取数据的指令，命令收集以指定的频率的射频信号的指令，或命令把先前已由卫星收集的指定的数据发送回地球的指令。

24．按照权利要求20的单个命令和控制中心，其特征在于，其中网络管理中心包括数据库，存储对于所有的多个独立地发射和运行的卫星的轨道数据，用户数据包括命令。

25．按照权利要求24的单个命令和控制中心，其特征在于，其中网络管理中心根据被存储在数据库中的轨道数据确定多个远端地面站中的哪个地面站，在特定时间发送特定的用户数据到特定的卫星时，是最佳的。

26．按照权利要求24的单个命令和控制中心，其特征在于，其中网络管理中心根据被存储在数据库中的轨道数据确定多个远端地面站中的哪个地面站，在特定时间发送特定的用户数据到特定的卫星时，是最佳的，和把这个决定通过用户接口提供给用户，以及用户接口使得用户能够选择借助于它进行通信的那个远端地面站。

27．按照权利要求24的单个命令和控制中心，其特征在于，其中网络管理中心根据被存储在数据库中的轨道数据确定多个远端地面站中的哪个地面站，在特定时间从特定的卫星接收特定的用户数据时，是最佳的。

28．按照权利要求20的单个命令和控制中心，其特征在于，其中网络管理中心发送配置信息给多个远端地面站中被选择来发送用户数据或接收卫星数据的的特定的一个地面站，以及配置信息包括对于处理用户数据的发送或卫星数据的接收所需要的信息。

29．按照权利要求24的单个命令和控制中心，其特征在于，其中网络管理中心计划安排所有的用户请求，和对于每组命令应当在何时和从哪个远端地面站被发送进行最佳化。

30．按照权利要求27的单个命令和控制中心，其特征在于，其中网络管理中心根据特定用户数据将准备好的时间和为恢复特定的用户数据所需要的时间间隔，确定远端地面站中的哪个地面站是最佳接收特定用户数据的。

31．按照权利要求20的单个命令和控制中心，其特征在于，其中网络管理中心还包括自动规划器，它存储计划信息和发送指令给特定的远端地面站，开始准备与特定的卫星通信。

32．按照权利要求20的单个命令和控制中心，其特征在于，其中每个远端地面站还包括处理器，它包括有通道前配置构建模块，构建天线命令和频率预测模块，以及存储装置，包括有客户配置文件和轨道单元文件。

33．按照权利要求32的单个命令和控制中心，其特征在于，其中客户配置文件包括为配置远端地面站用来与特定的卫星进行特定的通信所需要的信息，该信息被传送到通道前配置构建模块。

34．按照权利要求33的单个命令和控制中心，其特征在于，其中通道前配置构建模块发送所需要的命令给构建天线命令和频率预测模块，它结合来自轨道单元文件的信息，启动和配置天线与射频，以便与特定的卫星进行通信。

35．按照权利要求32的单个命令和控制中心，其特征在于，其中处理器还包括通道前校正测试模块，在卫星出现在通信范围内的计划的时间之前进行一系列系统检验。

36．按照权利要求31的单个命令和控制中心，其特征在于，其中几乎在自动计划安排器发送指令给特定的远端地面站，开始准备与特定的卫星通信的同时，自动计划安排器发送一个提醒给数据输送网上的特定的用户。

37．按照权利要求36的单个命令和控制中心，其特征在于，其中用户接口还包括客户登录接口，通过所述接口，特定的用户登录到用户接口，和在登录试图期间客户接入鉴权接口鉴权特定的用户，以及在鉴权以后，在特定的远端地面站处接收的数据通过数据输送网被发送给特定的用户。

38．用于使得用户能够同与在轨道的卫星通信的遥控地面站的网络互动的设备，包括：

(a)计算机，具有一个到与遥控地面站连接的网络的接口；以及

(b)在计算机上执行的图形用户接口，并包括：

(i)网页浏览器，使得用户能够输入用户识别信息；

(ii)第一网页，使得用户能够轨道卫星接入时间和用户希望通过它与在轨道的卫星进行通信的特定的遥控地面站，以及

(iii)第二网页，使得用户能够规定用于与在轨道的卫星进行通信的通信格式和协议信息，该通信格式和协议信息被用来配置在一个遥控地面站处的通信设备。

39．按照权利要求38的设备，其特征在于，其中图形用户接口还包括第三网页，使得用户能够输入用户数据，以便传送到在轨道的卫星，或能够描述从在轨道的卫星处恢复的卫星数据。

40．按照权利要求38的设备，其特征在于，其中图形用户接口还包括第三网页，使得用户能够观看卫星的当前轨道路径。

41．按照权利要求38的设备，其特征在于，其中图形用户接口还包括第三网页，使得用户能够参加与在轨道的卫星的实时数据通信进程，或规定从卫星恢复的数据的存储和转发操作。

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