CN109104236B - 一种低轨卫星与地面接收站通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低轨卫星与地面接收站通信的方法。它包括以下步骤：低轨卫星判断当前自身所处位置是否位于能够与地面接收站直接通信的区域，如果位于能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星直接与地面接收站通信，如果位于不能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信，作为中转站的高轨卫星转发低轨卫星与地面接收站之间的通信数据。本发明能够保证低轨卫星全轨道与地面接收站始终保持通信，实现低轨道卫星无缝覆盖。

Description

一种低轨卫星与地面接收站通信的方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种低轨卫星与地面接收站通信的方法。

背景技术

低轨卫星的轨道高度为200～2000千米，覆盖范围较小，其与地面之间直接通信时间较短，基本在10分钟以内，难以保证全轨道的地面持续连接，因此，急需一种技术能够使得低轨卫星与地面能够始终保持通信。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，其能够保证低轨卫星全轨道与地面接收站始终保持通信，实现低轨道卫星无缝覆盖。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，包括以下步骤：

低轨卫星判断当前自身所处位置是否位于能够与地面接收站直接通信的区域，如果位于能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星直接与地面接收站通信，如果位于不能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信，作为中转站的高轨卫星转发低轨卫星与地面接收站之间的通信数据；

确定低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域的方法包括以下步骤：

M1：初始时，根据低轨卫星的运行轨道及地面接收站的位置，确定低轨卫星的运行轨道中能够与地面接收站直接通信的区域，将该区域标注为初始直接通信区域；

M2：低轨卫星绕地球运行一周，在进入初始直接通信区域后与地面接收站持续通信，确定能够与地面接收站成功通信的区域，并将该区域作为最终直接通信区域，该最终直接通信区域就是低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域。

在本技术方案中，低轨卫星根据自身星历计算出自身位置，通过各个高轨卫星星历计算出各个高轨卫星位置。如果低轨卫星在能够与地面接收站直接通信的轨道区域，则低柜卫星直接与地面接收站通信，保证了数据的传输速度，路径损耗小。如果低轨卫星移动到不能与地面接收站直接通信的轨道区域，则通过既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的高轨卫星中转，实现与地面接收站的通信。

高轨卫星作为中转站时，低轨卫星将要发送给地面接收站的信息数据发送到高轨卫星，高轨卫星将该信息数据转发到地面接收站；地面接收站将要发送给低轨卫星的信息数据发送到高轨卫星，高轨卫星将该信息数据转发到低轨卫星。

低轨卫星根据各个高轨卫星的星历确定各个高轨卫星的位置，根据自身当前位置、各个高轨卫星当前位置、地面接收站位置查找出既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的所有高轨卫星。低轨卫星从中选择一个高轨卫星作为中转站。

低轨卫初始运行时，精确的确定低轨卫星的轨道中哪一部分区域能够与地面接收站直接通信。

本方法利用高轨卫星覆盖范围广的特点，在低轨卫星不能与地面接收站直接通信的时候，利用高轨卫星中转数据传输，使得低轨卫星全轨道与地面接收站始终保持通信，实现低轨道卫星无缝覆盖。

作为优选，所述步骤M2的具体步骤如下：低轨卫星绕地球运行一周，在刚进入初始直接通信区域时，低轨卫星向地面接收站持续发送验证信息，记录发送每条验证信息时低轨卫星所处的位置，并等待接收地面接收站发送的反馈信息，将接收到的第一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的起点位置，将接收到的最后一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的终点位置，该最终直接通信区域就是低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域。

作为优选，每条验证信息中都带有唯一的编号，地面接收站接收到验证信息后都会发出带有该验证信息编号的反馈信息。

作为优选，所述低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信的方法包括以下步骤：低轨卫星根据各个高轨卫星的星历确定各个高轨卫星的位置，根据自身当前位置、各个高轨卫星当前位置、地面接收站位置查找出既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的高轨卫星，计算查找出的每个高轨卫星与地面接收站、低轨卫星组成的链路长度D，D＝D1+D2，D1为高轨卫星与地面接收站之间的距离，D2为高轨卫星与低轨卫星之间的距离，选择最短链路长度D所对应的高轨卫星作为中转站，低轨卫星与该高轨卫星建立通信。

选择链路长度D最短的链路，使得低轨卫星与地面接收站的数据传输延时尽量小，减少路径损耗。

作为优选，所述低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信的方法包括以下步骤：

S1：低轨卫星根据各个高轨卫星的星历确定各个高轨卫星的位置，根据自身当前位置、各个高轨卫星当前位置、地面接收站位置查找出既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的高轨卫星，并向这些高轨卫星发送查询请求，接收到查询接请求的高轨卫星发送反馈信息给低轨卫星，反馈信息中带有对应高轨卫星当前已经链接通信的低轨卫星数量，低轨卫星选择已经链接通信低轨卫星数量最少的高轨卫星作为中转站，并与其建立通信；

S2：当低轨卫星检测到与自身建立通信的高轨卫星不能与自身通信或该高轨卫星不能与地面接收站通信时，执行步骤S1。

使得每个高轨卫星链接的低轨卫星数量均衡，避免个别高轨卫星接入低轨卫星数量过多、负荷过重，同时保证与链接的低轨卫星的数据传输速度。

作为优选，所述的一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

高轨卫星将其所覆盖的区域划分成若干个子区域，从每个子区域中与其建立通信的所有低轨卫星中选择一个或多个低轨卫星作为中继站，每个子区域内的其他与该高轨卫星建立通信的低轨卫星都通过作为中继站的低轨卫星与高轨卫星通信；

当作为中继站的低轨卫星离开对应子区域后，高轨卫星从该子区域中重新选择一个与其建立通信的低轨卫星作为新的中继站。

将每个子区域内的低轨卫星的通信数据通过该区域内的中继站转发，作为中继站的低轨卫星分担了高轨卫星的负荷，便于高轨卫星接入更多的低轨卫星。

每个子区域内的低轨卫星将信息发送到作为中继站的低轨卫星，作为中继站的低轨卫星再将信息转发到高轨卫星，高轨卫星下发的信息先发送到作为中继站的低轨卫星，作为中继站的低轨卫星再将其转发到对应的低轨卫星。

作为优选，高轨卫星实时监测每个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量，实时调整作为中继站的低轨卫星数量，使得每个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量；

计算每个子区域内作为中继站的低轨卫星的最佳数量的方法如下：当A是N的整数倍时，D＝A/N；当A不是N的整数倍时，D等于A除以N的商取整后加1；其中，D为子区域内作为中继站的低轨卫星数量，A为子区域内与对应高轨卫星建立通信的低轨卫星总数量，N为设定的一个中继站能够接入的低轨卫星数量。

如果某个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量大于计算出的最佳数量，则高轨卫星将部分作为中继站的低轨卫星调整为普通低轨卫星，取消其中继权限，使得该子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量；如果某个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量小于计算出的最佳数量，则高轨卫星将部分普通的低轨卫星调整为作为中继站的低轨卫星，使得该子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量。

作为优选，在高轨卫星上搭载S频段、X频段或Ka频段多波束双向数据传输载荷，建立与低轨卫星之间双向传输链路，实现高轨卫星与低轨卫星之间的数据交换。

作为优选，在高轨卫星上搭载Ka频段或X频段抛物面天线及通信载荷，实现高轨卫星与地面接收站之间的数据交换。

作为优选，在低轨道卫星上安装与高轨卫星数据交换的应答机，工作频段与高轨卫星匹配，应答机实现两种功能，一是高轨卫星数据的接收，并将数据传输到低轨卫星数据管理单元；二是将低轨卫星业务数据或测控数据格式化后，发送给高轨卫星。

本发明的有益效果是：(1)保证低轨卫星全轨道与地面接收站始终保持通信，实现低轨道卫星无缝覆盖，实效性高。(2)高轨卫星数量少，***升级维护容易。(3)不受国家和地域限制，适于快速部署。

附图说明

图1是本发明的一种流程图；

图2是高轨卫星作为中继站的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，如图1所示，包括以下步骤：

低轨卫星判断当前自身所处位置是否位于能够与地面接收站直接通信的区域，如果位于能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星直接与地面接收站通信，如果位于不能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信，作为中转站的高轨卫星转发低轨卫星与地面接收站之间的通信数据。

确定低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域的方法包括以下步骤：

M1：初始时，根据低轨卫星的运行轨道及地面接收站的位置，确定低轨卫星的运行轨道中能够与地面接收站直接通信的区域，将该区域标注为初始直接通信区域；

M2：接着，低轨卫星绕地球运行一周，在刚进入初始直接通信区域时，低轨卫星向地面接收站持续发送验证信息，记录发送每条验证信息时低轨卫星所处的位置，并等待接收地面接收站发送的反馈信息，将接收到的第一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的起点位置，将接收到的最后一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的终点位置，该最终直接通信区域就是低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域。

每条验证信息中都带有唯一的编号，地面接收站接收到验证信息后都会发出带有该验证信息编号的反馈信息。

低轨卫星根据自身星历计算出自身位置，通过各个高轨卫星星历计算出各个高轨卫星位置。如果低轨卫星在能够与地面接收站直接通信的轨道区域，则低柜卫星直接与地面接收站通信，保证了数据的传输速度，路径损耗小。如果低轨卫星移动到不能与地面接收站直接通信的轨道区域，如图2所示，低轨卫星通过既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的高轨卫星中转，实现与地面接收站的通信。

低轨卫初始运行时，精确的确定低轨卫星的轨道中哪一部分区域能够与地面接收站直接通信。

高轨卫星作为中转站时，低轨卫星将要发送给地面接收站的信息数据发送到高轨卫星，高轨卫星将该信息数据转发到地面接收站；地面接收站将要发送给低轨卫星的信息数据发送到高轨卫星，高轨卫星将该信息数据转发到低轨卫星。

本方法利用高轨卫星覆盖范围广的特点，在低轨卫星不能与地面接收站直接通信的时候，利用高轨卫星中转数据传输，使得低轨卫星全轨道与地面接收站始终保持通信，实现低轨道卫星无缝覆盖。

低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信的方法包括以下步骤：低轨卫星根据各个高轨卫星的星历确定各个高轨卫星的位置，根据自身当前位置、各个高轨卫星当前位置、地面接收站位置查找出既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的高轨卫星，计算查找出的每个高轨卫星与地面接收站、低轨卫星组成的链路长度D，D＝D1+D2，D1为高轨卫星与地面接收站之间的距离，D2为高轨卫星与低轨卫星之间的距离，选择最短链路长度D所对应的高轨卫星作为中转站，低轨卫星与该高轨卫星建立通信。

选择链路长度D最短的链路，使得低轨卫星与地面接收站的数据传输延时尽量小，减少路径损耗。

在高轨卫星上搭载S频段、X频段或Ka频段多波束(6到8个波束，波束数量可扩展)双向数据传输载荷，建立与低轨卫星之间双向传输链路，实现高轨卫星与低轨卫星之间的数据交换。

在高轨卫星上搭载Ka频段或X频段抛物面天线及通信载荷，实现高轨卫星与地面接收站之间的数据交换。

在低轨道卫星上安装与高轨卫星数据交换的应答机，工作频段与高轨卫星匹配，应答机实现两种功能，一是高轨卫星数据的接收，并将数据传输到低轨卫星数据管理单元；二是将低轨卫星业务数据或测控数据格式化后，发送给高轨卫星。

实施例2：本实施例的一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，包括以下步骤：

低轨卫星判断当前自身所处位置是否位于能够与地面接收站直接通信的区域，如果位于能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星直接与地面接收站通信，如果位于不能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信，作为中转站的高轨卫星转发低轨卫星与地面接收站之间的通信数据。

确定低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域的方法包括以下步骤：

M1：初始时，根据低轨卫星的运行轨道及地面接收站的位置，确定低轨卫星的运行轨道中能够与地面接收站直接通信的区域，将该区域标注为初始直接通信区域；

M2：接着，低轨卫星绕地球运行一周，在刚进入初始直接通信区域时，低轨卫星向地面接收站持续发送验证信息，记录发送每条验证信息时低轨卫星所处的位置，并等待接收地面接收站发送的反馈信息，将接收到的第一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的起点位置，将接收到的最后一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的终点位置，该最终直接通信区域就是低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域。

每条验证信息中都带有唯一的编号，地面接收站接收到验证信息后都会发出带有该验证信息编号的反馈信息。

低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信的方法包括以下步骤：

S1：低轨卫星根据各个高轨卫星的星历确定各个高轨卫星的位置，根据自身当前位置、各个高轨卫星当前位置、地面接收站位置查找出既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的高轨卫星，并向这些高轨卫星发送查询请求，接收到查询接请求的高轨卫星发送反馈信息给低轨卫星，反馈信息中带有对应高轨卫星当前已经链接通信的低轨卫星数量，低轨卫星选择已经链接通信低轨卫星数量最少的高轨卫星作为中转站，并与其建立通信；

S2：当低轨卫星检测到与自身建立通信的高轨卫星不能与自身通信或该高轨卫星不能与地面接收站通信时，执行步骤S1。

使得每个高轨卫星链接的低轨卫星数量均衡，避免个别高轨卫星接入低轨卫星数量过多、负荷过重，同时保证与链接的低轨卫星的数据传输速度。

在高轨卫星上搭载S频段、X频段或Ka频段多波束(6到8个波束，波束数量可扩展)双向数据传输载荷，建立与低轨卫星之间双向传输链路，实现高轨卫星与低轨卫星之间的数据交换。

在高轨卫星上搭载Ka频段或X频段抛物面天线及通信载荷，实现高轨卫星与地面接收站之间的数据交换。

在低轨道卫星上安装与高轨卫星数据交换的应答机，工作频段与高轨卫星匹配，应答机实现两种功能，一是高轨卫星数据的接收，并将数据传输到低轨卫星数据管理单元；二是将低轨卫星业务数据或测控数据格式化后，发送给高轨卫星。

实施例3：本实施例的一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，包括以下步骤：

低轨卫星判断当前自身所处位置是否位于能够与地面接收站直接通信的区域，如果位于能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星直接与地面接收站通信，如果位于不能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信，作为中转站的高轨卫星转发低轨卫星与地面接收站之间的通信数据；

高轨卫星将其所覆盖的区域划分成若干个子区域，从每个子区域中与其建立通信的所有低轨卫星中选择一个或多个低轨卫星作为中继站，每个子区域内的其他与该高轨卫星建立通信的低轨卫星都通过作为中继站的低轨卫星与高轨卫星通信；

当作为中继站的低轨卫星离开对应子区域后，高轨卫星从该子区域中重新选择一个与其建立通信的低轨卫星作为新的中继站。

确定低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域的方法包括以下步骤：

M1：初始时，根据低轨卫星的运行轨道及地面接收站的位置，确定低轨卫星的运行轨道中能够与地面接收站直接通信的区域，将该区域标注为初始直接通信区域；

M2：接着，低轨卫星绕地球运行一周，在刚进入初始直接通信区域时，低轨卫星向地面接收站持续发送验证信息，记录发送每条验证信息时低轨卫星所处的位置，并等待接收地面接收站发送的反馈信息，将接收到的第一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的起点位置，将接收到的最后一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的终点位置，该最终直接通信区域就是低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域。

每条验证信息中都带有唯一的编号，地面接收站接收到验证信息后都会发出带有该验证信息编号的反馈信息。

将每个子区域内的低轨卫星的通信数据通过该区域内的中继站转发，作为中继站的低轨卫星分担了高轨卫星的负荷，便于高轨卫星接入更多的低轨卫星。

每个子区域内的低轨卫星将信息发送到作为中继站的低轨卫星，作为中继站的低轨卫星再将信息转发到高轨卫星，高轨卫星下发的信息先发送到作为中继站的低轨卫星，作为中继站的低轨卫星再将其转发到对应的低轨卫星。

低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站的方法包括以下步骤：低轨卫星根据各个高轨卫星的星历确定各个高轨卫星的位置，根据自身当前位置、各个高轨卫星当前位置、地面接收站位置查找出既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的所有高轨卫星，低轨卫星从中选择一个高轨卫星作为中转站。

高轨卫星实时监测每个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量，实时调整作为中继站的低轨卫星数量，使得每个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量；

计算每个子区域内作为中继站的低轨卫星的最佳数量的方法如下：当A是N的整数倍时，D＝A/N；当A不是N的整数倍时，D等于A除以N的商取整后加1；其中，D为子区域内作为中继站的低轨卫星数量，A为子区域内与对应高轨卫星建立通信的低轨卫星总数量，N为设定的一个中继站能够接入的低轨卫星数量。

如果某个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量大于计算出的最佳数量，则高轨卫星将部分作为中继站的低轨卫星调整为普通低轨卫星，取消其中继权限，使得该子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量；如果某个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量小于计算出的最佳数量，则高轨卫星将部分普通的低轨卫星调整为作为中继站的低轨卫星，使得该子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量。

在高轨卫星上搭载S频段、X频段或Ka频段多波束(6到8个波束，波束数量可扩展)双向数据传输载荷，建立与低轨卫星之间双向传输链路，实现高轨卫星与低轨卫星之间的数据交换。

在高轨卫星上搭载Ka频段或X频段抛物面天线及通信载荷，实现高轨卫星与地面接收站之间的数据交换。

在低轨道卫星上安装与高轨卫星数据交换的应答机，工作频段与高轨卫星匹配，应答机实现两种功能，一是高轨卫星数据的接收，并将数据传输到低轨卫星数据管理单元；二是将低轨卫星业务数据或测控数据格式化后，发送给高轨卫星。

实施例4：本实施例的一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，包括以下步骤：

低轨卫星判断当前自身所处位置是否位于能够与地面接收站直接通信的区域，如果位于能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星直接与地面接收站通信，如果位于不能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信，作为中转站的高轨卫星转发低轨卫星与地面接收站之间的通信数据；

低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信的方法包括以下步骤：

S1：低轨卫星根据各个高轨卫星的星历确定各个高轨卫星的位置，根据自身当前位置、各个高轨卫星当前位置、地面接收站位置查找出既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的高轨卫星，并向这些高轨卫星发送查询请求，接收到查询接请求的高轨卫星发送反馈信息给低轨卫星，反馈信息中带有对应高轨卫星当前已经链接通信的低轨卫星数量，低轨卫星选择已经链接通信低轨卫星数量最少的高轨卫星作为中转站，并与其建立通信；

S2：当低轨卫星检测到与自身建立通信的高轨卫星不能与自身通信或该高轨卫星不能与地面接收站通信时，执行步骤S1。

高轨卫星将其所覆盖的区域划分成若干个子区域，从每个子区域中与其建立通信的所有低轨卫星中选择一个或多个低轨卫星作为中继站，每个子区域内的其他与该高轨卫星建立通信的低轨卫星都通过作为中继站的低轨卫星与高轨卫星通信；

当作为中继站的低轨卫星离开对应子区域后，高轨卫星从该子区域中重新选择一个与其建立通信的低轨卫星作为新的中继站。

高轨卫星实时监测每个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量，实时调整作为中继站的低轨卫星数量，使得每个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量；

计算每个子区域内作为中继站的低轨卫星的最佳数量的方法如下：当A是N的整数倍时，D＝A/N；当A不是N的整数倍时，D等于A除以N的商取整后加1；其中，D为子区域内作为中继站的低轨卫星数量，A为子区域内与对应高轨卫星建立通信的低轨卫星总数量，N为设定的一个中继站能够接入的低轨卫星数量。

如果某个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量大于计算出的最佳数量，则高轨卫星将部分作为中继站的低轨卫星调整为普通低轨卫星，取消其中继权限，使得该子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量；如果某个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量小于计算出的最佳数量，则高轨卫星将部分普通的低轨卫星调整为作为中继站的低轨卫星，使得该子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量。

确定低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域的方法包括以下步骤：

M1：初始时，根据低轨卫星的运行轨道及地面接收站的位置，确定低轨卫星的运行轨道中能够与地面接收站直接通信的区域，将该区域标注为初始直接通信区域；

M2：接着，低轨卫星绕地球运行一周，在刚进入初始直接通信区域时，低轨卫星向地面接收站持续发送验证信息，记录发送每条验证信息时低轨卫星所处的位置，并等待接收地面接收站发送的反馈信息，将接收到的第一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的起点位置，将接收到的最后一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的终点位置，该最终直接通信区域就是低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域。

每条验证信息中都带有唯一的编号，地面接收站接收到验证信息后都会发出带有该验证信息编号的反馈信息。

在高轨卫星上搭载S频段、X频段或Ka频段多波束(6到8个波束，波束数量可扩展)双向数据传输载荷，建立与低轨卫星之间双向传输链路，实现高轨卫星与低轨卫星之间的数据交换。

在高轨卫星上搭载Ka频段或X频段抛物面天线及通信载荷，实现高轨卫星与地面接收站之间的数据交换。

在低轨道卫星上安装与高轨卫星数据交换的应答机，工作频段与高轨卫星匹配，应答机实现两种功能，一是高轨卫星数据的接收，并将数据传输到低轨卫星数据管理单元；二是将低轨卫星业务数据或测控数据格式化后，发送给高轨卫星。

实施例5：本实施例的一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，包括以下步骤：

低轨卫星判断当前自身所处位置是否位于能够与地面接收站直接通信的区域，如果位于能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星直接与地面接收站通信，如果位于不能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信，作为中转站的高轨卫星转发低轨卫星与地面接收站之间的通信数据。

确定低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域的方法包括以下步骤：

M1：初始时，根据低轨卫星的运行轨道及地面接收站的位置，确定低轨卫星的运行轨道中能够与地面接收站直接通信的区域，将该区域标注为初始直接通信区域；

M2：接着，低轨卫星绕地球运行一周，在刚进入初始直接通信区域时，低轨卫星向地面接收站持续发送验证信息，记录发送每条验证信息时低轨卫星所处的位置，并等待接收地面接收站发送的反馈信息，将接收到的第一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的起点位置，将接收到的最后一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的终点位置，该最终直接通信区域就是低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域。

每条验证信息中都带有唯一的编号，地面接收站接收到验证信息后都会发出带有该验证信息编号的反馈信息。

低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信的方法包括以下步骤：

低轨卫星根据各个高轨卫星的星历确定各个高轨卫星的位置，根据自身当前位置、各个高轨卫星当前位置、地面接收站位置查找出既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的高轨卫星；

计算查找出的每个高轨卫星与地面接收站、低轨卫星组成的链路长度D，D＝D1+D2，D1为高轨卫星与地面接收站之间的距离，D2为高轨卫星与低轨卫星之间的距离；

向查找出的每个高轨卫星发送查询请求，接收到查询接请求的高轨卫星发送反馈信息给低轨卫星，反馈信息中带有对应高轨卫星当前已经链接通信的低轨卫星数量K；

计算出每个高轨卫星对应的评价参数

a、b为预先设定的权重值，D_max为所有高轨卫星对应的链路长度中的最大值，K_max为所有高轨卫星对应的已经链接通信低轨卫星数量中的最大值；

选择最小的评价参数P对应的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信。

链路长度短，则数据传输延时尽量小，路径损耗小，高轨卫星链接通信的低轨卫星数量少，则高轨卫星处理速度越慢，本方法结合两者因素，使得低轨卫星能够选择到最合适的高轨卫星建立连接，减少低轨卫星与地面接收站的数据传输延时。

在高轨卫星上搭载S频段、X频段或Ka频段多波束(6到8个波束，波束数量可扩展)双向数据传输载荷，建立与低轨卫星之间双向传输链路，实现高轨卫星与低轨卫星之间的数据交换。

在高轨卫星上搭载Ka频段或X频段抛物面天线及通信载荷，实现高轨卫星与地面接收站之间的数据交换。

在低轨道卫星上安装与高轨卫星数据交换的应答机，工作频段与高轨卫星匹配，应答机实现两种功能，一是高轨卫星数据的接收，并将数据传输到低轨卫星数据管理单元；二是将低轨卫星业务数据或测控数据格式化后，发送给高轨卫星。

Claims (5)

1.一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，其特征在于，包括以下步骤：

低轨卫星判断当前自身所处位置是否位于能够与地面接收站直接通信的区域，如果位于能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星直接与地面接收站通信，如果位于不能够与地面接收站直接通信的区域，则低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信，作为中转站的高轨卫星转发低轨卫星与地面接收站之间的通信数据；

高轨卫星将其所覆盖的区域划分成若干个子区域，从每个子区域中与其建立通信的所有低轨卫星中选择一个或多个低轨卫星作为中继站，每个子区域内的其他与该高轨卫星建立通信的低轨卫星都通过作为中继站的低轨卫星与高轨卫星通信；

当作为中继站的低轨卫星离开对应子区域后，高轨卫星从该子区域中重新选择一个与其建立通信的低轨卫星作为新的中继站；

高轨卫星实时监测每个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量，实时调整作为中继站的低轨卫星数量，使得每个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量；

计算每个子区域内作为中继站的低轨卫星的最佳数量的方法如下：当A是N的整数倍时，D＝A/N；当A不是N的整数倍时，D等于A除以N的商取整后加1；其中，D为子区域内作为中继站的低轨卫星数量，A为子区域内与对应高轨卫星建立通信的低轨卫星总数量，N为设定的一个中继站能够接入的低轨卫星数量；

如果某个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量大于计算出的最佳数量，则高轨卫星将部分作为中继站的低轨卫星调整为普通低轨卫星，取消其中继权限，使得该子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量；如果某个子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量小于计算出的最佳数量，则高轨卫星将部分普通的低轨卫星调整为作为中继站的低轨卫星，使得该子区域内实际作为中继站的低轨卫星数量等于计算出的最佳数量；

确定低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域的方法包括以下步骤：

M1：初始时，根据低轨卫星的运行轨道及地面接收站的位置，确定低轨卫星的运行轨道中能够与地面接收站直接通信的区域，将该区域标注为初始直接通信区域；

M2：低轨卫星绕地球运行一周，在进入初始直接通信区域后与地面接收站持续通信，确定能够与地面接收站成功通信的区域，并将该区域作为最终直接通信区域，该最终直接通信区域就是低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域。

2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，所述步骤M2的具体步骤如下：低轨卫星绕地球运行一周，在刚进入初始直接通信区域时，低轨卫星向地面接收站持续发送验证信息，记录发送每条验证信息时低轨卫星所处的位置，并等待接收地面接收站发送的反馈信息，将接收到的第一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的起点位置，将接收到的最后一条反馈信息对应的验证信息的发送位置作为最终直接通信区域的终点位置，该最终直接通信区域就是低轨卫星能够与地面接收站直接通信的区域。

3.根据权利要求1所述的一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，其特征在于，每条验证信息中都带有唯一的编号，地面接收站接收到验证信息后都会发出带有该验证信息编号的反馈信息。

4.根据权利要求1所述的一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，其特征在于，所述低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信的方法包括以下步骤：低轨卫星根据各个高轨卫星的星历确定各个高轨卫星的位置，根据自身当前位置、各个高轨卫星当前位置、地面接收站位置查找出既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的高轨卫星，计算查找出的每个高轨卫星与地面接收站、低轨卫星组成的链路长度D，D＝D1+D2，D1为高轨卫星与地面接收站之间的距离，D2为高轨卫星与低轨卫星之间的距离，选择最短链路长度D所对应的高轨卫星作为中转站，低轨卫星与该高轨卫星建立通信。

5.根据权利要求1或2所述的一种低轨卫星与地面接收站通信的方法，其特征在于，所述低轨卫星选择一个既能和自身直接通信又能和地面接收站直接通信的高轨卫星作为中转站，并与该高轨卫星建立通信的方法包括以下步骤：

S1：低轨卫星根据各个高轨卫星的星历确定各个高轨卫星的位置，根据自身当前位置、各个高轨卫星当前位置、地面接收站位置查找出既能与自身直接通信又能与地面接收站直接通信的高轨卫星，并向这些高轨卫星发送查询请求，接收到查询接请求的高轨卫星发送反馈信息给低轨卫星，反馈信息中带有对应高轨卫星当前已经链接通信的低轨卫星数量，低轨卫星选择已经链接通信低轨卫星数量最少的高轨卫星作为中转站，并与其建立通信；

S2：当低轨卫星检测到与自身建立通信的高轨卫星不能与自身通信或该高轨卫星不能与地面接收站通信时，执行步骤S1。

Images