CN116470954A - 用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了本发明提供一种用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法，包括：响应于带宽配置请求；根据遥感星座预设的任务确定目标荷载工作模式；根据所述目标荷载工作模式对单个目标数据量和数据产生的周期进行获取并确认；对当前所述目标进行跟踪并对当前所述目标产生的数据量进行分析，并配置对应的链路流程，统计输出多星并发工作的数据量及数据率；根据卫星通信链路中配置的信道编码效率和帧效率确定多星瞬时数据率以及平均流量，计算得到卫星通信带宽，从而计算载荷实际产生的数据量及时间，确定载荷在一个应用周期中的总数据率并分析流量参数，进而实现对卫星通信带宽的优化分配。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法及***。
背景技术
随着卫星探测载荷能力的增强，其获得的数据图像能够实现更高空间分辨率、更精细谱段和更宽的画幅，以上这些都有助于实现更精细化的应用。然而，质量越高的图像意味着所需的卫星通信带宽越大。而受限于地面数传站的现有频率体制和新站点的建设周期，现阶段还不能完全满足载荷全状态工作所需数据量，为了在有限的地面站点资源下，最大化回传和分发遥感卫星的图像数据，有必要提出了一种用于遥感卫星星座的通信带宽分配方法，实现最高的数据传输效费比。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于遥感卫星星座的通信带宽分配方法及***，在占用资源最少的状态下实现载荷数据回传，提供一条安全可靠经济的数据传输通道。
本发明提供了一种用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法，包括：
响应于带宽配置请求；
根据遥感星座预设的任务确定目标荷载工作模式；
根据所述目标荷载工作模式对单个目标数据量和数据产生的周期进行获取并确认；
对当前所述目标进行跟踪并对当前所述目标产生的数据量进行分析，并配置对应的链路流程，统计输出多星并发工作的数据量及数据率；
根据卫星通信链路中配置的信道编码效率和帧效率确定多星瞬时数据率以及平均流量，计算得到卫星通信带宽，从而计算载荷实际产生的数据量及时间，确定载荷在一个应用周期中的总数据率并分析流量参数，进而实现对卫星通信带宽的优化分配。
作为优化地，所述目标荷载工作模式包括搜索发现模式、载荷自主规划模式、轨迹跟踪模式及识别确认模式，即通过光学载荷对指定区域进行成像以形成对目标搜索发现，对荷载进行自主规划，对搜索到的目标进行识别确认，在搜索过程中，将产生的目标数据、回波数据下传给地面站点，完成对感兴趣目标的搜索发现和识别确认形成一系列目标模式。
作为优化地，所述链路流程包括星座之间的第一传输链路及星地之间的第二传输链路，所述第一传输链路和所述第二传输链路的路径由星座构型及地面数据站分布决定。
作为优化地，所述卫星通信带宽包括星间传输带宽和星地传输带宽，各传输带宽需结合链路流程和数据率进行确定。
作为优化地，所述多星瞬时数据率为多星并发并汇集到单星进行传输的数据率，其平均值大于任意所述目标荷载工作模式中的最大数据率。
作为优化地，所述对当前所述目标进行跟踪并对当前所述目标产生的数据量进行分析，并配置对应的链路流程，统计输出多星并发工作的数据量及数据率包括：
计算单星工作的数据量：
对搜索发现模式产生的数据量进行分析：
根据成像模式50m×500m/200km×200km,目标数据产生的数据率2Gbps，时间3s/次，共2次，搜索数据量12Gb；
对识别确认模式产生的数据量进行分析：
成像模式50m/40km×40km，目标数据产生的数据率0.5Gbps，时间4s/次，共1次，成像数据量2Gb；
对目标数据量进行分析：
单星单次访问产生的目标数据量为1Mb，数据产生周期为20s，单星目标数据率平均为50kbps。
作为优化地，所述遥感星座预设的任务中，所述搜索发现模式下产生的回波数据的数据率＝成像模式下产生目标数据的数据率*搜索发现任务数据产生周期时间*间隔时间。
作为优化地，所述遥感星座预设的任务中，所述识别确认模式下产生的回波数据的数据率＝成像模式下产生目标数据的数据率*识别确认任务数据产生周期时间*间隔时间。
作为优化地，所述信道编码效率和帧效率按自身效率的80％计算。
本发明提供了一种用于遥感卫星星座的通信宽带分配***，包括：
响应模块，用于响应于带宽配置请求；
模式确认模块，用于根据遥感星座预设的任务确定目标荷载工作模式；
数据获取模块，用于根据所述目标荷载工作模式对单个目标数据量和数据产生的周期进行获取并确认，对当前所述目标进行跟踪并对当前所述目标产生的数据量进行分析，并配置对应的链路流程，统计输出多星并发工作的数据量及数据率；
结果输出模块，用于根据卫星通信链路中配置的信道编码效率和帧效率确定多星瞬时数据率以及平均流量，计算得到卫星通信带宽，从而计算载荷实际产生的数据量及时间，确定载荷在一个应用周期中的总数据率并分析流量参数，进而实现对卫星通信带宽的优化分配。
针对现有技术，本发明具有如下的有益效果：
本发明具体从节流方面入手，根据整个卫星星座中单星的业务工作模式及多星并发的数据量，对卫星星座整体的通信带宽进行优化分配。根据遥感星座的任务规划情况，确定载荷的具体应用流程，计算载荷实际产生的数据量及时间，确定载荷在一个应用周期中的总数据率，分析峰值流量和平均流量，进而据此对卫星通信带宽进行优化分配，节约宝贵的频率资源。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的用于遥感卫星星座的通信带宽的分配方法流程示例图；
图2为本发明实施例中提供的载荷稳态探测跟踪目标应用流程与总数据率分析图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
本发明所涉及的遥感卫星星座主要任务是通过光学载荷对指定区域进行成像，实现对车辆、舰船、飞机等目标的搜索发现，载荷经过进一步的自主规划，对搜索到的目标进行识别确认，在此过程中需要及时将产生的目标数据、回波数据下传给地面站点，完成对感兴趣目标的搜索发现和识别确认。因此需要根据以上应用场景包络完成遥感卫星星座的通信带宽设置，在占用资源最少的状态下实现载荷数据回传，提供一条安全可靠经济的数据传输通道。
如图1、2所示，一种实施例中，本发明提供了一种用于遥感卫星星座的通信带宽分配方法，包括：
S1：响应于带宽配置请求；
S2：根据遥感星座预设的任务确定目标荷载工作模式；本实施例中遥感星座预设的任务采用的是载荷应用流程，所述载荷应用流程包括搜索发现、载荷自主规划、轨迹跟踪、识别确认等。所述载荷搜索发现、载荷自主规划、轨迹跟踪、识别确认等载荷应用流程的各自持续时间由载荷视场面积、空间分辨率、星载计算机性能等决定。所述星载计算机性能决定了载荷自主规划所需的时间，影响总的载荷应用流程时间及数据率。
S3：根据所述目标荷载工作模式对单个目标数据量和数据产生的周期进行获取并确认；
S4：对当前所述目标进行跟踪并对当前所述目标产生的数据量进行分析，并配置对应的链路流程，统计输出多星并发工作的数据量及数据率；所述链路流程包括星座之间的传输链路及星地之间的传输链路，具体路径由星座构型及地面数据站分布决定。
S5：根据卫星通信链路中配置的信道编码效率和帧效率确定多星瞬时数据率以及平均流量，计算得到卫星通信带宽，从而计算载荷实际产生的数据量及时间，确定载荷在一个应用周期中的总数据率并分析流量参数，进而实现对卫星通信带宽的优化分配。结合数据格式开销和编码效率，确定多星瞬时数据率；所述数据格式开销和编码效率由实际链路的使用情况决定，一般可按80％计算。
通过如下公式通信带宽＝数据线宽度*传输线时钟频率*每个时钟脉冲传输数据次数/8计算卫星通信带宽。所述卫星通信带宽包括星间传输带宽和星地传输带宽，具体带宽需结合链路流程和数据率进行确定。所述链路流程包括星座之间的传输链路及星地之间的传输链路，具体路径由星座构型及地面数据站分布决定。
一种实施例中，所述多星瞬时数据率为多星并发并汇集到单星进行传输的数据率，其平均值大于任意所述目标荷载工作模式中的最大数据率。
本发明实施例中以载荷稳态探测跟踪目标的应用流程为例，根据对单个目标跟踪数据量分析，给出链路流程：假设星座中共5颗卫星，星间距离20000km，单星工作时先搜索发现，实现目标的发现和分类，然后使用高分辨率城乡模式对分类后的目标开展识别确认。
下面先计算单星工作的数据量。
搜索发现数据量分析：
根据成像模式50m×500m/200km×200km,数据率2Gbps，时间3s/次，共2次，搜索数据量12Gb；
识别确认数据量分析：
成像模式50m/40km×40km，0.5Gbps，时间4s/次，共1次，成像数据量2Gb。
目标数据量分析：
单星单次访问产生的目标数据量约为1Mb，数据产生周期为20s，单星目标数据率平均为50kbps。
再计算多星并发工作的数据量。
单星单次访问产生的原始回波数据量合计约14Gb，忽略目标数据量，后面进行冗余覆盖，数据产生周期为20s，平均数据率0.7Gbps，5星并发回波数据量约70Gb，因此总的回波数据率3.5Gbps。
最后计算实际卫星通信带宽。
对于5星环状网络，境内同时最多只可见一颗星，该星承担数传任务，负责传输本星和其他卫星路由至境内的数据。假设星间链路通信带宽为xGpbs，星地数传通道为yGps，y＞x，以保证数据能够全部回传。考虑到本星产生的回波数据量可直接下传，会占用0.7Gbps，因此还剩余y-0.7Gbps用于转发其它卫星的数据路。考虑星间传输距离20000km，传输时延为0.7/x，空间传播时延为0.67s，在加上转发处理时延，预计单跳传输总时延为0.7/x+0.8s。5星拓扑下最多需要两条回传至境内，因此传输时延为2·(0.7/x+0.8)s。星地数据传输时延为0.7·4/(y-0.7)s，传播时延为轨道高度除以光速，可计为1s。工程上通常认为星间传输时延和星地传输时延需小于5s才能实现近实时传输。因此有
2·(0.7/x+0.8)+0.7*4/(y-0.7)+1＜5
根据以上公式即可得到星间链路带宽和数传带宽的工程应用需求。譬如x＝1，y＝3.5；即星间链路带宽1Gbps，数传通道带宽3.5Gbps。
此外，卫星通信链路使用中需要考虑信道编码和帧格式开销。对于高速回波链路，一般采用7/8LDPC或5/6LDPC信道编码，编码效率高达83％，回波数据以长帧为主，帧头和校验位开销几可忽略不计，综合帧效率可按80％估算。因此星间链路带宽可设置为1.25Gbps，数传通道带宽4.4Gbps。
根据本公开实施例提供的技术方案，提供一种基于载荷应用流程的卫星通信带宽的分配方法，基于探测载荷的具体应用模式，精确计算载荷实际产生的数据量及时间，计算载荷在一个应用周期中的总数据率，进而据此对卫星通信带宽进行精确分配，节约宝贵的频率资源。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然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精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法，其特征在于，包括：
响应于带宽配置请求；
根据遥感星座预设的任务确定目标荷载工作模式；
根据所述目标荷载工作模式对单个目标数据量和数据产生的周期进行获取并确认；
对当前所述目标进行跟踪并对当前所述目标产生的数据量进行分析，并配置对应的链路流程，统计输出多星并发工作的数据量及数据率；
根据卫星通信链路中配置的信道编码效率和帧效率确定多星瞬时数据率以及平均流量，计算得到卫星通信带宽，从而计算载荷实际产生的数据量及时间，确定载荷在一个应用周期中的总数据率并分析流量参数，进而实现对卫星通信带宽的优化分配。
2.如权利要求1所述的用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法，其特征在于，所述目标荷载工作模式包括搜索发现模式、载荷自主规划模式、轨迹跟踪模式及识别确认模式，即通过光学载荷对指定区域进行成像以形成对目标搜索发现，对荷载进行自主规划，对搜索到的目标进行识别确认，在搜索过程中，将产生的目标数据、回波数据下传给地面站点，完成对感兴趣目标的搜索发现和识别确认形成一系列目标模式。
3.如权利要求1所述的用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法，其特征在于，所述链路流程包括星座之间的第一传输链路及星地之间的第二传输链路，所述第一传输链路和所述第二传输链路的路径由星座构型及地面数据站分布决定。
4.如权利要求1所述的用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法，其特征在于，所述卫星通信带宽包括星间传输带宽和星地传输带宽，各传输带宽需结合链路流程和数据率进行确定。
5.如权利要求1所述的用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法，其特征在于，所述多星瞬时数据率为多星并发并汇集到单星进行传输的数据率，其平均值大于任意所述目标荷载工作模式中的最大数据率。
6.如权利要求1所述的用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法，其特征在于，所述对当前所述目标进行跟踪并对当前所述目标产生的数据量进行分析，并配置对应的链路流程，统计输出多星并发工作的数据量及数据率包括：
计算单星工作的数据量：
对搜索发现模式产生的数据量进行分析：
根据成像模式50m×500m/200km×200km,目标数据产生的数据率2Gbps，时间3s/次，共2次，搜索数据量12Gb；
对识别确认模式产生的数据量进行分析：
成像模式50m/40km×40km，目标数据产生的数据率0.5Gbps，时间4s/次，共1次，成像数据量2Gb；
对目标数据量进行分析：
单星单次访问产生的目标数据量为1Mb，数据产生周期为20s，单星目标数据率平均为50kbps。
7.如权利要求2所述的用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法，其特征在于，所述遥感星座预设的任务中，所述搜索发现模式下产生的回波数据的数据率＝成像模式下产生目标数据的数据率*搜索发现任务数据产生周期时间*间隔时间。
8.如权利要求2所述的用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法，其特征在于，所述遥感星座预设的任务中，所述识别确认模式下产生的回波数据的数据率＝成像模式下产生目标数据的数据率*识别确认任务数据产生周期时间*间隔时间。
9.如权利要求1所述的用于遥感卫星星座的通信宽带分配方法，其特征在于，所述信道编码效率和帧效率按自身效率的80％计算。
10.一种用于遥感卫星星座的通信宽带分配***，其特征在于，包括：
响应模块，用于响应于带宽配置请求；
模式确认模块，用于根据遥感星座预设的任务确定目标荷载工作模式；
数据获取模块，用于根据所述目标荷载工作模式对单个目标数据量和数据产生的周期进行获取并确认，对当前所述目标进行跟踪并对当前所述目标产生的数据量进行分析，并配置对应的链路流程，统计输出多星并发工作的数据量及数据率；
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|---|---|---|---|---|
| CN117459125A (zh) * | 2023-11-17 | 2024-01-26 | 南京佳格耕耘科技有限公司 | 卫星遥感数据接入*** |
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| CN117459125A (zh) * | 2023-11-17 | 2024-01-26 | 南京佳格耕耘科技有限公司 | 卫星遥感数据接入*** |
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