高低轨星群链路协同维护系统与方法技术方案

本发明专利技术提供了一种高低轨星群协同维护系统与方法，能够提高高低轨星群通信链路的鲁棒性，提高其抗节点丢失能力，增强高低轨卫星链路自主维护能力。本发明专利技术解决现有遥感卫星集群在天基探测时存在的高低轨卫星交互鲁棒性较低和对地面存在强依赖关系的问题。本发明专利技术方法包括高低轨数据交互约定以及链路维护方法。高低轨数据交互约定中，为了在不可靠的链路上维持一定的冗余度，保证高低轨在大多数时间内具备抗节点丢失的自恢复能力，链路维护方法包括链路初始化流程、通信星常规更新方法、备份星更新方法以及通信星异常更新方法链路维护，通过这些具体的方法实现良好的链路维护。过这些具体的方法实现良好的链路维护。过这些具体的方法实现良好的链路维护。

【技术实现步骤摘要】
高低轨星群链路协同维护系统与方法


[0001]本专利技术涉及遥感卫星维护
，具体涉及一种高低轨星群链路协同维护系统与方法。

技术介绍

[0002]随着空间多任务探索、对地对空多目标观测等应用的推动，卫星等航天器之间的组网成为趋势。由卫星组织而成的分布式星群工作方式灵活，通过协同、信息共享等手段，能够完成如立体观测等单星不能完成的动目标信息采集和观测等任务。为了合理利用星上的资源，增强星群自主管理的能力，减少对地面依赖，高低地星群通信链路技术得到了全球工业界和学术界的广泛关注。当前，高低轨星间链路多是采用地面系统指派的方法使得高轨卫星和低轨卫星之间进行通信，卫星对于链路维护的参与度较低，无法完全发挥卫星在星间通信的作用。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种高低轨星群协同维护系统与方法，能够提高高低轨星群通信链路的鲁棒性，提高其抗节点丢失能力，增强高低轨卫星链路自主维护能力。
[0004]为实现上述目的，本专利技术技术方案如下：
[0005]本专利技术的一种高低轨星群协同维护系统，包括高轨网络、低轨网络和地面中心；其中高轨网络包含多颗高轨卫星，每颗高轨卫星需要接收一颗低轨通信星的心跳信息；低轨网络包含多颗低轨卫星，其中具备至少一个天线指向高轨卫星，被称为低轨网络接口卫星；在低轨网络接口卫星中，包含低轨通信星和低轨备份星，低轨通信星是当前时刻正在与某颗高轨卫星进行通信的卫星，负责向高轨卫星反馈心跳信息、监督低轨备份星的状态信息，低轨备份星是维持高低轨通信链路冗余度的卫星，负责向高轨卫星发送自身的心跳信息；地面中心是卫星初始状态的指定者，为任意高低轨卫星分配通信链路，负责在星座初始建链和星座链路断开时，为高低轨卫星指定通信链路初始状态。
[0006]其中，普通低轨星接收地面指定后，成为通信星或备份星；通信星和备份星如果离开高轨星通信范围，变为普通低轨星；高轨卫星切换天线指向后，通信星变为普通低轨星，被指向的备份星成为新通信星；普通低轨星接收了通信星的委派后，成为备份星。
[0007]其中，高低轨卫星通信链路工作状态包括链路正常状态、链路切换状态以及链路异常状态；具体地，链路正常状态是指高低轨卫星之间通信链路畅通，高低轨卫星可通过链路进行信息交互的稳态；链路切换状态是指高低轨卫星之间通信链路中的节点角色发生变化时，或某些原因导致链路重建时，系统所处的暂态；链路异常状态是指高低轨卫星之间通信链路断开，高低轨卫星之间无法通信的暂态；
[0008]卫星入网，通信链路初始化后，通信链路处于正常工作状态；在链路切换状态下，经过一系列步骤，链路更新完成后，进入链路正常状态；在链路正常状态下，若通信星、备份星即将离开卫星建链范围，进入链路切换状态；在链路异常状态下，高轨卫星监测到异常
后，则发起链路异常切换，进入链路切换状态；若链路异常断开，数据交互异常，则进入链路异常状态。
[0009]其中，所述系统采用心跳数据包的方式，将需要发送心跳的卫星以心跳频率v，将本星的ID和星时广播出去。
[0010]本专利技术的一种高低轨星群链路协同维护方法，采用本专利技术所述的系统实现协同维护，包括如下步骤：
[0011]步骤1，链路初始化：高轨或低轨卫星初始入网后，由地面中心发送指令给高轨、低轨星分配链路，高轨、低轨卫星执行命令，获取链路角色，开始正常运行；
[0012]步骤2，高低轨链路协同状态维护：低轨通信星、低轨备份星持续获取高轨星的轨道信息，依靠外推获取高轨星的位置速度，持续调整自身天线指向，将天线指向高轨星，并以固定频率向高轨卫星发送心跳数据包；高轨星根据低轨通信星或地面中心上注的指向表，调整自身天线指向，将天线指向低轨通信星；低轨备份星以固定频率，向通信星发送心跳数据包；高轨星检查是否收到低轨通信星的心跳数据包，低轨通信星需要检查是否收到低轨备份星的心跳数据包；
[0013]步骤3，通信星常规更新：在步骤2中，高轨星判断出低轨通信星可通信时间小于一定时间，执行通信星常规更新，切换到可通信时间最长备份星的指向表，与该备份星建链；新通信星在低轨星群内广播通信星变更信息，并选举新通信星；当高轨卫星正常接收到新低轨通信星的心跳数据包、低轨备份星将心跳发送到新通信星，且链路冗余度满足预定值，链路恢复到正常工作状态；
[0014]步骤4，备份星更新：在步骤2中，通信星对备份星心跳进行检查，若判断出备份星心跳数据包中有标志位，或超过一段时间收不到某备份星心跳数据包，则执行备份星更新；通信星在星群中再选出一个可与高轨卫星通信时间最长的卫星作为备份星，满足链路冗余度要求；
[0015]步骤5，通信星异常更新：当步骤2中，高轨星对通信星心跳进行检查，若超过一段时间收不到通信星的心跳数据包，则执行通信星异常更新，高轨卫星遍历备份星，尝试接收心跳数据包，若接收到，则执行该备份星指向表；否则，高轨卫星需要向地面中心发送信息，地面中心会为高低轨卫星重新进行链路初始化。
[0016]有益效果：
[0017]1、本专利技术高低轨星群协同维护系统，解决现有遥感卫星集群在天基探测时存在的高低轨卫星交互鲁棒性较低和对地面存在强依赖关系的问题。根据以上内容，实施本专利技术可提高高低轨星群通信链路的鲁棒性，提高其抗节点丢失能力，增强高低轨卫星链路自主维护能力。
[0018]2、本专利技术方法包括高低轨数据交互约定以及链路维护方法。高低轨数据交互约定中，为了在不可靠的链路上维持一定的冗余度，保证高低轨在大多数时间内具备抗节点丢失的自恢复能力，链路维护方法包括链路初始化流程、通信星常规更新方法、备份星更新方法以及通信星异常更新方法链路维护，通过这些具体的方法实现良好的链路维护。
[0019]3、本专利技术采用了心跳数据包的方式，将需要发送心跳的卫星以心跳频率v，将本星的ID和星时广播出去，在不可靠的链路上维持一定的冗余度，保证高低轨在大多数时间内具备抗节点丢失的自恢复能力。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的高低地一体星间链路网络结构图。
[0021]图2为本专利技术的低轨星链路状态切换示意图。
[0022]图3为本专利技术的高低轨卫星星间链路状态切换示意图。
[0023]图4为本专利技术的高低轨卫星星间链路协同构建维护流程图。
[0024]图5为本专利技术的高低轨通信链路初始化流程图。
[0025]图6为本专利技术的低轨通信星常规更新方法流程图。
[0026]图7为本专利技术的备份星更新方法流程图。
[0027]图8为本专利技术的通信星异常更新方法流程图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0029]本专利技术提供了一种高低轨星群协同维护系统，以解决现有遥感卫星集群在天基探测时存在的高低轨卫星交互鲁棒性较低和对地面存在强依赖关系的问题。
[0030]本专利技术的高低地一体星间链路网络结构如图1所示，包括三大类通信子网络，分别是高轨网络、低轨网络和地面中心。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高低轨星群协同维护系统，其特征在于，包括高轨网络、低轨网络和地面中心；其中高轨网络包含多颗高轨卫星，每颗高轨卫星需要接收一颗低轨通信星的心跳信息；低轨网络包含多颗低轨卫星，其中具备至少一个天线指向高轨卫星，被称为低轨网络接口卫星；在低轨网络接口卫星中，包含低轨通信星和低轨备份星，低轨通信星是当前时刻正在与某颗高轨卫星进行通信的卫星，负责向高轨卫星反馈心跳信息、监督低轨备份星的状态信息，低轨备份星是维持高低轨通信链路冗余度的卫星，负责向高轨卫星发送自身的心跳信息；地面中心是卫星初始状态的指定者，为任意高低轨卫星分配通信链路，负责在星座初始建链和星座链路断开时，为高低轨卫星指定通信链路初始状态。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，普通低轨星接收地面指定后，成为通信星或备份星；通信星和备份星如果离开高轨星通信范围，变为普通低轨星；高轨卫星切换天线指向后，通信星变为普通低轨星，被指向的备份星成为新通信星；普通低轨星接收了通信星的委派后，成为备份星。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，高低轨卫星通信链路工作状态包括链路正常状态、链路切换状态以及链路异常状态；具体地，链路正常状态是指高低轨卫星之间通信链路畅通，高低轨卫星可通过链路进行信息交互的稳态；链路切换状态是指高低轨卫星之间通信链路中的节点角色发生变化时，或某些原因导致链路重建时，系统所处的暂态；链路异常状态是指高低轨卫星之间通信链路断开，高低轨卫星之间无法通信的暂态；卫星入网，通信链路初始化后，通信链路处于正常工作状态；在链路切换状态下，经过一系列步骤，链路更新完成后，进入链路正常状态；在链路正常状态下，若通信星、备份星即将离开卫星建链范围，进入链路切换状态；在链路异常状态下，高轨卫星监测到异常后，则发起链路异常切换，进入链路切换状态；若链路异常断开，数据交互异常，则进入链路异常状态。4.如权利要求1
‑
3任意一项所述的系统，其特征在于，所述系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李劲东，文铮，罗荣蒸，刘宇鑫，王喻林，王宇飞，幺飞，吕笑慰，倪润立，蔡伟，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：