激光星间链路断链重建方法和重建系统技术方案

本发明专利技术提供了一种激光星间链路断链重建方法和重建系统。该方法包括：两颗卫星分别按照地面规划的建链任务建立激光星间链路，其中，两颗卫星各自装备有至少一台激光终端；两颗卫星上的激光终端分别利用激光信号进行单向精密测距，并将单向测距值发送给对方，两颗卫星分别根据双向测距值进行自适应外推得到估计的自主定轨轨道数据，其中，双向测距值包括本星测量他星的第一测距值，以及他星测量本星的第二测距值；以及当激光星间链路发生中断时，两颗卫星分别从地面上注的第一轨道数据和自主定轨轨道数据中选择满足激光终端捕获要求的数据作为选中轨道数据，并采用选中轨道数据进行信号重捕，完成激光星间链路的重建。完成激光星间链路的重建。完成激光星间链路的重建。

【技术实现步骤摘要】
激光星间链路断链重建方法和重建系统


[0001]本专利技术主要涉及星间链路的
，尤其涉及一种激光星间链路断链重建方法和重建系统。

技术介绍

[0002]卫星星座的运行管理和效能发挥需要卫星之间相互通信，因此需要星间链路将各个卫星连接起来并组成一个网络，这是星座组网运行的必要手段。中国的北斗三号全球系统使用了Ka波段的星间链路，实现了星座中卫星与卫星、卫星与地面站的全天时联通。但微波星间链路存在速率低、易受干扰、安全性差、频率需申请等缺点。
[0003]激光具有空间中传输的高定向性和光信号的高频率特性，激光星间链路可以支持高速率、高带宽、高安全性和无电磁频谱约束的激光通信，可满足如今卫星空间高质量通信的需求。同时激光星间链路还天然的具备高性能的测距功能，其测距精度普遍可达厘米级甚至毫米级，具备卫星进行自主定轨和时间同步的基础条件。目前，激光星间链路通常采用的建链方法是：卫星在建立激光通信链路前，预先注入双方的精密轨道，一方卫星(主动方)根据双方轨道位置计算光波束指向，并主动发射光信号照亮另一方卫星(被动方)；被动方按照双方轨道位置计算并指向光信号来的方向进行探测，当探测到光信号时即完成信号的捕获并进入闭环反馈跟踪；当链路发生中断时，重复上述步骤来完成重新建链。然而，由于激光的光波束极窄，通常在微弧度量级，对轨道精度要求较高，造成光信号捕获困难。尤其是对于中低轨道的卫星，其轨道测定精度有限且发散速度很快，轨道外推误差在较短的时间内就已无法满足激光终端建链的要求。一旦激光星间链路发生中断，可能由于轨道误差较大无法完成重捕，造成长时间服务中断。因此需要地面持续进行“轨道测定
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更新轨道”操作，对于现在普遍由几十甚至上百颗星组成的卫星星座来说，将消耗大量的地面观测站、星地通信站等资源。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供减少地面依赖、缩短中断时间的激光星间链路断链重建方法和重建系统。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种激光星间链路断链重建方法，包括：步骤S11：两颗卫星分别按照地面规划的建链任务建立激光星间链路，其中，所述两颗卫星各自装备有至少一台激光终端；步骤S12：所述两颗卫星上的激光终端分别利用激光信号进行单向精密测距，并将单向测距值发送给对方，所述两颗卫星分别根据双向测距值进行自适应外推得到估计的自主定轨轨道数据，其中，所述双向测距值包括本星测量他星的第一测距值，以及他星测量本星的第二测距值；以及步骤S13：当所述激光星间链路发生中断时，所述两颗卫星分别从地面上注的第一轨道数据和所述自主定轨轨道数据中选择满足激光终端捕获要求的数据作为选中轨道数据，并采用所述选中轨道数据进行信号重捕，完成所述激光星间链路的重建。
[0006]在本申请的一实施例中，在所述步骤S13之前，还包括：每颗卫星默认的建链数据模式为使用地面注入轨道数据模式；以及每颗卫星持续判断是否收到地面控制中心上注的自主选择轨道命令，当收到所述自主选择轨道命令时，所述卫星的建链数据模式改为自主选择轨道数据模式，执行所述步骤S13；当未收到所述自主选择轨道命令时，所述卫星持续判断地面注入的所述第一轨道数据的参考时间是否已过期，若未过期，则所述卫星的建链数据模式保持为所述使用地面注入轨道数据模式，若已过期，则所述卫星的建链数据模式改为所述自主选择轨道数据模式，执行所述步骤S13。
[0007]在本申请的一实施例中，所述两颗卫星分别从地面上注的第一轨道数据和所述自主定轨轨道数据中选择满足激光终端捕获要求的数据作为选中轨道数据的步骤包括：持续对第一轨道数据计算的第一轨道和自主定轨轨道数据计算的自主定轨进行误差比对，当所述误差小于预设阈值时，选择所述第一轨道数据作为选中轨道数据，当所述误差大于预设阈值时，选择所述自主定轨轨道数据作为选中轨道数据。
[0008]在本申请的一实施例中，所述预设阈值是所述激光终端能完成信号捕获对应的轨道最大误差。
[0009]在本申请的一实施例中，在步骤S12中，所述两颗卫星分别根据双向测距值进行自适应外推得到估计的自主定轨轨道数据的步骤包括：步骤S121：根据地面站注入的参数进行卫星位置速度和钟差状态量的一步预测估算，其中，所述参数包括算法参数和轨道参数；步骤S122：根据所述双向测距值进行积累，形成定轨观测量和时间同步观测量；步骤S123：采用卡尔曼滤波器对所述定轨观测量和时间同步观测量分别进行自主定轨和时间同步处理，利用每一历元累积的多组双向测距值得出状态量最优估计，采用不同历元的所述状态量最优估计拟合出所述自主定轨轨道数据，所述自主定轨轨道数据包括所述卫星轨道参数和钟差。
[0010]在本申请的一实施例中，在步骤S123中，利用前一历元的最优估计一步预报本历元的状态量，结合所述定轨观测量和所述时间同步观测量完成增益矩阵计算，进而完成本历元的状态量最优估计。
[0011]在本申请的一实施例中，在步骤S123中，利用每一历元累积的4组以上双向测距值得出状态量最优估计。
[0012]在本申请的一实施例中，在步骤S121中，当地面站重新注入所述参数时，使用所述重新注入的参数进行所述自适应外推。
[0013]本申请为解决上述技术问题还提出一种激光星间链路断链重建系统，包括设置在卫星上的自适应外推算法单元、轨道自主选择逻辑单元和控制单元，其中，所述自适应外推算法单元用于根据双向测距值进行自适应外推得到估计的自主定轨轨道数据，其中，所述双向测距值包括本星测量他星的第一测距值，以及他星测量本星的第二测距值，所述本星和所述他星各自装备有至少一台激光终端，所述本星和所述他星能够分别按照地面规划的建链任务建立激光星间链路；所述轨道自主选择逻辑单元在被启用时，用于从地面上注的第一轨道数据和所述自主定轨轨道数据中选择满足激光终端捕获要求的数据作为选中轨道数据；所述控制单元用于当所述激光星间链路发生中断时，控制所述卫星采用所述选中轨道数据进行信号重捕，完成所述激光星间链路的重建。
[0014]在本申请的一实施例中，所述卫星默认的建链数据模式为使用地面注入轨道数据
模式，所述控制单元还用于持续判断是否收到地面控制中心上注的自主选择轨道命令，当收到所述自主选择轨道命令时，所述卫星的建链数据模式改为自主选择轨道数据模式，启用所述轨道自主选择逻辑单元；当未收到所述自主选择轨道命令时，所述卫星持续判断地面注入的所述第一轨道数据的参考时间是否已过期，若未过期，则所述卫星的建链数据模式保持为所述使用地面注入轨道数据模式，若已过期，则所述卫星的建链数据模式改为所述自主选择轨道数据模式，启用所述轨道自主选择逻辑单元。
[0015]在本申请的一实施例中，所述轨道自主选择逻辑单元从地面上注的第一轨道数据和所述自主定轨轨道数据中选择满足激光终端捕获要求的数据作为选中轨道数据的步骤包括：持续对第一轨道数据计算的第一轨道和自主定轨轨道数据计算的估计轨道进行误差比对，当所述误差小于预设阈值时，选择所述第一轨道数据作为选中轨道数据，当所述误差大于预设阈值时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光星间链路断链重建方法，包括：步骤S11：两颗卫星分别按照地面规划的建链任务建立激光星间链路，其中，所述两颗卫星各自装备有至少一台激光终端；步骤S12：所述两颗卫星上的激光终端分别利用激光信号进行单向精密测距，并将单向测距值发送给对方，所述两颗卫星分别根据双向测距值进行自适应外推得到估计的自主定轨轨道数据，其中，所述双向测距值包括本星测量他星的第一测距值，以及他星测量本星的第二测距值；以及步骤S13：当所述激光星间链路发生中断时，所述两颗卫星分别从地面上注的第一轨道数据和所述自主定轨轨道数据中选择满足激光终端捕获要求的数据作为选中轨道数据，并采用所述选中轨道数据进行信号重捕，完成所述激光星间链路的重建。2.如权利要求1所述的激光星间链路断链重建方法，其特征在于，在所述步骤S13之前，还包括：每颗卫星默认的建链数据模式为使用地面注入轨道数据模式；以及每颗卫星持续判断是否收到地面控制中心上注的自主选择轨道命令，当收到所述自主选择轨道命令时，所述卫星的建链数据模式改为自主选择轨道数据模式，执行所述步骤S13；当未收到所述自主选择轨道命令时，所述卫星持续判断地面注入的所述第一轨道数据的参考时间是否已过期，若未过期，则所述卫星的建链数据模式保持为所述使用地面注入轨道数据模式，若已过期，则所述卫星的建链数据模式改为所述自主选择轨道数据模式，执行所述步骤S13。3.如权利要求1所述的激光星间链路断链重建方法，其特征在于，所述两颗卫星分别从地面上注的第一轨道数据和所述自主定轨轨道数据中选择满足激光终端捕获要求的数据作为选中轨道数据的步骤包括：持续对第一轨道数据计算的第一轨道和自主定轨轨道数据计算的自主定轨进行误差比对，当所述误差小于预设阈值时，选择所述第一轨道数据作为选中轨道数据，当所述误差大于预设阈值时，选择所述自主定轨轨道数据作为选中轨道数据。4.如权利要求3所述的激光星间链路断链重建方法，其特征在于，所述预设阈值是所述激光终端能完成信号捕获对应的轨道最大误差。5.如权利要求1所述的激光星间链路断链重建方法，其特征在于，在步骤S12中，所述两颗卫星分别根据双向测距值进行自适应外推得到估计的自主定轨轨道数据的步骤包括：步骤S121：根据地面站注入的参数进行卫星位置速度和钟差状态量的一步预测估算，其中，所述参数包括算法参数和轨道参数；步骤S122：根据所述双向测距值进行积累，形成定轨观测量和时间同步观测量；步骤S123：采用卡尔曼滤波器对所述定轨观测量和时间同步观测量分别进行自主定轨和时间同步处理，利用每一历元累积的多组双向测距值得出状态量最优估计，采用不同历元的所述状态量最优估计拟合出所述自主定轨轨道数据，所述自主定轨轨道数据包括所述卫星轨道参数和钟差。6.如权利要求5所述的激光星间链路断链重建方法，其特征在于，在步骤S123中，利用前一历元的最优估计一步预报本历元的状态量，结合所述定轨观测量和所述时间同步观测量完成增益矩阵计算，进而完成本历元的状态量最优估计。
7.如权利要求5所述的激光星间链路断链重建方法，其特征在于，在步骤S123中，利用每一历元累积的4组以上双向测距值得出状态量最优估计。8.如权利要求5所述的激光星间链路断链重建方法，其特征在于，在步骤S121中，当地面站重新注入所述参数时，使用所述重新注入的参数进行所述自适应外推。9.一种激光星间链路断链重建系...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宝军，赵帅，邵瑞强，刘迎春，沈苑，董明佶，李锐，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：