一种基于多轨道卫星的激光通信系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多轨道卫星的激光通信系统，包括：第一同步卫星和第一低轨卫星；在飞行器尝试与第一低轨卫星建立激光通信链路时，飞行器发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星以请求建立飞行器与第一同步卫星之间的激光通信链路，在飞行器发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星之前，飞行器根据星历数据选择一个能与飞行器和第一低轨卫星共同建立激光通信链路的同步卫星作为第一同步卫星，并通过非光学通信方式将选定的第一同步卫星连同飞行器请求与第一低轨卫星建立激光通信链路的消息发送给第一低轨卫星。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多轨道卫星的激光通信系统本专利技术是申请号为201811321886.4，申请日为2018年11月7日，申请类型为专利技术，申请名称为一种卫星激光通信系统的分案申请。
本专利技术涉及卫星通信领域，尤其涉及一种卫星激光通信系统。
技术介绍
卫星通信是航天、通信、信息和新材料技术的结合体，是世界高精尖技术之一，在信息时代它体现了国家在高新
的综合实力。卫星通信产业作为信息通信业的重要组成部分，在国家信息基础设施建设、实现普遍服务、创建和谐信息社会和国家安全战略中发挥越来越重要的作用。目前，航空通信主要通过微波卫星实现。在通过该微波无线电进行通信时，由于无线电频率是航空飞行器与卫星间得以正常通信的基础，是信息传输的通道，为了防止卫星间电磁干扰，需要保持通信频率的一定间隔进行频率隔离，因此无线电频谱受到国际电联(ITU)及各国政府的严格管控。此外，无线电通信存在频谱饱和以及通信带宽有限的问题，难以满足海量数据的高速传输需求，更加无法实现飞行器自身海量飞行数据的实时传输。因此，出现了针对飞行器与卫星进行通信的技术。例如，公开号为CN108337041A的中国专利文献公开了一种飞行器通信系统，涉及激光通信
，主要目的在于实现飞行器与卫星之间的激光通信，其包括至少一个飞行器-卫星激光通信终端设备、电控箱、整流罩和具有减振功能的支架；所述飞行器-卫星激光通信终端设备通过激光链路与卫星通信系统进行通信；所述电控箱用于给飞行器-卫星激光通信终端设备供电、提供控制指令及信息流；所述整流罩为至少部分透明的结构，罩于所述飞行器-卫星激光通信终端设备外侧。本专利技术主要用于飞行器的数据传输。但是，其并未考虑到在具有同步卫星和非同步卫星的情况下如何快速地建立更低延迟的激光通信链路的问题。飞行器与卫星激光通信中，如果飞行器直接与同步卫星建立激光通信链路，虽然同步卫星位置固定，在飞行器和同步卫星之间建立激光通信链路时建立速度更快，但是由于两者距离较远，延迟相对更大。而如果飞行器直接尝试与低轨卫星建立激光通信链路，就涉及到低轨卫星处于运动过程导致位置和姿态时刻变化，虽然有星历数据能知道相应时刻卫星的位置和姿态，但是星历数据确定的姿态和位置的精度范围相对于建立激光通信链路而言，还是不够精确，并且飞行器也可能处于运动状态，这进一步加大两者之间直接创建激光通信链路的难度，虽然具有可能性，但是建立的时间耗费长。因此，有必要对现有技术进行改进，以在更短的时间内建立飞行器和低轨卫星之间的通信链路。
技术实现思路
针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种卫星激光通信系统，本专利技术可以在飞行器需要和第一低轨卫星之间建立激光通信链路之时，先让飞行器与一同步卫星建立激光通信链路，并至少部分地基于飞行器的ATP装置确定相比于传统的GPS、北斗等定位模块确定的位置更加精确的飞行器的位置，而且也可以确定飞行器的姿态，然后根据确定的飞行器的姿态和位置尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路，从而大大缩短飞行器和第一低轨卫星之间创建激光通信链路的时间。根据一个优选实施方式，一种卫星激光通信系统，包括：第一同步卫星和第一低轨卫星；在飞行器尝试与第一低轨卫星建立激光通信链路时，飞行器发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星以请求建立飞行器与第一同步卫星之间的激光通信链路；在飞行器与第一同步卫星之间建立激光通信链路之后，至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星的飞行器的第一ATP装置确定飞行器的姿态和位置；确定飞行器的姿态和位置之后，至少根据确定的飞行器的姿态和位置尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路，并通过飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路在飞行器和第一低轨卫星之间直接传输数据。根据一个优选实施方式，在飞行器发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星之前，飞行器根据星历数据选择一个能与飞行器和第一低轨卫星共同建立激光通信链路的同步卫星作为第一同步卫星，并通过非光学通信方式将选定的第一同步卫星连同飞行器请求与第一低轨卫星建立激光通信链路的消息发送给第一低轨卫星；第一低轨卫星响应于选定的第一同步卫星和飞行器请求与第一低轨卫星建立激光通信链路的消息，先在第一低轨卫星和第一同步卫星之间建立激光通信链路；在第一低轨卫星与第一同步卫星之间建立激光通信链路之后，至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星的第一低轨卫星的第二ATP装置确定第一低轨卫星的姿态和位置；确定第一低轨卫星的姿态和位置之后，至少根据确定的第一低轨卫星的姿态和位置尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路，并通过飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路在飞行器和第一低轨卫星之间直接传输数据。根据一个优选实施方式，在飞行器和第一低轨卫星之间建立激光通信链路之前完成确定飞行器和第一低轨卫星中的至少一个的姿态和位置，完成确定飞行器或者第一低轨卫星的姿态和位置之后，未确定姿态和位置的第一低轨卫星或者飞行器朝已确定姿态和位置的飞行器或者第一低轨卫星发射激光束扫描以尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路；在未确定姿态和位置的第一低轨卫星或者飞行器朝已确定姿态和位置的飞行器或者第一低轨卫星发射激光束以尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路的过程中，未确定姿态和位置的第一低轨卫星或者飞行器的确定过程不终止直至尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路成功或者该系统确定了未确定姿态和位置的第一低轨卫星或者飞行器的姿态和位置。根据一个优选实施方式，在飞行器和第一低轨卫星之间建立激光通信链路之后，第一同步卫星保持与飞行器和/或第一低轨卫星之间建立的激光通信链路直至飞行器和第一低轨卫星之间的数据传输完成，并且第一同步卫星识别飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路的链路状态以及通过该激光通信链路传输数据的传输状态，在传输状态为未完成状态且链路状态为不可用状态的情况下，第一同步卫星向飞行器和第一低轨卫星发送协助传输数据的请求，在飞行器和第一低轨卫星均接受第一同步卫星发送的协助传输数据的请求之后，飞行器和第一低轨卫星通过飞行器和第一同步卫星建立的激光通信链路以及第一同步卫星和第一低轨卫星建立的激光通信链路间接传输数据。根据一个优选实施方式，在飞行器和第一低轨卫星通过飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路直接传输数据之时，采用明码传输数据或者采用第一加密算法加密传输数据；和/或在飞行器和第一低轨卫星通过飞行器和第一同步卫星建立的激光通信链路以及第一同步卫星和第一低轨卫星建立的激光通信链路传输数据之时，采用不同于第一加密算法的第二加密算法加密传输数据；其中，用于加密数据第一加密算法和/或第二加密算法的秘钥是在飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路的链路状态为可用状态时直接通过飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路传输的。根据一个优选实施方式，在飞行器和第一低轨卫星之间建立激光通信链路之后且传输待加密的数据之前，飞行器和第一低轨卫星需要进行秘钥生成过程和秘钥传输过程；其中，秘钥生成过程包括：飞行器或者第一低轨卫星生成用于第一加密算法的对称秘钥，飞行器生成用于第二加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多轨道卫星的激光通信系统，其特征在于，包括：第一同步卫星(310)和第一低轨卫星(210)；/n在飞行器(100)尝试与第一低轨卫星(210)建立激光通信链路时，飞行器(100)发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星(310)以请求建立飞行器(100)与第一同步卫星(310)之间的激光通信链路，其中，/n在飞行器(100)发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星(310)之前，飞行器(100)根据星历数据选择一个能与飞行器(100)和第一低轨卫星(210)共同建立激光通信链路的同步卫星作为第一同步卫星(310)，并通过非光学通信方式将选定的第一同步卫星(310)连同飞行器(100)请求与第一低轨卫星(210)建立激光通信链路的消息发送给第一低轨卫星(210)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多轨道卫星的激光通信系统，其特征在于，包括：第一同步卫星(310)和第一低轨卫星(210)；
在飞行器(100)尝试与第一低轨卫星(210)建立激光通信链路时，飞行器(100)发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星(310)以请求建立飞行器(100)与第一同步卫星(310)之间的激光通信链路，其中，
在飞行器(100)发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星(310)之前，飞行器(100)根据星历数据选择一个能与飞行器(100)和第一低轨卫星(210)共同建立激光通信链路的同步卫星作为第一同步卫星(310)，并通过非光学通信方式将选定的第一同步卫星(310)连同飞行器(100)请求与第一低轨卫星(210)建立激光通信链路的消息发送给第一低轨卫星(210)。


2.如权利要求1所述的激光通信系统，其特征在于，在飞行器(100)与第一同步卫星(310)之间建立激光通信链路之后，至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星(310)的飞行器(100)的第一ATP装置(110)确定飞行器(100)的姿态和位置；
确定飞行器(100)的姿态和位置之后，至少根据确定的飞行器(100)的姿态和位置尝试建立飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间的激光通信链路，并通过飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间建立的激光通信链路在飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间直接传输数据。


3.如权利要求2所述的激光通信系统，其特征在于，第一低轨卫星(210)响应于选定的第一同步卫星(310)和飞行器(100)请求与第一低轨卫星(210)建立激光通信链路的消息，先在第一低轨卫星(210)和第一同步卫星(310)之间建立激光通信链路；
在第一低轨卫星(210)与第一同步卫星(310)之间建立激光通信链路之后，至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星(310)的第一低轨卫星(210)的第二ATP装置(211)确定第一低轨卫星(210)的姿态和位置；
确定第一低轨卫星(210)的姿态和位置之后，至少根据确定的第一低轨卫星(210)的姿态和位置尝试建立飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间的激光通信链路，并通过飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间建立的激光通信链路在飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间直接传输数据。


4.如权利要求3所述的激光通信系统，其特征在于，在飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间建立激光通信链路之前完成确定飞行器(100)和第一低轨卫星(210)中的至少一个的姿态和位置，完成确定飞行器(100)或者第一低轨卫星(210)的姿态和位置之后，未确定姿态和位置的第一低轨卫星(210)或者飞行器(100)朝已确定姿态和位置的飞行器(100)或者第一低轨卫星(210)发射激光束扫描以尝试建立飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间的激光通信链路；
在未确定姿态和位置的第一低轨卫星(210)或者飞行器(100)朝已确定姿态和位置的飞行器(100)或者第一低轨卫星(210)发射激光束以尝试建立飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间的激光通信链路的过程中，未确定姿态和位置的第一低轨卫星(210)或者飞行器(100)的确定过程不终止直至尝试建立飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间的激光通信链路成功或者该系统确定了未确定姿态和位置的第一低轨卫星(210)或者飞行器(100)的姿态和位置。


5.如权利要求4所述的激光通信系统，其特征在于，在飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间建立激光通信链路之后，第一同步卫星(310)保持与飞行器(100)和/或第一低轨卫星(210)之间建立的激光通信链路直至飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间的数据传输完成，并且第一同步卫星(310)识别飞行器(100)和第一低轨卫星(210)之间建立的激光通信链路的链路状态以及通过该激光通信链路传输数据的传输状态，在传输状态为未完成状态且链路状态为不可用状态的情况下，
第一同步卫星(310)向飞行器(100)和第一低轨卫星(210)发送协助传输数据的请求，在飞行器(100)和第一低轨卫星(210)均接受第一同步卫星(310)发送的协助传输数据的请求之后，飞行器(100)和第一低轨卫星(210)通过飞行器(100)和第一同步卫星(310)建立的激光通信链路以及第一同步卫星(310)和第一低轨卫星(210)建立的激光通信链路间接传输数据。


6.如权利要求5所述的激光通信系统，其特征在于，在飞行器(100)和第一低轨卫星(210)通过飞行器(100)和第一低轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：向晓霞，杨峰，任维佳，杜志贵，
申请(专利权)人：长沙天仪空间科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43