一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，可以实现基于TDMA体制编队卫星系统大距离跨度下星间自适应动态距离变化的数据传输。基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统中编队卫星成员基于TDMA同步组网后完成拓扑发现，编队卫星系统成员依据拓扑组成完成周围卫星成员的通信距离测量，编队卫星系统卫星成员在需要传输数据时根据通信距离测量值自适应选择数据元帧类型，在编队卫星间通信距离测量和编队卫星间数据自适应距离变化数据传输过程中迭代收集拓扑信息和拓扑信息维护，以实现星间自适应距离变化的数据传输。

【技术实现步骤摘要】
一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统
本专利技术属于自组织无线通信领域，涉及一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，可用于大跨度通信距离拓扑构型和拓扑构型准动态变化的环境中。
技术介绍
编队卫星系统协同飞行，依据功能角色搭载相应载荷，星间网络互联互通，提升网络的服务能力，扩充网络的服务范围，有效地弥补单星在轨运行存在的各种不足，从而构建一个功能完善、性能稳定的空间服务系统。编队卫星系统没有固定的拓扑构型。面对复杂空间任务时，如对地某重点目标的多信息识别与确认，要求大量空间资源同时被调用，此时编队卫星系统拓扑构型比较集中，星间距离较近；面对分散的小型空间任务时，比如高频次的对地侦察侦察任务时，编队卫星系统拓扑构型相应的分散，星间距离拉的很远。基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统支持在60千米至数3000千米范围内变化，拓扑有聚合模式、接力模式、混合模式等多种构型，以及拓扑构型的准动态变化。基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统完成不同拓扑构型下的稳定组网和自适应距离变化数据传输的功能。在星间通信距离变化数据传输方法中，现有的方式一般是星上遥控等方式控制传输速率的方法实现自适应数据传输。专利“星间距离大跨度变化星载TDMA系统多速率业务时隙分配方法”(申请号：201610942307.2，公开号：CN106452645A)是星间距离大跨度变化星载TDMA系统多速率业务时隙分配方法，其TDMA系统包括一个中心节点和多个成员节点，按照约定的超帧格式，各个节点在各自固定的广播时隙和控制时隙轮流发送广播信号和控制信号，业务时隙则由中心节点根据成员节点需求动态分配给业务信道。业务信道采用统一的MAC帧结构，在低速的其它模式下，将若干个时隙合并为一个时隙进行使用，合并后时隙内的比特安排与原单个时隙的比特安排相同。该专利采用自适应的方式支持星间距离的大跨度变化和传输速率大跨度的变化，时隙资源使用效率高，分配灵活，通用性强，能有效解决空间航天器组网的MAC层设计的问题。专利“近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输系统及方法”(申请号：201811162543.8，公开号：CN109379167A)提供了一种基于DVB-S2协议的可变编码调制数据传输系统及方法，充分利用近地遥感卫星数据传输的链路资源，采用可变编码调制(VCM)体制，充分利用系统链路余量，提高卫星星地数据传输效能；利用DVB-S2协议，在满足误码率和链路余量的条件下，选择最优的编码调制方式，使得单位时间内所传输的有效信息量最大。本专利提出的方法可以最大限度地适应由于近地遥感卫星的轨道变化所带来的不断变化的信道条件和信道容量，在有限的频谱资源上传输更多的数据信息，十分适合应用于近地遥感卫星对地数据传输。针对基于TDMA体制系统下的大跨度编队卫星星间自适应距离变化的数据传输方法。星间自适应距离变化的数据传输方法采用动态保护间隔的最大可变数量编码块的方法，实现基于TDMA体制的多种拓扑结构编队卫星的大跨度的星间自适应数据传输，能容忍一定的TDMA同步精度误差。该方法具有简单，可操作性强，可靠性较高等特点，多种拓扑结构编队卫星的大跨度的星间自适应数据传输。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，设计的TDMA编队卫星系统具有星间自适应距离变化的数据传输功能。本专利技术解决的技术方案为：一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，包括：若干卫星成员，若干卫星成员能够形成卫星编队；卫星成员各自按照预定轨道进行运行，同时根据任务需要进行轨道或姿态机动，任意两个卫星成员间位置距离范围为60千米至3000千米，卫星成员通过自组织方式建立TDMA网络，利用建立的TDMA网络，根据任务需求进行成员间自适应通信距离变化的数据传输。优选的，还能够利用建立的TDMA网络，根据任务需求进行成员间多跳转发的数据传输。优选的，卫星成员间在完成TDMA网络建立后，按照固定时间片(即TDMA时隙)进行通信，每个时间片长度为Tslot，每个时间片传输一个元帧；元帧包含同步头、帧编码指示、帧载荷和保护间隔。同步头用于元帧的帧同步；帧编码指示表示元帧类型和帧载荷信息格式；帧载荷为元帧传输的数据，帧载荷由多个编码块组成，多个编码块串行排布，每个编码块长度固定；保护间隔用于时间片碰撞防护，保护间隔中不发送数据优选的，保护间隔与需要通信的两个卫星成员间通信距离和TDMA网络同步精度相关。优选的，元帧按类型分为控制元帧和数据元帧，通过帧编码指示进行区分，其中数据元帧用于承载成员间的传输数据，控制元帧用于传输控制信息。元帧类型逐帧可调。控制元帧类型支持卫星成员间最大通信距离的传输通信，控制元帧根据控制功能进一步细分为网络维护请求控制元帧、网络维护应答控制元帧、通信距离测量请求控制元帧、通信距离测量响应控制元帧。网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧包含卫星编号信息、卫星时间信息。编队卫星成员通过网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧成TDMA系统时间基准成员选取、成员控制时隙获取、成员同步组网及网络维护和拓扑发现。数据元帧，用于承载成员间的传输数据，数据元帧类型依据TDMA编队卫星系统卫星成员间通信距离进行划分。优选的，卫星成员根据周围成员拓扑信息，通过成员间通信距离测量信道进行卫星成员间通信距离测量，成员间通信距离测量信道为一对请求-响应信道，每个卫星成员具有请求信道和响应信道，在一个超帧周期中，每个成员分配固定的成员间通信距离测量信道，当某个成员需要进行通信距离测量时，通信距离测量发起卫星成员在其通信距离测量请求控制元帧发送时间片发送请求，其中包含发起卫星成员卫星编号，接收卫星成员卫星编号，发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员根据通信距离测量请求控制元帧中目的卫星编号信息过滤并选出目的卫星编号为接收卫星成员编号相同的通信距离测量请求控制元帧，接收卫星成员收到通信距离测量请求控制元帧后，向通信距离测量发起卫星成员反馈通信距离测量响应控制元帧，通信距离测量响应控制元帧包含发起卫星成员卫星编号，接收卫星成员卫星编号，发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员本地时间信息，接收卫星成员接收到通信距离测量请求控制元帧的时刻信息。接收卫星成员在通信距离测量响应控制元帧时间片上反馈。通信距离测量发起卫星成员在接收到反馈的通信距离测量响应控制元帧后，更具发起卫星成员本地时间信息，接收卫星成员本地时间信息，接收卫星成员接收到通信距离测量请求控制元帧的时刻信息，发起卫星成员接收通信距离测量响应控制元帧的时刻信息计算出通信距离测量发起卫星成员与接收成员的通信距离，实现通信距离测量。。优选的，当编队卫星成员间需要进行数据传输时，依据数据传输的收发卫星成员的通信距离，选择适合该收发卫星成员通信距离的数据元帧类型进行数据传输。在数据传输过程中，迭代进行通信距离测量，通信距离发生变化后，依据新的通信距离自适应的选择适合当前时刻通信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，其特征在于包括：若干卫星成员，若干卫星成员能够形成卫星编队；卫星成员各自按照预定轨道进行运行，同时根据任务需要进行轨道或姿态机动，任意两个卫星成员间位置距离范围为60千米至3000千米，卫星成员通过自组织方式建立TDMA网络，利用建立的TDMA网络，根据任务需求进行成员间自适应通信距离变化的数据传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，其特征在于包括：若干卫星成员，若干卫星成员能够形成卫星编队；卫星成员各自按照预定轨道进行运行，同时根据任务需要进行轨道或姿态机动，任意两个卫星成员间位置距离范围为60千米至3000千米，卫星成员通过自组织方式建立TDMA网络，利用建立的TDMA网络，根据任务需求进行成员间自适应通信距离变化的数据传输。


2.根据权利要求1所述的一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，其特征在于：还能够利用建立的TDMA网络，根据任务需求进行成员间多跳转发的数据传输。


3.根据权利要求1所述的一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，其特征在于：卫星成员间在完成TDMA网络建立后，按照固定时间片(即TDMA时隙)进行通信，每个时间片长度为Tslot，每个时间片传输一个元帧；元帧包含同步头、帧编码指示、帧载荷和保护间隔。同步头用于元帧的帧同步；帧编码指示表示元帧类型和帧载荷信息格式；帧载荷为元帧传输的数据，帧载荷由多个编码块组成，多个编码块串行排布，每个编码块长度固定；保护间隔用于时间片碰撞防护，保护间隔中不发送数据。


4.根据权利要求3所述的一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，其特征在于：保护间隔与需要通信的两个卫星成员间通信距离和TDMA网络同步精度相关。


5.根据权利要求3所述的一种基于星间自适应距离变化数据传输的TDMA编队卫星系统，其特征在于：元帧按类型分为控制元帧和数据元帧，通过帧编码指示进行区分，其中数据元帧用于承载成员间的传输数据，控制元帧用于传输控制信息。元帧类型逐帧可调。控制元帧类型支持卫星成员间最大通信距离的传输通信，控制元帧根据控制功能进一步细分为网络维护请求控制元帧、网络维护应答控制元帧、通信距离测量请求控制元帧、通信距离测量响应控制元帧。网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧包含卫星编号信息、卫星时间信息。编队卫星成员通过网络维护请求控制元帧和网络维护应答控制元帧成TDMA系统时...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜长刚，孟向阳，惠蕾放，王大庆，孙汉汶，徐伟琳，胡伟，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61