一種數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星星座系統(tǒng)及其通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星星座系統(tǒng)及其通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)可W提供數(shù)據(jù)、語(yǔ)音通信服務(wù)。數(shù)據(jù)通信服務(wù)的數(shù)據(jù)量通常比 較小并且允許一定的傳輸時(shí)延，而語(yǔ)音通信服務(wù)通常要求實(shí)時(shí)通信。專用數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星星 座系統(tǒng)通常不能夠提供語(yǔ)音通信服務(wù)，而語(yǔ)音通信衛(wèi)星系統(tǒng)則可W提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)。
[0003] 目前的通信衛(wèi)星系統(tǒng)，主要包括軌道通信系統(tǒng)、鑲星系統(tǒng)、全球星系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)。 下面分別對(duì)其簡(jiǎn)要介紹。
[0004] 1、軌道通信系統(tǒng)（化bcomm系統(tǒng)）屬于專用數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星星座系統(tǒng)，是美國(guó)軌道通 信公司（化bcomm化C)于世紀(jì)90年開始建設(shè)運(yùn)營(yíng)的短數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)?；痓comm系統(tǒng)衛(wèi)星星 座由47顆衛(wèi)星組成，包括7個(gè)軌道，采用軌道高度低于1000km的LEO軌道，衛(wèi)星之間無星 間鏈路，其星座構(gòu)型如圖1所示。該些軌道平面標(biāo)記為A、B、C、D、E、F、G，各個(gè)平面軌道參 數(shù)如下：
[0005] 1. 1)A、B、C、D平面
[0006]該四個(gè)軌道平面沿地球赤道均布，其中軌道類型均為圓軌道，軌道傾角均為45°， 軌道高度約為815km。每個(gè)軌道面W等相位間距部署8顆衛(wèi)星。
[0007] 1.2)E平面
[0008]E平面位于赤道平面內(nèi)，其中軌道為圓軌道，軌道傾角為0°，軌道高度約為 975km。平面內(nèi)W等相位間距部署7顆衛(wèi)星。
[0009] 1.3)F、G平面
[0010] F、G平面軌道為極地圓軌道，每個(gè)軌道面等相位間距部署4顆衛(wèi)星。
[0011] 2、鑲星系統(tǒng)
[0012] 鑲星系統(tǒng)（Iridium)是摩巧羅拉公司（Motorola)于上世紀(jì)90年代開發(fā)的衛(wèi)星移 動(dòng)通信系統(tǒng)，支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和定位業(yè)務(wù)。鑲星系統(tǒng)星座構(gòu)型如圖2所示。該系統(tǒng)衛(wèi)星星 座采用極軌道星座，由66顆衛(wèi)星組成，包括6個(gè)軌道面，軌道傾角為86. 4°，軌道高度約為 785km，屬于低軌道，衛(wèi)星之間具備星間鏈路。
[0013] 3、全球星系統(tǒng)
[0014]全球星（Globalstar)系統(tǒng)是由美國(guó)LQSS化oralQualcommSatelliteService) 公司于上世紀(jì)90年代啟動(dòng)建設(shè)的低軌道(英文簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)EO,英文全稱為L(zhǎng)owEarth化bit) 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。全球星系統(tǒng)星座構(gòu)型如圖3所示。該系統(tǒng) 采用傾斜軌道星座，由48顆衛(wèi)星組成，包括8個(gè)軌道面，軌道傾角為52°，軌道高度約為 1414km，衛(wèi)星之間無星間鏈路。
[0015] 4、北斗系統(tǒng)
[0016] 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研制全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了具備導(dǎo)航服務(wù)功能 夕F，還可提供數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。北斗星座構(gòu)型如圖4所示。北斗衛(wèi)星星座由35顆衛(wèi)星組成，其 中5顆為地球靜止軌道(英文簡(jiǎn)稱為GEO,英文全稱為GeostationaryEarth化bit)衛(wèi)星， 軌道高度約為36000km，軌道傾角為0° ;3顆為傾斜地球同步軌道衛(wèi)星(英文簡(jiǎn)稱為IGS0， 英文全稱為InclinedGeostationarySync虹onousorbit),軌道商度約為 36000km,軌道 傾角為55° ;27顆為中圓軌道衛(wèi)星，軌道高度約為21500km，軌道傾角為55°。
[0017] 現(xiàn)有的衛(wèi)星系統(tǒng)，可W較好的提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)，但對(duì)于軌道通信系統(tǒng)、全球星系 統(tǒng)W及北斗系統(tǒng)來說，該些衛(wèi)星系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)效依賴于地面接收站的設(shè)置，為了減小 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，需建設(shè)較多的地面站，地面系統(tǒng)運(yùn)行管理成本較高；并且，由于自然環(huán)境或 政治條件限制，部分區(qū)域無法建設(shè)地面接收站，如海洋等，在該些區(qū)域數(shù)據(jù)獲取的時(shí)延難W 改善。雖然鑲星系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)星間鏈路，可W不依賴地面站獲得較小的傳輸時(shí)延，但由于 增加了實(shí)時(shí)星間鏈路，衛(wèi)星需配備?？诘男情g通信載荷，增加系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜度及開發(fā)成本， 不利于系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)推廣；另外，如北斗及其他采用中軌道、高軌道、大楠圓軌道的星座，其星地 通信距離遠(yuǎn)，通信功率需求大，不利于地面及星上通信載荷的小型化，作為專用數(shù)據(jù)通信系 統(tǒng)，不利于系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星星座系統(tǒng)及其通信方法，W解決 現(xiàn)有技術(shù)為減小數(shù)據(jù)時(shí)延，需要增加地面系統(tǒng)運(yùn)行成本或增加系統(tǒng)開發(fā)成本的問題，并且 有利于星上通信載荷小型化，從而便于系統(tǒng)推廣。
[0019] 本發(fā)明實(shí)施例是該樣實(shí)現(xiàn)的，一種數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星星座系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括高層子 星座和低層子星座，其中：
[0020] 所述低層子星座的衛(wèi)星軌道高度低于高層子星座的衛(wèi)星軌道，所述低層子星座用 于接收用戶數(shù)據(jù)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)和向用戶數(shù)據(jù)終端發(fā)送控制指令，在地面網(wǎng)關(guān)站可見時(shí)向 地面網(wǎng)關(guān)站下傳衛(wèi)星所采集的數(shù)據(jù)，在所述高層子星座可見時(shí)，向所述高層子星座發(fā)送需 要傳送至地面網(wǎng)關(guān)站的數(shù)據(jù)；
[0021] 所述高層子星座用于在低層子星座可見時(shí)，接收低層子星座發(fā)送的需要傳送至地 面網(wǎng)關(guān)站的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)至地面網(wǎng)關(guān)站。
[0022] 進(jìn)一步的，所述低層子星座的高度為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星星座系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括高層子星座和低層子星座， 其中： 所述低層子星座的衛(wèi)星軌道高度低于高層子星座的衛(wèi)星軌道，所述低層子星座用于接 收用戶數(shù)據(jù)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)和向用戶數(shù)據(jù)終端發(fā)送控制指令，在地面網(wǎng)關(guān)站可見時(shí)向地面 網(wǎng)關(guān)站下傳衛(wèi)星所采集的數(shù)據(jù)，在所述高層子星座可見時(shí)，向所述高層子星座發(fā)送需要傳 送至地面網(wǎng)關(guān)站的數(shù)據(jù)； 所述高層子星座用于在低層子星座可見時(shí)，接收低層子星座發(fā)送的需要傳送至地面網(wǎng) 關(guān)站的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)至地面網(wǎng)關(guān)站。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述低層子星座的高度為
，其中h為軌道高度，L為衛(wèi)星與用戶數(shù)據(jù)終端之間最大 通信距離，Re為地球參考半徑，Θ為低層子星座的衛(wèi)星與地面網(wǎng)關(guān)站的最低通信仰角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述低層子星座的包括位于地球第一區(qū)域 的Walker星座和位于地球第二區(qū)域太陽(yáng)同步軌道的衛(wèi)星，所述第一區(qū)域的人類活動(dòng)密度 大于第二區(qū)域的人類活動(dòng)密度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述低層子星座的衛(wèi)星構(gòu)型參數(shù)根據(jù)預(yù)設(shè) 選定的時(shí)間覆蓋率和最大覆蓋中斷時(shí)間指標(biāo)，通過數(shù)值仿真迭代優(yōu)化生成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述高層子星座的軌道與赤道處于同一平 面，所述高層子星座的高度為
其中H為高層子星座 的高度，h為低層子星座的高度，α為低層子星座的衛(wèi)星與高層子星座的衛(wèi)星之間的允許 通信天線波束半角，P為低層子星座的衛(wèi)星與高層子星座的衛(wèi)星之間的允許最大通信距離， Re為地球參考半徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述高層子星座中衛(wèi)星數(shù)量為
子星座的衛(wèi)星與地面網(wǎng)關(guān)站的最低通信仰角，σ為高層子星座對(duì)地覆蓋波束半角，H為高 層子星座的高度，h為低層子星座的高度，α為低層子星座的衛(wèi)星與高層子星座的衛(wèi)星之 間的允許通信天線波束半角，P為低層子星座中的衛(wèi)星與高層子星座中的衛(wèi)星之間的允許 最大通信距離，R e為地球參考半徑，Θ為低層子星座的衛(wèi)星與地面網(wǎng)關(guān)站的最低通信仰角， Y為高層子星座對(duì)地覆蓋區(qū)地心半角，S為高層軌道衛(wèi)星絕對(duì)相位允許偏差。
7. -種數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星星座的通信方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星星座包括高層 子星座和低層子星座，所述方法包括： 低層子星座通過接收用戶數(shù)據(jù)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)和向用戶數(shù)據(jù)終端發(fā)送控制指令，在地 面網(wǎng)關(guān)站可見時(shí)向地面網(wǎng)關(guān)站下傳衛(wèi)星所采集的數(shù)據(jù)，在所述高層子星座可見時(shí)，向所述 高層子星座發(fā)送需要傳送至地面網(wǎng)關(guān)站的數(shù)據(jù)； 所述高層子星座在所述低層星座可見時(shí)，接收低層子星座發(fā)送的需要傳送至地面網(wǎng)關(guān) 站的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)至地面網(wǎng)關(guān)站。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述方法，其特征在于，所述低層子星座的高度為
，其中h為軌道高度，L為衛(wèi)星與用戶數(shù)據(jù)終端之間最大 通信距離，Re為地球參考半徑，Θ為低層子星座的衛(wèi)星與地面網(wǎng)關(guān)站的最低通信仰角。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述方法，其特征在于，所述高層子星座中衛(wèi)星數(shù)量為
θ'為高層子星座的衛(wèi)星與地面網(wǎng)關(guān)站的最低通 信仰角，σ為高層子星座對(duì)地覆蓋波束半角，H為高層子星座的高度，h為低層子星座的高 度，α為低層子星座的衛(wèi)星與高層子星座的衛(wèi)星之間的通信天線波束半角，p為低層子星 座的衛(wèi)星與高層子星座的衛(wèi)星之間的允許最大通信距離，R e為地球參考半徑，Θ為低層子 星座的衛(wèi)星與地面網(wǎng)關(guān)站的最低通信仰角，Y為高層子星座對(duì)地覆蓋區(qū)地心半角，S為高 層軌道衛(wèi)星絕對(duì)相位允許偏差。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述方法，其特征在于，所述方法還包括獲取低層子星座的構(gòu)型參 數(shù)步驟，具體包括： 設(shè)置地面用戶數(shù)據(jù)終端采樣點(diǎn)的地理位置； 根據(jù)所述地理位置，設(shè)置相應(yīng)的多組低層子星座的構(gòu)型參數(shù)； 仿真運(yùn)行所述低層子星座，獲取所有衛(wèi)星相對(duì)所述地理位置的可見時(shí)間； 如果所述獲取的可見時(shí)間滿足預(yù)設(shè)的要求，則其對(duì)應(yīng)的低層子星座的構(gòu)型參數(shù)為所需 的低層子星座構(gòu)型參數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明適用于衛(wèi)星通信領(lǐng)域，提供了一種數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星星座系統(tǒng)及其通信方法，該系統(tǒng)包括高層子星座和低層子星座，其中：所述低層子星座的衛(wèi)星軌道高度低于高層子星座的衛(wèi)星軌道，所述低層子星座用于接收用戶數(shù)據(jù)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)和向用戶數(shù)據(jù)終端發(fā)送控制指令，向地面網(wǎng)關(guān)站下傳衛(wèi)星所采集的數(shù)據(jù)；所述高層子星座用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至地面網(wǎng)關(guān)站。通過雙層構(gòu)型設(shè)計(jì)，使得低層星座的構(gòu)建可采用設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)化、成本低的衛(wèi)星，而高層星座的構(gòu)建雖然因配備實(shí)時(shí)星間鏈路，需采用相對(duì)復(fù)雜且成本高的衛(wèi)星，但數(shù)量相對(duì)較少，并且能夠減少地面布站，從而保證星座系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜度、成本及性能的折中優(yōu)化。
【IPC分類】H04B7-185
【公開號(hào)】CN104753580
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310753933
【發(fā)明人】何民, 薛力軍, 王濤, 樊煒, 王學(xué)謙
【申請(qǐng)人】深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月31日