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低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法和装置

申请号 CN202410251813.1 申请日 2024-03-06 公开(公告)号 CN118018099A 公开(公告)日 2024-05-10
申请人 中国人民解放军32039部队; 发明人 赵斌; 常呈武; 郭磊; 王译正; 王桢; 付伟; 刘宏阳; 晏杰; 檀晓华;
摘要 本 发明 提供了一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法和装置,涉及卫星通信的技术领域,该方法根据低轨卫星的当前轨道、用户目标的 位置 坐标和用户目标的数据收发 覆盖 范围,确定低轨卫星的目标轨道,其中,用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,且星下点轨迹网的边界与用户目标之间的距离小于第一 阈值 ,从而使得低轨卫星对用户目标的服务保障时间段最长、通信次数最多,进而利用单颗低轨卫星实现了对用户目标的常态化通信保障,同时,该方法将卫星通信和轨道维持进行了一体规划,在实现保障用户目标通信的同时,还能使得卫星的 燃料 消耗尽可能少,优化卫星的长期管理效能。
权利要求

1.一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法,其特征在于,包括:
获取低轨卫星的当前轨道、用户目标的位置坐标和所述用户目标的数据收发覆盖范围;
基于所述低轨卫星的当前轨道、所述用户目标的位置坐标和所述数据收发覆盖范围,确定所述低轨卫星的目标轨道;其中,所述用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,且所述星下点轨迹网的边界与所述用户目标之间的距离小于第一阈值
基于所述当前轨道和所述目标轨道,确定所述低轨卫星的轨道控制策略;
基于所述轨道控制策略控制所述低轨卫星的轨道状态,以使控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于第二阈值。
2.根据权利要求1所述的低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法,其特征在于,基于所述轨道控制策略控制所述低轨卫星的轨道状态,以使控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于第二阈值,包括:
利用所述轨道控制策略控制所述低轨卫星的轨道状态,得到控后轨道;
计算所述控后轨道与所述目标轨道之间的误差,得到轨道误差;
判断所述轨道误差是否小于所述第二阈值;
若是,则维持所述控后轨道;
若否,则基于所述控后轨道和所述目标轨道,调整所述低轨卫星的轨道控制策略,直至控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于所述第二阈值。
3.根据权利要求1所述的低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法,其特征在于,在确定控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于第二阈值之后,所述方法还包括:
获取所述用户目标的请求通信的第一时间段和所述低轨卫星的测控计划;
通过对所述目标轨道进行轨道外推,以计算所述低轨卫星覆盖所述用户目标的数据收发覆盖范围的第二时间段;
基于所述第一时间段和所述第二时间段,确定所述低轨卫星和所述用户目标的通信计划;
基于所述通信计划和所述测控计划,确定星上载荷控制计划和所述低轨卫星与用户中心之间的数据传输计划。
4.根据权利要求1所述的低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法,其特征在于,所述方法还包括:
周期性监测所述低轨卫星的星下点轨迹;
在确定所述低轨卫星的星下点轨迹超出所述目标轨道的星下点轨迹网的边界的情况下,基于所述低轨卫星的当前轨道和所述目标轨道,更新所述低轨卫星的轨道控制策略,以使所述低轨卫星对所述用户目标进行常态化覆盖。
5.一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制装置,其特征在于,包括:
第一获取模,用于获取低轨卫星的当前轨道、用户目标的位置坐标和所述用户目标的数据收发覆盖范围;
第一确定模块,用于基于所述低轨卫星的当前轨道、所述用户目标的位置坐标和所述数据收发覆盖范围,确定所述低轨卫星的目标轨道;其中,所述用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,且所述星下点轨迹网的边界与所述用户目标之间的距离小于第一阈值;
第二确定模块,用于基于所述当前轨道和所述目标轨道,确定所述低轨卫星的轨道控制策略;
制模块,用于基于所述轨道控制策略控制所述低轨卫星的轨道状态,以使控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于第二阈值。
6.根据权利要求5所述的低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制装置,其特征在于,所述控制模块具体用于:
利用所述轨道控制策略控制所述低轨卫星的轨道状态,得到控后轨道;
计算所述控后轨道与所述目标轨道之间的误差,得到轨道误差;
判断所述轨道误差是否小于所述第二阈值;
若是,则维持所述控后轨道;
若否,则基于所述控后轨道和所述目标轨道,调整所述低轨卫星的轨道控制策略,直至控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于所述第二阈值。
7.根据权利要求5所述的低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制装置,其特征在于,所述装置还包括:
第二获取模块,用于获取所述用户目标的请求通信的第一时间段和所述低轨卫星的测控计划;
计算模块,用于通过对所述目标轨道进行轨道外推,以计算所述低轨卫星覆盖所述用户目标的数据收发覆盖范围的第二时间段;
第三确定模块,用于基于所述第一时间段和所述第二时间段,确定所述低轨卫星和所述用户目标的通信计划;
第四确定模块,用于基于所述通信计划和所述测控计划,确定星上载荷控制计划和所述低轨卫星与用户中心之间的数据传输计划。
8.根据权利要求5所述的低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制装置,其特征在于,所述装置还包括:
监测模块,用于周期性监测所述低轨卫星的星下点轨迹;
更新模块,用于在确定所述低轨卫星的星下点轨迹超出所述目标轨道的星下点轨迹网的边界的情况下,基于所述低轨卫星的当前轨道和所述目标轨道,更新所述低轨卫星的轨道控制策略,以使所述低轨卫星对所述用户目标进行常态化覆盖。
9.一种电子设备,包括存储器、处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述的低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法。

说明书全文

低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及卫星通信的技术领域,尤其是涉及一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法和装置。

背景技术

[0002] 当前,低轨卫星通信主要以电磁波作为信息传输媒介,星上也多采用相控阵技术,可以实现波束指向的快速调整。地面运控系统通常基于接收到的GNSS数据,得到卫星的轨道根数,外推卫星轨道进行星下点轨迹的预报,结合通信目标的位置、通信时段等,完成卫星对通信目标的覆盖判断。现有的技术方案主要设计了一套基于卫星对通信目标覆盖的任务规划方法,以完成对用户的需求分析和任务规划。
[0003] 为了保证能够对某个用户目标实现尽可能长时间的信息传输保障,低轨通信卫星往往设计了不同星座,以达到波束资源与保障需求的最优匹配。上述方案虽然能完成低轨卫星通信保障需求的规划,但当低轨卫星的数量、波束的能有明显限制时,则难以对某个特定用户实现高效通信保障。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法和装置,以缓解了现有技术中基于卫星对通信目标的信息传输保障方法存在的对低轨卫星数量和波束能力要求高的技术问题。
[0005] 第一方面,本发明提供一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法,包括:获取低轨卫星的当前轨道、用户目标的位置坐标和所述用户目标的数据收发覆盖范围;基于所述低轨卫星的当前轨道、所述用户目标的位置坐标和所述数据收发覆盖范围,确定所述低轨卫星的目标轨道;其中,所述用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,且所述星下点轨迹网的边界与所述用户目标之间的距离小于第一阈值;基于所述当前轨道和所述目标轨道,确定所述低轨卫星的轨道控制策略;基于所述轨道控制策略控制所述低轨卫星的轨道状态,以使控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于第二阈值。
[0006] 在可选的实施方式中,基于所述轨道控制策略控制所述低轨卫星的轨道状态,以使控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于第二阈值,包括:利用所述轨道控制策略控制所述低轨卫星的轨道状态,得到控后轨道;计算所述控后轨道与所述目标轨道之间的误差,得到轨道误差;判断所述轨道误差是否小于所述第二阈值;若是,则维持所述控后轨道;若否,则基于所述控后轨道和所述目标轨道,调整所述低轨卫星的轨道控制策略,直至控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于所述第二阈值。
[0007] 在可选的实施方式中,在确定控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于第二阈值之后,所述方法还包括:获取所述用户目标的请求通信的第一时间段和所述低轨卫星的测控计划;通过对所述目标轨道进行轨道外推,以计算所述低轨卫星覆盖所述用户目标的数据收发覆盖范围的第二时间段;基于所述第一时间段和所述第二时间段,确定所述低轨卫星和所述用户目标的通信计划;基于所述通信计划和所述测控计划,确定星上载荷控制计划和所述低轨卫星与用户中心之间的数据传输计划。
[0008] 在可选的实施方式中,所述方法还包括:周期性监测所述低轨卫星的星下点轨迹;在确定所述低轨卫星的星下点轨迹超出所述目标轨道的星下点轨迹网的边界的情况下,基于所述低轨卫星的当前轨道和所述目标轨道,更新所述低轨卫星的轨道控制策略,以使所述低轨卫星对所述用户目标进行常态化覆盖。
[0009] 第二方面,本发明提供一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制装置,包括:第一获取模,用于获取低轨卫星的当前轨道、用户目标的位置坐标和所述用户目标的数据收发覆盖范围;第一确定模块,用于基于所述低轨卫星的当前轨道、所述用户目标的位置坐标和所述数据收发覆盖范围,确定所述低轨卫星的目标轨道;其中,所述用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,且所述星下点轨迹网的边界与所述用户目标之间的距离小于第一阈值;第二确定模块,用于基于所述当前轨道和所述目标轨道,确定所述低轨卫星的轨道控制策略;控制模块,用于基于所述轨道控制策略控制所述低轨卫星的轨道状态,以使控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于第二阈值。
[0010] 在可选的实施方式中,所述控制模块具体用于:利用所述轨道控制策略控制所述低轨卫星的轨道状态,得到控后轨道;计算所述控后轨道与所述目标轨道之间的误差,得到轨道误差;判断所述轨道误差是否小于所述第二阈值;若是,则维持所述控后轨道;若否,则基于所述控后轨道和所述目标轨道,调整所述低轨卫星的轨道控制策略,直至控后轨道与所述目标轨道之间的误差小于所述第二阈值。
[0011] 在可选的实施方式中,所述装置还包括:第二获取模块,用于获取所述用户目标的请求通信的第一时间段和所述低轨卫星的测控计划;计算模块,用于通过对所述目标轨道进行轨道外推,以计算所述低轨卫星覆盖所述用户目标的数据收发覆盖范围的第二时间段;第三确定模块,用于基于所述第一时间段和所述第二时间段,确定所述低轨卫星和所述用户目标的通信计划;第四确定模块,用于基于所述通信计划和所述测控计划,确定星上载荷控制计划和所述低轨卫星与用户中心之间的数据传输计划。
[0012] 在可选的实施方式中,所述装置还包括:监测模块,用于周期性监测所述低轨卫星的星下点轨迹;更新模块,用于在确定所述低轨卫星的星下点轨迹超出所述目标轨道的星下点轨迹网的边界的情况下,基于所述低轨卫星的当前轨道和所述目标轨道,更新所述低轨卫星的轨道控制策略,以使所述低轨卫星对所述用户目标进行常态化覆盖。
[0013] 第三方面,本发明提供一种电子设备,包括存储器、处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现前述实施方式中任一项所述的低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法的步骤。
[0014] 第四方面,本发明提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时实现前述实施方式中任一项所述的低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法。
[0015] 本发明提供了一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法,该方法根据低轨卫星的当前轨道、用户目标的位置坐标和用户目标的数据收发覆盖范围,确定低轨卫星的目标轨道,其中,用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,且星下点轨迹网的边界与用户目标之间的距离小于第一阈值,从而使得低轨卫星对用户目标的服务保障时间段最长、通信次数最多,进而利用单颗低轨卫星实现了对用户目标的常态化通信保障,同时,该方法将卫星通信和轨道维持进行了一体规划,在实现保障用户目标通信的同时,还能使得卫星的燃料消耗尽可能少,优化卫星的长期管理效能。附图说明
[0016] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1为本发明实施例提供的一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法的流程图
[0018] 图2为低轨卫星星下点轨迹正常演化的状态示意图;
[0019] 图3为本发明实施例提供的一种低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网对用户目标进行覆盖的示意图;
[0020] 图4为本发明实施例提供的一种卫星通信保障场景示意图;
[0021] 图5为本发明实施例提供的一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制装置的功能模块图;
[0022] 图6为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。

具体实施方式

[0023] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0024] 因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0025] 下面结合附图,对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026] 现有技术中多采用卫星星座为通信目标提供信息传输保障,虽然能完成低轨卫星通信保障需求的规划,但当低轨卫星的数量、波束的能力有明显限制时,对某个特定用户难以实现高效保障。有鉴于此,本发明实施例提供了一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法,用于缓解上文中所提出的技术问题。
[0027] 实施例一
[0028] 图1为本发明实施例提供的一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法的流程图,如图1所示,该方法具体包括如下步骤:
[0029] 步骤S102,获取低轨卫星的当前轨道、用户目标的位置坐标和用户目标的数据收发覆盖范围。
[0030] 步骤S104,基于低轨卫星的当前轨道、用户目标的位置坐标和数据收发覆盖范围,确定低轨卫星的目标轨道。
[0031] 其中,用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,且星下点轨迹网的边界与用户目标之间的距离小于第一阈值。
[0032] 图2为低轨卫星星下点轨迹正常演化的状态示意图,图2中的线条表示卫星轨道星下点轨迹,图2中的五星表示用户目标的位置,图2中的圆圈表示根据用户目标的位置坐标和其数据收发覆盖范围所确定的收发覆盖圈,线条在收发覆盖圈里的长度代表低轨卫星可以与用户目标建立通信的时间长度,通过图2可以看出,当卫星轨道变化一定周期后,其星下点轨迹在覆盖圈中的长度将越来越短,而只有符合预设长度要求的线条才能用来通信,因为通信时间过短则无法支撑完整的数据收发流程。
[0033] 本发明实施例中,以用户目标的收发覆盖圈作为基础,为了确保单颗低轨卫星可以为用户目标提供常态化的通信保障,应尽可能使该低轨卫星星下点的轨迹网通过该收发覆盖圈的次数最多,并且在覆盖圈中的时长满足通信的时段要求。当卫星轨道星下点轨迹网对用户目标的覆盖如图3中所示的状态时,可确保低轨卫星对该用户目标的服务保障的时间段最长、通信次数最多。
[0034] 图3中的线条为低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网,目标轨道的星下点轨迹网由低轨卫星升轨状态下的星下点轨迹(图3中的右倾线条)和低轨卫星降轨状态下的星下点轨迹(图3中的左倾线条)构成,也即,要想实现单颗低轨卫星对用户目标的服务保障的时间段最长、通信次数最多的目的,应确保用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,且星下点轨迹网的边界与用户目标之间的距离小于第一阈值。
[0035] 设定用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,即可确保低轨卫星星下点的轨迹网通过用户目标的收发覆盖圈的次数最多;要求星下点轨迹网的边界与用户目标之间的距离小于第一阈值即相当于对低轨卫星的轨道高度的变化范围作出限定,因为如果距离变大,则轨道漂移量变大,进而将导致服务保障的时间段缩短,此时需要进行卫星轨道控制。
[0036] 例如,轨道状态先自西向东运动(图3中自左向右),随着轨道高度自然降低,如果不对轨道高度进行干预,轨迹继续向东则将无法保障通信时长,因此需及时调整其向西运动,形成一个围绕用户目标位置的“管道”(相邻轨迹较近,形成“管道”形态),使其星下点保持在图3所示的轨迹“管道”中。综合以上分析可知,本发明实施例将低轨卫星自身轨道高度维持所需的轨道控制量和卫星通信保障所需的轨道控制量进行了耦合,从而尽可能地降低了卫星燃料的消耗。
[0037] 因此,在用户目标的位置坐标和其数据收发覆盖范围确定的情况下,需要结合低轨卫星的当前轨道为其确定目标轨道,以使低轨卫星对用户目标的覆盖效能最高,根据上述信息确定低轨卫星的目标轨道的方法为本领域的公知技术,本发明实施例在此不对其进行赘述。
[0038] 步骤S106,基于当前轨道和目标轨道,确定低轨卫星的轨道控制策略。
[0039] 目标轨道是低轨卫星为用户目标提供通信保障时的运行轨道,因此,在已知低轨卫星的当前轨道的情况下,需要根据当前轨道和目标轨道确定低轨卫星的轨道控制策略,对低轨卫星实施轨道控制策略的目的是将低轨卫星从当前轨道调整至目标轨道上。可以将低轨卫星从一种轨道状态调整至另一种轨道状态的轨道控制策略的制定方法是本领域的公知技术,此处不进行赘述。
[0040] 步骤S108,基于轨道控制策略控制低轨卫星的轨道状态,以使控后轨道与目标轨道之间的误差小于第二阈值。
[0041] 轨道控制策略确定之后,即可利用该策略对低轨卫星的轨道状态进行控制,当实施控制后得到的控后轨道与目标轨道之间的误差小于第二阈值时,即认为低轨卫星的当前轨道状态已能够满足为用户目标提供通信保障的要求。
[0042] 本发明实施例提供了一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法,该方法根据低轨卫星的当前轨道、用户目标的位置坐标和用户目标的数据收发覆盖范围,确定低轨卫星的目标轨道,其中,用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,且星下点轨迹网的边界与用户目标之间的距离小于第一阈值,从而使得低轨卫星对用户目标的服务保障时间段最长、通信次数最多,进而利用单颗低轨卫星实现了对用户目标的常态化通信保障,同时,该方法将卫星通信和轨道维持进行了一体规划,在实现保障用户目标通信的同时,还能使得卫星的燃料消耗尽可能少,优化卫星的长期管理效能。
[0043] 在一种可选的实施方式中,上述步骤S108,基于轨道控制策略控制低轨卫星的轨道状态,以使控后轨道与目标轨道之间的误差小于第二阈值,具体包括如下步骤:
[0044] 步骤S1081,利用轨道控制策略控制低轨卫星的轨道状态,得到控后轨道。
[0045] 步骤S1082,计算控后轨道与目标轨道之间的误差,得到轨道误差。
[0046] 步骤S1083,判断轨道误差是否小于第二阈值。
[0047] 若是,则执行下述步骤S1084;若否,则执行下述步骤S1085。
[0048] 步骤S1084,维持控后轨道。
[0049] 步骤S1085,基于控后轨道和目标轨道,调整低轨卫星的轨道控制策略,直至控后轨道与目标轨道之间的误差小于第二阈值。
[0050] 轨道控制策略为理论推导的结果,实施过程中可能由于多种因素使得控后效果不能达到理想状态,因此,在利用轨道控制策略控制低轨卫星的轨道状态之后,需要进一步判断其是否达到预期的控制目标,具体为计算控后轨道与目标轨道之间的轨道误差,如果轨道误差小于第二阈值,则说明达到预期,可以维持当前的控后轨道;但是,如果轨道误差大于或等于第二阈值,则说明未达到预期,需要根据当前的控后轨道和目标轨道调整低轨卫星的轨道控制策略,通过不断调整,直至控后轨道与目标轨道之间的误差小于第二阈值。
[0051] 在一种可选的实施方式中,在确定控后轨道与目标轨道之间的误差小于第二阈值之后,方法还包括如下步骤:
[0052] 步骤S201,获取用户目标的请求通信的第一时间段和低轨卫星的测控计划。
[0053] 步骤S202,通过对目标轨道进行轨道外推,以计算低轨卫星覆盖用户目标的数据收发覆盖范围的第二时间段。
[0054] 步骤S203,基于第一时间段和第二时间段,确定低轨卫星和用户目标的通信计划。
[0055] 具体的,在确定低轨卫星的控后轨道与目标轨道之间的误差小于第二阈值的情况下,则说明低轨卫星已经满足对用户目标的覆盖最优特性要求,从而可以开展任务规划流程,一方面,获取用户目标的请求通信的第一时间段,另一方面,通过轨道外推,计算低轨卫星覆盖用户目标的数据收发覆盖范围的第二时间段,从而可以根据上述两个时间段确定出低轨卫星和用户目标的通信计划。
[0056] 在本发明实施例中,将第一时间段与第二时间段的交集作为通信计划对应的时间段。其中,通信计划是指低轨卫星与用户目标建立双向联系,进行数据的收发过程。
[0057] 步骤S204,基于通信计划和测控计划,确定星上载荷控制计划和低轨卫星与用户中心之间的数据传输计划。
[0058] 图4为本发明实施例提供的一种卫星通信保障场景示意图,本发明实施例在通信计划确定的基础上,根据低轨卫星的测控计划,按照星上载荷控制计划早于通信计划预设时间段的约束条件,制定星上载荷控制计划,以及,按照数据传输计划晚于通信计划的约束条件,制定数据传输计划。其中,星上载荷控制计划,是指在开展通信计划前,通过卫星测控,将通信计划所需的载荷控制指令上注低轨卫星的过程;数据传输计划是指在通信计划完成后,通过对卫星测控,将低轨卫星收到的数据发送给用户中心的过程。也即,用户中心在数据传输计划对应的时段接收低轨卫星转发的用户目标发送数据。
[0059] 可选地,按照通信计划前1小时的约束、通信计划后的约束分别规划星上载荷控制计划以及数据传输计划,并将各计划发送给地面用户中心。
[0060] 在一种可选的实施方式中,本发明方法还包括如下内容:
[0061] 周期性监测低轨卫星的星下点轨迹;在确定低轨卫星的星下点轨迹超出目标轨道的星下点轨迹网的边界的情况下,基于低轨卫星的当前轨道和目标轨道,更新低轨卫星的轨道控制策略,以使低轨卫星对用户目标进行常态化覆盖。
[0062] 也就是说,在发现卫星轨道超出图3中示例的轨迹“管道”边界时,按照前期规划的符合所需轨道特性的目标轨道,再次开展轨道控制策略的计算并完成轨道控制,以控制低轨卫星实现对用户目标的常态覆盖。
[0063] 综上,本发明实施例基于低轨通信卫星的轨道特性,根据用户目标的位置坐标、时段以及其数据收发能力,开展轨道分析,提出了一种综合考虑卫星通信规划与轨道维持的方法,可以在低轨卫星数量不足时提升对特定用户目标的保障效能,同时还实现了卫星通信和轨道维持一体规划,使卫星能够基于有限的燃料提供尽可能长时间的卫星通信保障服务,优化了卫星的长期管理效能。进一步地,在本发明实施例的基础上,通过合理规划地面目标的位置,还可以保障多目标的通信需求。
[0064] 实施例二
[0065] 本发明实施例还提供了一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制装置,该装置主要用于执行上述实施例一所提供的低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法,以下对本发明实施例提供的装置做具体介绍。
[0066] 图5是本发明实施例提供的一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制装置的功能模块图,如图5所示,该装置主要包括:第一获取模块10,第一确定模块20,第二确定模块30,控制模块40,其中:
[0067] 第一获取模块10,用于获取低轨卫星的当前轨道、用户目标的位置坐标和用户目标的数据收发覆盖范围。
[0068] 第一确定模块20,用于基于低轨卫星的当前轨道、用户目标的位置坐标和数据收发覆盖范围,确定低轨卫星的目标轨道;其中,用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,且星下点轨迹网的边界与用户目标之间的距离小于第一阈值。
[0069] 第二确定模块30,用于基于当前轨道和目标轨道,确定低轨卫星的轨道控制策略。
[0070] 控制模块40,用于基于轨道控制策略控制低轨卫星的轨道状态,以使控后轨道与目标轨道之间的误差小于第二阈值。
[0071] 本发明实施例提供了一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制装置,该装置根据低轨卫星的当前轨道、用户目标的位置坐标和用户目标的数据收发覆盖范围,确定低轨卫星的目标轨道,其中,用户目标位于低轨卫星在目标轨道时的星下点轨迹网的中心,且星下点轨迹网的边界与用户目标之间的距离小于第一阈值,从而使得低轨卫星对用户目标的服务保障时间段最长、通信次数最多,进而利用单颗低轨卫星实现了对用户目标的常态化通信保障,同时,该方法将卫星通信和轨道维持进行了一体规划,在实现保障用户目标通信的同时,还能使得卫星的燃料消耗尽可能少,优化卫星的长期管理效能。
[0072] 可选地,控制模块具体用于:
[0073] 利用轨道控制策略控制低轨卫星的轨道状态,得到控后轨道。
[0074] 计算控后轨道与目标轨道之间的误差,得到轨道误差。
[0075] 判断轨道误差是否小于第二阈值。
[0076] 若是,则维持控后轨道。
[0077] 若否,则基于控后轨道和目标轨道,调整低轨卫星的轨道控制策略,直至控后轨道与目标轨道之间的误差小于第二阈值。
[0078] 可选地,装置还包括:
[0079] 第二获取模块,用于获取用户目标的请求通信的第一时间段和低轨卫星的测控计划。
[0080] 计算模块,用于通过对目标轨道进行轨道外推,以计算低轨卫星覆盖用户目标的数据收发覆盖范围的第二时间段。
[0081] 第三确定模块,用于基于第一时间段和第二时间段,确定低轨卫星和用户目标的通信计划。
[0082] 第四确定模块,用于基于通信计划和测控计划,确定星上载荷控制计划和低轨卫星与用户中心之间的数据传输计划。
[0083] 可选地,装置还包括:
[0084] 监测模块,用于周期性监测低轨卫星的星下点轨迹。
[0085] 更新模块,用于在确定低轨卫星的星下点轨迹超出目标轨道的星下点轨迹网的边界的情况下,基于低轨卫星的当前轨道和目标轨道,更新低轨卫星的轨道控制策略,以使低轨卫星对用户目标进行常态化覆盖。
[0086] 实施例三
[0087] 参见图6,本发明实施例提供了一种电子设备,该电子设备包括:处理器60,存储器61,总线62和通信接口63,所述处理器60、通信接口63和存储器61通过总线62连接;处理器
60用于执行存储器61中存储的可执行模块,例如计算机程序。
[0088] 其中,存储器61可能包含高速随机存取存储器(RAM,Random Access Memory),也可能还包括非易失性存储器(non‑volatile memory),例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口63(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接,可以使用互联网,广域网,本地网,城域网等。
[0089] 总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线数据总线、控制总线等。为便于表示,图6中仅用一个双向箭头表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0090] 其中,存储器61用于存储程序,所述处理器60在接收到执行指令后,执行所述程序,前述本发明实施例任一实施例揭示的过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器60中,或者由处理器60实现。
[0091] 处理器60可能是一种集成电路芯片,具有信号的处理能力。在实现过程中,上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器60可以是通用处理器,包括中央处理器(Central Processing Unit,简称CPU)、网络处理器(Network Processor,简称NP)等;还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing,简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,简称ASIC)、现成可编程阵列(Field‑Programmable Gate Array,简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成,或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器,闪存、只读存储器,可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61,处理器60读取存储器61中的信息,结合其硬件完成上述方法的步骤。
[0092] 本发明实施例所提供的一种低轨卫星通信与轨道维持的一体化控制方法和装置的计算机程序产品,包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质,所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法,具体实现可参见方法实施例,在此不再赘述。
[0093] 另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0094] 所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0095] 应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0096] 在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0097] 此外,术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
[0098] 在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0099] 最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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