[发明专利]多波束分区扫描提升全空域测控通信随遇接入性能的方法

说明书

本发明公开的一种多波束分区扫描提升全空域测控通信随遇接入性能的方法，旨在提供一种采用多波束分区扫描，可增加全空域多目标测控通信系统吞吐量、降低星载设备复杂度、提高接入实时性的随遇接入方法。通过下述技术方案予以实现：作为接入节点的全空域多目标测控通信系统，采用前向多波束扫描+返向全景固定波束接入模式；接入节点通过激活N个阵元形成前向扫描波束，用于承载广播消息、接入响应消息、寻呼消息、身份认证消息等，利用多个前向扫描波束固定驻留或者弹性驻留方式实现控制信道全空域覆盖；接入节点通过激活M个阵元形成返向全景固定波束，用于承载接入申请消息、寻呼响应消息、业务申请消息等，利用多个返向全景固定波束实现控制信道同时全空域覆盖。

技术领域

本发明涉及一种应用于空天信息系统，适用于全空域多目标测控通信设备，可增加系统吞吐量、降低星载设备复杂度、提高接入实时性的随遇接入模式。

背景技术

随着航天技术的快速发展,立方星等小型卫星得到快速发展与部署，以商业、侦察等用途为主的中小型航天器系统多采用星座部署式的系统架构，空间操控管理对象急剧增多。传统的地面主导计划接入模式将面临巨大压力，暴露出工作效率低、实时性不强、故障发现和应急抢救不及时等方面的问题，严重影响到网络的运行效率。在该应用场景下，需建立一种适应大航天时代的灵活接入模式，提升测控通信网络运行效率。

此外，随着新型智能用户平台的技术发展，卫星平台将会向在轨自主管理的方向发展(如0.3m分辨率光学成像卫星)，催生出天地协同任务驱动模式。在该模式下，星上自主判断卫星运行是否正常，出现异常后卫星主动发起回传，实时向用户中心提供平台运行的综合态势信息，以减少地面人工判断和管理的工作量；除了星上自主健康管理，卫星亦可根据侦察、遥感等数据量承载情况，主动发起业务服务申请，将数据及时卸载并回传至用户中心；用户除了为自身数据传输任务需求直接提出数据传输使用申请，也可实现多个用户目标协同应用，即由某一个用户目标提出其他用户目标协同工作的使用需求，通过测控通信系统向相应协同工作用户目标发送任务计划，调用数传资源支持其业务数据的传输。但是，目前传统计划接入并不支持天地协同任务驱动模式。

借鉴地面移动通信思想，美国NASA空间通信与导航(Space Communications andNavigations,SCaN)制定了2025年及以后的下一代近地通信与导航架构，提供距地球2M公里以内的通信与导航服务，即空间移动网络(Space Mobile Network,SMN)。SMN利用地面移动无线网技术，将航天器通信从静态的、预先计划的通信方法向动态、任务驱动、面向服务的基于网络的通信方法转变，实现网络用户拥有类似于地球移动无线智能手机用户的服务体验。其中涉及到的用户发起服务(UIS)是一种新型调度服务，允许任务航天器直接通过一种自动化资源分配系统发起资产分配请求；航天器不仅可以请求服务时间窗口，还可以请求定制带宽，从而提高网络和系统的效能；航天器通过信令通道和数据通道进行UIS握手完成服务获取。

近几年我国也积极开展了航天测控通信系统随遇接入技术研究。借鉴地面蜂窝移动通信思想，卫星与接入节点之间在业务信道的基础上，额外建立一种低码率、同时全空域覆盖的专用控制信道，实现航天器始终处于网络在线状态。通过专用控制信道，接入双方获取所需的各类信息(接入申请信息、基本状态信息等)，自主配置完成接入，为减少计划驱动，提高测控数传任务的实时性提供有力保障。其中全空域多目标测控通信设备作为地基接入节点的唯一形态，其随遇接入模式设计尤为重要，直接影响测控通信网络的运行效率及服务效能。因此，本发明基于现有的前返向全景固定波束接入模式，设计一种采用多波束分区扫描提升全空域测控通信随遇接入性能的方法，实现航天器高效率接入空天信息系统。

发明内容

本发明的目的是针对大航天时代灵活接入、天地协同任务驱动、突发事件快速响应等需求，基于现有的前返向全景固定波束接入模式，提供一种采用多波束分区扫描，可增加全空域多目标测控通信系统吞吐量、降低星载设备复杂度、提高接入实时性的随遇接入方法。