[发明专利]一种多星协同对地通信系统和通信方法

权利要求书

1.一种多星协同对地通信系统，其特征在于，包括多颗在轨卫星和地面终端，所述在轨卫星包括星间互联单元、对地低速接收单元、对地高速发送单元，所述地面终端包括导航定位单元、对星高速接收单元和对星低速发送单元，其中：

所述星间互联单元用于多颗卫星之间的互联互通、时间同步和频率同步；

所述对地低速接收单元用于卫星接收来自地面终端的数据请求及状态信息；

所述对地高速发送单元用于卫星向地面终端发送高速数据；

所述导航定位单元用于获取地面终端的位置信息；

所述对星高速接收单元用于地面终端接收来自卫星的高速数据；

所述对星低速发送单元用于地面终端向卫星发送数据请求及状态信息。

2.根据权利要求1所述的多星协同对地通信系统，其特征在于，所述多颗在轨卫星为高、中、低轨任意轨道卫星。

3.根据权利要求2所述的多星协同对地通信系统，其特征在于，所述地面终端为移动终端或者固定终端。

4.一种利用如权利要求1至3中任一项所述的多星协同对地通信系统实施的多星协同对地通信方法，其特征在于，所述多星协同对地通信方法包括：

步骤1：地面终端向卫星发出数据请求信息和状态信息，其中，所述地面终端采用对星低速发送单元向卫星发出数据请求信息和状态信息；所述数据请求信息包括地面终端编码标识、目标卫星标识、数据块标识；所述状态信息包括时标信息、与时标对应的位置信息和对星高速接收单元的信道强度标识，所述时标信息、所述与时标对应的位置信息由导航定位单元获得，所述对星高速接收单元的信道强度标识由所述对星高速接收单元计算得到；

步骤2：多颗卫星之间建立时间同步，具体包括：

S21：多颗在轨卫星采用各自的对地低速接收单元接收并解析来自地面终端的数据请求信息和状态信息；

S22：与所述地面终端数据请求的目标卫星标识一致的卫星设为主卫星，记为S₀；与目标卫星标识不一致的卫星均设为从卫星，记为S₁，S₂，……，S_n；

S23：所述主卫星S₀的星间互联单元设置为发送模式；所述从卫星S₁，S₂，……，S_n的星间互联单元设置为接收模式；

S24：主卫星S₀采用双单向测量方法分别与从卫星S₁，S₂，……，S_n建立时间同步；得到主卫星S₀与从卫星S₁，S₂，……，S_n之间的相对距离r₀₁,r₀₂,r₀₃,…,r_0n和相对钟差Δt₀₁,Δt₀₂,Δt₀₃,…,Δt_0n；

步骤3：多颗卫星之间建立频率同步，具体包括：

S31：主卫星S₀向从卫星S₁，S₂，……，S_n广播频率基准信号，所述基准信号的频率为f₀；

S32：从卫星S₁，S₂，……，S_n采用锁相环跟踪主卫星S₀广播的基准信号；

S33：从卫星S₁，S₂，……，S_n通过倍频器产生对地高速发送单元下行信号，所述下行信号的工作频率为f_T，倍频器的倍数设置为f_T/f₀；

步骤4：多颗卫星与地面终端建立相位同步，具体包括：

S41：多颗卫星根据对地低速接收单元收到的地面终端状态信息建立相位粗同步，获得相位粗同步的值

S42：多颗卫星通过对地高速发送单元向地面终端发送信道标校信号，信道标校信号的工作频率为f_T，相位初值为发送的信道标校信号记为

式中，表示发送的信号幅度；

S43：地面终端接通过对星高速接收单元接收信道标校信号，并对信号强度进行实时计算，其中

接收到的信道标校信号表示为：

其中，为经过星地传输链路传输衰减后的信号幅度，φ_i为经过星地传输链路传输后信号时延带来的相位变化；

接收到的信道标校信号强度为：

将此时的信道标校信号强度记为A₀；

S44：多颗卫星在发送的信道标校信号中添加随机相位扰动，随机相位扰动的大小为δ_i，此时发送的信道标校信号变为：

S45：地面终端接收到添加随机相位扰动后的信道标校信号，对信号强度进行计算，得到新的信道标校信号为：

相应的接收到的信道标校信号强度为：

将此时的信道标校信号强度记为A₁；

S45：比较信道标校信号强度变化，并根据比较结果，记录信道强度标识，地面终端通过对星低速发送单元将信道强度标识反馈给卫星，具体包括：

当A₀≥A₁时，A₀不变，信道强度标识记为0；

当A₀＜A₁时，A₀＝A₁，信道强度标识记为1；

S46：多颗卫星通过对地低速接收单元接收到信道强度标识后，对发送相位进行调整，具体包括：

若信道强度标识为0时，则不调整卫星粗同步的值

若信道强度标识为1时，则调整卫星粗同步的值调整方法为：

S47：选取相位同步系数λ，判定多颗卫星与地面终端建立相位同步状态，具体包括：

若则多颗卫星与地面终端建立相位同步，进入步骤5，此时多颗卫星对地高速发送单元的相位记为

若则多颗卫星未与地面终端建立相位同步，重复步骤S44～S47；

步骤5：多颗卫星之间协同对地发送在轨数据，具体包括：

多颗卫星按照相位值发送调制信号，调制信号的数据块根据所述数据请求信息中的数据块标识确定。