[发明专利]一种多星协同对地通信系统和通信方法

说明书

本发明公开了一种多星协同对地通信系统和通信方法。该系统包括：多颗在轨卫星和地面终端。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；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。该通信方法包括：地面终端向卫星发出数据请求信息和状态信息；多颗卫星之间建立时间同步；多颗卫星之间建立频率同步；多颗卫星与地面终端建立相位同步；多颗卫星之间协同对地发送在轨数据。该方法通过多颗卫星协同共同将在轨数据发送到地面终端，可以有效提升对地通信的容量和传输效率。

技术领域

本发明属于卫星通信与网络技术领域，具体涉及一种多星协同对地通信系统和通信方法。

背景技术

近年来，在商业航天方面，以“一网(OneWeb)”、“星链(Starlink)”、“柯伊伯(Kuiper)” 等为代表的低轨星座网络商业计划与5G、IoT、人工智能等时代概念同频共振，推动千颗万 颗规模的巨量通信星座逐步从狂想变为现实，卫星通信在人类生产和生活中的作用越来越大。 由于大规模巨星星座的蓬勃建设，全球任意地面上空均可看到大量的通信卫星。通过这些卫 星之间的协同，可以构建高增益的星地链路，为地面应用提供大容量的信息传输。

然而，在卫星通信过程中，由于在轨卫星受到功率体积的限制，普遍天线增益低、传输 能力弱。在加上星地传输链路通常在上千公里，甚至可达到几万公里，信号衰减较大。如何 提高星地通信的传输容量是卫星通信广泛使用的一个突出问题。

为解决上述问题，专利申请号为202110213278.7的中国发明专利申请提出了一种星地协 同通信系统多星多级缓存分配方法，充分利用星地协同通信系统中的多星多级缓存架构，通 过多级边缘服务器之间的协同，以及多个卫星边缘服务器之间的协同，减小星地协同通信系 统中内容服务延时，保障用户延时敏感业务的传输。但该方法并没有提高星地通信的传输容 量，也未解决或缓解在轨卫星传输能力弱的问题。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，在本发明的一个方面，提供了一种多星协同对 地通信系统，包括多颗在轨卫星和地面终端。所述在轨卫星又包括星间互联单元、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。

进一步地，在上述多星协同对地通信系统中，所述多颗在轨卫星为高、中、低轨任意轨 道卫星。

进一步地，在上述多星协同对地通信系统中，所述地面终端为移动终端或者固定终端。

为解决上述现有技术中存在的技术问题，在本发明的另一个方面，提供了一种利用上述 多星协同对地通信系统实施的多星协同对地通信方法，所述通信方法包括：

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：