本發(fā)明涉及一種適用于中軌中繼衛(wèi)星的隨遇接入測(cè)控方法，能夠應(yīng)用在基于中軌中繼衛(wèi)星的航天器中繼通信與測(cè)控，屬于航天器測(cè)量與控制。

背景技術(shù)：

1、目前，航天器接入測(cè)控鏈路的方法主要包括兩種：一種是由地面站按照任務(wù)調(diào)度接入的方法，另一種是航天器隨遇接入的方法。然而，隨著低軌航天器數(shù)量的快速增長，航天器測(cè)控和管理的任務(wù)量也在成指數(shù)型的增加。由地面站根據(jù)任務(wù)調(diào)度，需要人工干預(yù)的方法將變得復(fù)雜甚至難以完成，因此采用航天器隨遇接入，減少對(duì)地面測(cè)控管理的依賴，提高測(cè)控管理的自動(dòng)化水平是解決這一問題的唯一途徑。

2、目前我國在航天器測(cè)控領(lǐng)域采用的隨遇接入方法有兩種：一種是地基測(cè)控隨遇接入方法，另一種是基于geo中繼衛(wèi)星的全景波束方法。

3、一、地基測(cè)控隨遇接入方法

4、地基隨遇測(cè)控方法指的是在航天器進(jìn)入地基測(cè)控網(wǎng)天線波束覆蓋范圍內(nèi)，即可自動(dòng)接入測(cè)控網(wǎng)絡(luò)開展測(cè)控服務(wù)。地基測(cè)控隨遇接入有以下特點(diǎn)：(1)服務(wù)覆蓋范圍受限于地面站可視弧段；(2)隨遇接入用于接入信道，接入后再轉(zhuǎn)入業(yè)務(wù)信道；(3)隨遇接入的流程復(fù)雜，航天器終端需要入網(wǎng)申請(qǐng)和離網(wǎng)申請(qǐng)。(4)地面站需要持續(xù)發(fā)送廣播信息，以維持接入鏈路。

5、二、基于geo中繼衛(wèi)星的全景波束方法

6、全景波束是通過靜態(tài)波束交疊組合形成，對(duì)可見區(qū)域形成在時(shí)間和空間上的連續(xù)覆蓋。位于geo軌道的中繼衛(wèi)星將sma(s-band?multiple?access)相控陣天線陣元接收到的全部帶內(nèi)信號(hào)，通過下行饋電鏈路傳送到地面站，在地面站通過地基數(shù)字波束形成(gdbf)技術(shù)，能夠形成蜂窩狀的廣域靜態(tài)波束，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全球的覆蓋?；趃eo中繼衛(wèi)星的全景波束方法具有以下特點(diǎn)：(1)全景波束僅適用于返向測(cè)控鏈路。(2)全景波束為靜態(tài)波束，中繼衛(wèi)星必須位于geo軌道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于中軌中繼衛(wèi)星的隨遇接入方法，實(shí)現(xiàn)了低軌航天器可以隨遇接入基于中軌中繼衛(wèi)星的測(cè)控鏈路。低軌用戶航天器在全部軌道弧段內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)周期性的狀態(tài)匯報(bào)，并通過向中繼衛(wèi)星申請(qǐng)的方法，由中繼衛(wèi)星自主分配測(cè)控鏈路資源，實(shí)現(xiàn)與地面站或者其他用戶航天器的通信。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

3、一種適用于中軌中繼衛(wèi)星的隨遇接入測(cè)控方法，包括：

4、中軌中繼衛(wèi)星在星上預(yù)存并維護(hù)一份用戶航天器列表，所述用戶航天器列表中包括用戶航天器的軌道根數(shù)、用戶航天器使用的擴(kuò)頻碼以及用戶航天器的鑒權(quán)信息；

5、中軌中繼衛(wèi)星根據(jù)用戶航天器的軌道根數(shù)，計(jì)算用戶航天器實(shí)時(shí)位置，自動(dòng)控制多波束天線的返向跟蹤波束依次指向服務(wù)區(qū)內(nèi)不同的用戶航天器；

6、中軌中繼衛(wèi)星捕獲并跟蹤用戶航天器上用戶終端發(fā)送的短報(bào)文信號(hào)，由星上測(cè)控載荷對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼，并根據(jù)短報(bào)文中的鑒權(quán)數(shù)據(jù)判定用戶航天器的合法性；

7、中軌中繼衛(wèi)星根據(jù)合法用戶航天器的用戶終端發(fā)送的短報(bào)文信息，判定短報(bào)文的類型，當(dāng)短報(bào)文為周期性狀態(tài)匯報(bào)短報(bào)文時(shí)，將解調(diào)后的周期性狀態(tài)匯報(bào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到地面站，并結(jié)束本次服務(wù)；當(dāng)短報(bào)文為資源申請(qǐng)短報(bào)文時(shí)，中軌中繼衛(wèi)星為用戶航天器分配鏈路資源，建立中繼測(cè)控鏈路，并且在中繼測(cè)控鏈路建立后發(fā)送資源計(jì)劃短報(bào)文到用戶航天器，中軌中繼衛(wèi)星在鏈路建立時(shí)即分配中繼鏈路的時(shí)長，當(dāng)分配時(shí)長結(jié)束后，自動(dòng)釋放中繼鏈路資源，結(jié)束服務(wù)。

8、優(yōu)選的，中軌中繼衛(wèi)星在每一次服務(wù)開始的時(shí)候，檢索服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶航天器列表，找到當(dāng)前的服務(wù)對(duì)象；對(duì)于同等優(yōu)先級(jí)的用戶，以輪詢的方式，依次為每一個(gè)用戶航天器提供測(cè)控服務(wù)。

9、優(yōu)選的，用戶航天器的用戶終端在工作過程中，需要持續(xù)不斷的發(fā)送短報(bào)文信號(hào)，以便于中軌中繼衛(wèi)星在將返向跟蹤波束指向用戶航天器的用戶終端后，能夠立刻接收到短報(bào)文信息。

10、優(yōu)選的，用戶航天器的用戶終端與中軌中繼衛(wèi)星之間的前、返向短報(bào)文信號(hào)，采用bpsk+相干擴(kuò)頻的調(diào)制方式，不同的用戶航天器采用碼分多址，結(jié)合相控陣波束空分的方式加以區(qū)分。

11、優(yōu)選的，不同類型的短報(bào)文數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一的格式和長度，均包括同步段、數(shù)據(jù)段兩部分，同步段用于捕獲和同步信號(hào)，數(shù)據(jù)段包含用戶航天器鑒權(quán)數(shù)據(jù)、短報(bào)文類型及其他數(shù)據(jù)。

12、優(yōu)選的，中軌中繼衛(wèi)星在收到某用戶航天器的用戶終端發(fā)送的周期性狀態(tài)匯報(bào)短報(bào)文信息后，如果中軌中繼衛(wèi)星在境內(nèi)可見弧段，則通過中軌中繼衛(wèi)星的星地饋電鏈路將解調(diào)后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到地面站；如果中軌中繼衛(wèi)星不在境內(nèi)可見弧段，則先通過星間鏈路發(fā)送到相鄰的中軌中繼衛(wèi)星，當(dāng)解調(diào)后的數(shù)據(jù)傳遞到位于境內(nèi)可見弧段的中軌中繼衛(wèi)星時(shí)，由該中軌中繼衛(wèi)星將解調(diào)后的數(shù)據(jù)通過星地饋電鏈路發(fā)送到地面站。

13、優(yōu)選的，資源申請(qǐng)短報(bào)文包括兩種，一種是僅申請(qǐng)返向鏈路資源，信息傳遞方向?yàn)橛脩艉教炱?>中繼衛(wèi)星->地面站；一種是申請(qǐng)雙向鏈路資源，信息傳遞方向?yàn)橛脩艉教炱鱝<->中繼衛(wèi)星<->用戶航天器b或地面站。

14、優(yōu)選的，中軌中繼衛(wèi)星根據(jù)資源情況判斷用戶航天器的資源申請(qǐng)是否批準(zhǔn)，當(dāng)能夠滿足用戶航天器的資源申請(qǐng)時(shí)，為用戶航天器分配中繼鏈路資源，并直接確定資源使用時(shí)長；中軌中繼衛(wèi)星為用戶航天器分配鏈路資源和時(shí)長后，將多波束天線的發(fā)射波束指向用戶航天器，向用戶航天器發(fā)送資源計(jì)劃短報(bào)文，資源計(jì)劃短報(bào)文中包含鏈路資源分配時(shí)長，在分配時(shí)長結(jié)束后，中軌中繼衛(wèi)星自動(dòng)斷開鏈路，釋放資源，用戶航天器自動(dòng)離網(wǎng)。

15、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

16、(1)目前國內(nèi)外使用的中繼衛(wèi)星(tdrs)系統(tǒng)均由同步軌道中繼衛(wèi)星組成，中繼衛(wèi)星軌道位置相對(duì)受限。本發(fā)明可以用于中軌中繼衛(wèi)星組成的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，中繼衛(wèi)星不需要占用同步軌道資源，可根據(jù)任務(wù)量增加中繼衛(wèi)星的數(shù)量，具有更廣泛的適應(yīng)性。

17、(2)本發(fā)明中，對(duì)于用戶航天器的周期性狀態(tài)匯報(bào)產(chǎn)生的接入需求，可以通過一次返向短報(bào)文的傳輸實(shí)現(xiàn)。周期性狀態(tài)匯報(bào)是航天器測(cè)控最主要的需求，在測(cè)控?cái)?shù)據(jù)傳輸中的占比超過90％。相比較地基測(cè)控隨遇接入需要先握手再轉(zhuǎn)入業(yè)務(wù)信道的方法，本方法極大的提高了中繼衛(wèi)星系統(tǒng)在天基測(cè)控應(yīng)用中的效率。

18、(3)目前地基測(cè)控隨遇接入方法僅限于境內(nèi)的地面測(cè)控站，對(duì)于一顆軌道高度為500km的低軌衛(wèi)星，其可見弧度不足總弧度的5％。本發(fā)明是一種基于中軌中繼衛(wèi)星的隨遇接入方法，通過多顆中軌中繼衛(wèi)星組成星座，可以滿足用戶航天器全時(shí)全域的測(cè)控需求。

19、(4)本發(fā)明中，相比較于地基測(cè)控隨遇接入方法，中軌中繼衛(wèi)星在接入時(shí)即分配中繼鏈路資源使用的時(shí)長，時(shí)間結(jié)束后用戶航天器自動(dòng)離網(wǎng)，簡化了在中軌中繼衛(wèi)星上處理離網(wǎng)申請(qǐng)的流程。

20、(5)本發(fā)明中，相比較于地基測(cè)控隨遇接入方法，中軌中繼衛(wèi)星不需要持續(xù)發(fā)送一個(gè)廣播信號(hào)，可以降低功耗和對(duì)空間電磁環(huán)境的影響。

21、(6)本發(fā)明中，由中繼衛(wèi)星直接處理用戶航天器的資源請(qǐng)求，既可以實(shí)現(xiàn)返向鏈路的單向數(shù)據(jù)傳輸，也可以實(shí)現(xiàn)前、返向鏈路的雙向數(shù)據(jù)傳輸。其中雙向測(cè)控鏈路不僅可以用于低軌航天器和地面站之間的測(cè)控，也可用于不同低軌航天器之間的星間協(xié)同作業(yè)，具備更廣泛的應(yīng)用前景。