[发明专利]多轨道卫星联合组网系统及卫星通信方法

说明书

本发明提供了一种多轨道卫星联合组网系统，包括高轨卫星及与其通信的中轨道卫星或者低轨道卫星，所述高轨卫星、中轨道卫星或者低轨道卫星上均设有实现通信的半全向天线，所述高轨卫星的半全向天线向下发射，所述中轨道卫星或者低轨道卫星的半全向天线向上发射。本发明还提供了一种卫星通信方法，将卫星间的星间通信链路协议设计为分时隙的应答确认与退避机制。本发明的有益效果是：提出了具体的通信协议，实现了多层轨道卫星网络的组网与通信。

技术领域

本发明涉及通信方法，尤其涉及一种多轨道卫星联合组网系统及卫星通信方法。

背景技术

高轨通信卫星：特指地球同步轨道通信卫星。用位于赤道上方35800km的对地同步卫星开展通信业务的条件。在这个高度上，一颗卫星可以覆盖三分之一个地球，形成一个区域性通信系统，该区域性通信系统可以为其卫星覆盖范围内的任何地点提供服务。静止卫星上的天线所辐射的电波，对地球的覆盖区域基本是稳定的，在这个覆盖区内，任何地球站之间可以实现24小时不间断通信。因此,同步轨道静止卫星主要用于陆地固定通信，如电话通信、电视节目的转播等，但也用于海上移动通信，不过，它不象陆上蜂窝移动通信那样有那么多的基站，只有卫星是一座大的空中中继，移动业务交换中心依然设在岸上（称为岸站，或地面站或地球站、关口站、信关站）。海上移动终端之间（即船舶与船舶之间）的通信，需经卫星两跳后才能实现，例如，如果甲船需同乙船联系，那么，甲船将信号发至卫星，经卫星一跳到达岸站上的移动业务交换中心，然后，岸站又将信号发至卫星，再经卫星一跳到达乙船。

低轨卫星星座：即低轨道卫星系统，一般是指多个卫星构成的的大型的卫星系统，其中卫星的分布称之为卫星星座。低轨道卫星可以用于通讯，卫星的轨道高度低使得传输延时短，路径损耗小。多个卫星组成的通讯系统可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效。蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。低轨道卫星是近年兴起的卫星移动通信系统。由于低轨卫星和地球不同步，所以星座在不断的变化，各卫星的相对位置也在不断的变化之中。

天线波束：天线方向图的主瓣。通信时，收发信机的天线方向要对准。波束越宽越容易相互对准，但波束宽代表能收到信号的方向角大，更容易受到其他卫星信号的干扰。

地球同步轨道位置资源稀缺：由于地球上空的同步轨道只有一个，为了防止同步轨道上的卫星信号之间的相互干扰，国际电联（ITU）曾规定每两颗同步卫星之间至少要有3°的间隔，这样整个同步轨道最多只能同时容纳120颗同步卫星。现在为了提高同步轨道的利用率，采用2°的间隔，故可同时容纳180颗同步卫星，这其中还包括了大量可用性不高的海洋上空的位置。

通信卫星是实现全球通信覆盖的最有效方案之一，目前成熟的通信卫星系统主要以同步地球轨道卫星（高轨卫星）为主，如国际海事卫星组织（Inmarsat）、国际通信卫星组织（Intelsat）等，承担了主要的卫星通信任务。此外，也有一些低轨通信卫星组成星座为地面用户提供通信服务，如铱星系统（Iridium）。但目前各高轨卫星系统和低轨卫星系统都是独立成网，互相间并无联系。

亚太系列卫星是我国自主可控的面向国际服务的高轨通信卫星，目前已成熟运行多年，近期，我国中国航天科技集团、中国航天科工集团启动低轨通信卫星星座组网计划“鸿雁”和“虹云”，这使我国未来将同时拥有了高轨和低轨通信卫星。

高轨卫星和低轨卫星各有优势和不足，同步轨道的高轨卫星能够稳定保持在固定区域的上空，且覆盖面大，三颗卫星便可覆盖全球，具有广覆盖、连接稳定的优势；但由于卫星距离地球遥远，导致通信传播时延明显；同时，由于卫星与地球的相对位置是赤道上空的固定位置，导致所有的地球同步轨道卫星都无法有效覆盖两极地区；最后，由于地球同步轨道位置稀缺，频率资源有限，即使近年来高通量卫星投入使用，但有限数量的地球同步轨道卫星仍然无法满足日益增长的通信需求，且缺口巨大。