航天器与舱外目标设备的通信方法与流程

本发明涉及一种通信方法，尤其涉及一种航天器与舱外目标设备的通信方法。

背景技术：

随着载人航天任务的蓬勃发展，出舱活动成为载人航天任务的特色。出舱通信作为出舱活动的支撑技术，负责完成进行出舱活动的航天员与载人航天器之间的双向实时通信，传输语音、控制指令和生理遥测等数据。随着出舱活动范围的扩展和载人航天器规模的增加，出舱通信面临多径干扰、通信“死角”等问题，降低了出舱通信的通信质量，给进行出舱活动的航天员带来了“失联”的安全隐患。

例如，授权公告号为cn103336285b，名称为“检测虚假卫星导航信号的电路、方法及卫星导航接收设备”的发明专利公开了一种方案。其中，该电路包括串联的解扩单元和解调单元，解调单元的载波跟踪环路中的鉴相器连接检测器，该检测器包括串联的频域转换电路、特征量计算电路和检测判决电路。该检测器对鉴相器的输出信号进行频域分析，计算特征量，再与预设门限比较来识别是否存在虚假卫星导航信号。由于本方案中采取特征量与门限比较的方法只能判断出卫星信号是否存在虚假情况，不能满足在空间中航天器与周围目标设备之间建立稳定通信链路的需要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种航天器与舱外目标设备的通信方法，解决航天器于舱外目标设备之间通信质量差的问题。

为实现上述发明目的，本发明提供一种航天器与舱外目标设备的通信方法，包括：

s1.航天器的多路通信天线以预定时间间隔分别向所述航天器的舱外的目标设备发送前向信号码片；

s2.所述目标设备接收所述前向信号码片，并且所述目标设备将所述前向信号码片的峰值与门限比较；

s3.所述目标设备将各路通信天线发射的且峰值达到门限的所述前向信号码片合并，并基于合并结果生成评估信号码片，向所述航天器发送；

s4.所述航天器接收所述评估信号码片，并向所述目标设备返回确认信息，以使所述目标设备与所述航天器建立通信连接。

根据本发明的一个方面，所述目标设备接收所述前向信号码片，并且所述目标设备将所述前向信号码片的峰值与门限比较的步骤中包括：

s21.所述目标设备通过逐比特地将接收到的各路通信天线发送的前向信号码片的峰值与所述门限进行比较，以获取第一个大于门限的峰值；

s22.以第一个大于门限的峰值为基础获取与具有第一个大于门限的峰值的前向信号码片相邻的一个或多个所述前向信号码片中的峰值；

s23.对各路通信天线发送的所述前向信号码片中的峰值与所述门限比较。

根据本发明的一个方面，所述目标设备将各路通信天线发射的且峰值达到门限的所述前向信号码片合并，并基于合并结果生成评估信号码片，向所述航天器发送的步骤中包括：

s31.所述目标设备对合并后的所述前向信号码片进行crc校验；

s32.根据crc校验结果，所述目标设备生成带有扩频码的评估信号码片，向所述航天器发送；所述评估信号码片包括第一ack信号或第一nack信号，其中，第一ack信号表示crc校验结果正确，代表当前链路正常，第一nack信号表示crc校验结果错误，代表当前链路错误，所述扩频码用于标识所述目标设备。

根据本发明的一个方面，所述目标设备生成评估信号码片，向所述航天器发送的步骤包括：

当所述目标设备发送所述第一ack信号，所述航天器与所述舱外目标设备之间的前向链路正常；

当所述目标设备发送所述第一nack信号，且所述目标设备发送的所述第一nack信号次数小于所述航天器中设定的门限，所述航天器与所述目标设备之间的前向链路错误；

当所述目标设备发送所述第一nack信号，且所述目标设备发送的所述第一nack信号次数大于所述航天器中设定的门限，重新执行步骤s1-s3。

根据本发明的一个方面，所述航天器接收所述评估信号码片，并向所述目标设备返回确认信息，以使所述目标设备与所述航天器建立通信连接的步骤中包括，

s41.所述航天器通过多路所述通信天线接收所述评估信号码片并进行合并；

s42.所述航天器对合并后的所述评估信号码片进行校验，并根据校验结果向所述目标设备发送确认信息。

根据本发明的一个方面，所述航天器通过多路所述通信天线接收所述评估信号码片并进行合并的步骤中，包括：

s411.所述航天器通过逐比特地将各路通信天线接收到的评估信号码片的峰值与所述航天器中设置的门限进行比较，以获取大于门限的峰值；

s412.基于所述评估信号码片中的所述扩频码以及所述航天器中所存储的反向同步码，将各路通信天线中具有大于所述门限的峰值的所述评估信号码片相匹配，其中，所述扩频码与所述反向同步码一一对应；

s413.所述航天器将相匹配的所述评估信号码片合并。

根据本发明的一个方面，所述航天器对合并后的所述评估信号码片进行校验，并根据校验结果向所述目标设备发送确认信息的步骤中包括：

s421.所述航天器对合并后的所述评估信号码片进行crc校验；

s422.根据crc校验结果，所述航天器生成确认信息，并向所述目标设备发送；所述确认信息包括第二ack信号或第二nack信号，其中，第二ack信号表示crc校验结果正确，代表当前链路正常，第二nack信号表示crc校验结果错误，代表当前链路错误。

根据本发明的一个方面，所述航天器生成确认信息，并向所述目标设备发送的步骤中还包括：

当所述航天器发送第二ack信号，所述目标设备与所述航天器之间的返向链路正常；

当所述航天器发送第二nack信号，且所述航天器发送第二nack信号的次数小于所述目标设备中设定的门限，所述目标设备与所述航天器之间的返向链路错误；

当所述航天器发送第二nack信号，且所述航天器发送第二nack信号的次数大于所述目标设备中设定的门限，重新执行步骤s4。

根据本发明的一个方面，所述航天器与所述目标设备之间通信采用全双工方式，并且全双工方式采用频分双工方式；

所述航天器与所述目标设备之间的通信体制采用直扩码分多址方式。

根据本发明的一个方面，所述预定时间间隔为相邻两路通信天线发送所述前向信号码片之间相差的码片时间。

根据本发明的一个方案，通过在航天器的舱壁上等间隔地设置多路通信天线，有利于在环绕航天器的360°范围内均能够发送和接收信号，从而有效提高了航天器与舱外的目标设备之间通信范围的全部覆盖。通过上述设置，有效解决了舱外的目标设备与航天器之间通信链路存在的“死角”，通过提高航天器上通信天线发送和接收信号的覆盖范围，提高了目标设备与航天器之间的通信质量，进一步解决了目标设备与航天器之间“失联”的安全隐患。同时，采用收发共用的通信天线还进一步避免了通信天线功能单一收发信号不能全面覆盖航天器周围空间的问题。

根据本发明的一个方案，通过上述航天器与目标设备之间前向链路的连接设置，航天器可以通过环绕在其舱壁上的通信天线向周围发送前向信号(即前向信号码片)，将航天器周围的空间覆盖，避免产生信号发射的“死角”，避免了目标设备与航天器之间产生“失联”的情况。航天器通过相等时间间隔的错时发送信号，提高了目标设备接收信号的效率和质量，同时也为目标设备能够及时对接收的信号依次进行分析预留了时间。通过上述设置，目标设备通过将峰值达到门限的信号合并，进一步保证了目标设备能够同时接收多路通信发出的信号，提高了目标设备接收信号的稳定性，从而解决了航天器与目标设备通信链路之间的多径效应，即通过接收不同位置的通信天线发出的信号，避免了信号传输的“死角”。同时，根据本发明还进一步使得航天器舱外的目标设备的活动范围得到扩展，避免了由于“失联”问题导致的目标设备不能在大范围活动的弊端。

根据本发明的一个方案，通过上述目标设备与航天器之间返向链路的连接设置，航天器可以通过环绕在其舱壁上的通信天线接收周围的返向信号，避免了航天器一楼周围空间中的返向信号，避免产生信号接收的“死角”，避免了目标设备与航天器之间产生“失联”的情况。航天器只对达到门限的返向信号(即评估信号码片)进行选取并合并，避免了对低于门限的返向信号的处理，提高了航天器对接收信号处理的效率，节省了时间和航天器中的信号处理单元的资源。通过上述设置，航天器通过将峰值达到门限的信号合并，进一步保证了航天器能够通过多路通信天线同时接收目标设备发出的信号，提高了航天器接收信号的稳定性，从而解决了航天器与目标设备通信链路之间的多径效应，即目标设备位于航天器舱外的不同位置，目标设备发送的返向信号均能被通信天线接收，避免了信号传输的“死角”。同时，根据本发明还进一步使得航天器舱外的目标设备的活动范围得到扩展，避免了由于“失联”问题导致的目标设备不能在大范围活动的弊端。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的通信方法的步骤框图；

图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的通信方法中航天器的通信天线的布置结构图；

图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的通信方法的流程图；

图4示意性表示根据本发明的一种实施方式的通信方法的前向信号码片合并的流程图；

图5示意性表示根据本发明的一种实施方式的通信方法的评估信号码片合并的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，根据本发明的一种航天器与舱外目标设备的通信方法，包括：

s1.航天器的多路通信天线以预定时间间隔分别向所述航天器的舱外的目标设备发送前向信号码片；

s2.所述目标设备接收所述前向信号码片，并且所述目标设备将所述前向信号码片的峰值与门限比较；

s3.所述目标设备将各路通信天线发射的且峰值达到门限的所述前向信号码片合并，并基于合并结果生成评估信号码片，向所述航天器发送；

s4.所述航天器接收所述评估信号码片，并向所述目标设备返回确认信息，以使所述目标设备与所述航天器建立通信连接。

如图2所示，根据本发明的一种实施方式，航天器a的舱壁上设置有多路通信天线。在本实施方式中，航天器a舱壁上的通信天线有k(k≥1)路，取其中的一路通信天线为第一通信天线b1，按照逆时针方向依次为第二通信天线b2、......、第k通信天线bk。在本实施方式中，各路通信天线之间的间隔是相等的，即k路通信天线环绕航天器a一周，并且相邻两路通信天线之间的夹角c的角度为360°/k。在本实施方式中，各路通信天线均通过高频电缆连接到位于航天器a内部的出舱通信处理器，并且各路通信天线均能实现收发共用。通过在航天器a的舱壁上等间隔地设置多路通信天线，有利于在环绕航天器a的360°范围内均能够发送和接收信号，从而有效提高了航天器a与舱外的目标设备d之间通信范围的全部覆盖。通过上述设置，有效解决了舱外的目标设备d与航天器a之间通信链路存在的“死角”，通过提高航天器a上通信天线发送和接收信号的覆盖范围，提高了目标设备d与航天器a之间的通信质量，进一步解决了目标设备d与航天器a之间“失联”的安全隐患。同时，采用收发共用的通信天线还进一步避免了通信天线功能单一收发信号不能全面覆盖航天器a周围空间的问题。

根据本发明的一种实施方式，航天器a与目标设备d之间的通信模式为全双工模式通信。在本实施方式中，航天器a与目标设备d之间通信采用全双工方式，并且全双工方式采用频分双工方式fdd(frequencydivisionduplex)。同时，航天器a与目标设备d之间的通信体制采用直扩码分多址方式ds-cdma(direct-sequencecodedivisionmultipleaccess)。通过上述设置，保证了航天器a舱外的目标设备d能分配到相应的扩频码。尤其在航天器a的舱外分布有多个目标设备d时，每个目标设备d之间均能分配到不同的扩频码，从而比有利于目标设备d的区分。

为详细阐述本发明，结合附图对本发明的通信方法进一步说明。在本发明中前向是指航天器a向目标设备d发送信号的方向，则返向是指目标设备d向航天器a发送信号的方向。

结合图1、图2和图3所示，对步骤s1进行详细说明，根据本发明的一种实施方式，航天器a对舱外的目标设备分配扩频码后，航天器a通过其舱壁上的的k(k≥1)路通信天线(第一通信天线b1、第二通信天线b2、......、第k通信天线bk)以预定时间间隔分别向航天器a的舱外的目标设备d发送前向信号码片。需要指出的是，预定时间间隔为相邻两路通信天线发送前向信号码片之间相差的码片时间，即航天器a采用错时发送体制，即将同一个通过扩频调制后的前向信号码片，分别通过k路通信天线(第一通信天线b1、第二通信天线b2、......、第k通信天线bk)依次相差一定的时间间隔的错时发送。在本实施方式中，时间间隔为发送前向信号码片的码片时间，因此时间间隔可以设置为n(n≥1)个码片时间。由此可知k路通信天线彼此之间最大相差(k-1)*n个码片时间的时间间隔。

结合图1、图2和图3所示，对步骤s2进行详细说明，根据本发明的一种实施方式，目标设备d接收航天器a通过k路通信天线(第一通信天线b1、第二通信天线b2、......、第k通信天线bk)发送的前向信号码片。参见图4，在本实施方式中，目标设备d中自动设置接收前向信号码片的相关长度为前向信号码片帧长的整数倍。

其中，步骤s2还包括以下几步：

步骤s21，在本实施方式中，在所述目标设备d中通过逐比特地将接收到的k路通信天线发送的前向信号码片的峰值与目标设备d中设置的门限进行比较，并且获取第一个大于门限的峰值b1。

步骤s22，在本实施方式中，目标设备d以与第一个大于门限的峰值b1相对应的前向信号码片为基础，获取相邻的前向信号码片中的峰值b2、...、bk。

步骤s23，在本实施方式中，目标设备将获取的k路通信天线发送的前向信号码片中的峰值b1、b2、...、bk分别与目标设备d中设置的门限进行比较。

结合图1、图2、图3和图4所示，对步骤s3进行详细说明，根据本发明的一种实施方式，目标设备d从k路通信天线发送的前向信号码片中的峰值b1、b2、...、bk中获取达到门限值的峰值，并且目标设备d将与获取的峰值相对应的前向信号码片提取并合并。

其中，步骤s3还包括以下几步：

步骤s31，在本实施方式中，目标设备将合并的前向信号码片进行crc校验，目标设备d根据校验结果生成带有扩频码的评估信号码片。同时，目标设备d将生成的且带有扩频码的评估信号码片向航天器发送。

步骤s32，在本实施方式中，目标设备d根据crc校验结果生成评估信号码片中包括第一ack信号或第一nack信号。在本实施方式中，第一ack信号表示crc校验结果正确，代表当前链路正常，第一nack信号表示crc校验结果错误，代表当前链路错误。在本实施方式中，目标设备d向航天器a发送第一ack信号，表明航天器a与舱外的目标设备d之间的前向链路正常；目标设备d向航天器a发送第一nack信号，并且目标设备d发送的第一nack信号次数小于航天器a中设定的门限，表明航天器a与目标设备d之间的前向链路错误，但依然保持当前的前向链路；目标设备d向航天器a发送第一nack信号，并且目标设备d发送的第一nack信号次数大于航天器a中设定的门限，表明航天器a与目标设备d之间的前向链路错误，当前的前向链路断开，航天器a与目标设备d之间需要重新通过前述方式建立新的前向链路。

通过上述航天器a与目标设备d之间前向链路的连接设置，航天器a可以通过环绕在其舱壁上的通信天线向周围发送前向信号(即前向信号码片)，将航天器a周围的空间覆盖，避免产生信号发射的“死角”，避免了目标设备d与航天器a之间产生“失联”的情况。航天器a通过相等时间间隔的错时发送信号，提高了目标设备d接收信号的效率和质量，同时也为目标设备d能够及时对接收的信号依次进行分析预留了时间。通过上述设置，目标设备d通过将峰值达到门限的信号合并，进一步保证了目标设备能够同时接收多路通信发出的信号，提高了目标设备d接收信号的稳定性，从而解决了航天器a与目标设备d通信链路之间的多径效应，即通过接收不同位置的通信天线发出的信号，避免了信号传输的“死角”。同时，根据本发明还进一步使得航天器a舱外的目标设备d的活动范围得到扩展，避免了由于“失联”问题导致的目标设备d不能在大范围活动的弊端。

结合图1、图2、图3和图5所示，对步骤s4进行详细说明，根据本发明的一种实施方式，航天器a通过k路通信天线接收目标设备d发送的带有扩频码的评估信号码片。并向目标设备d返回确认信息，以使目标设备d与航天器a建立通信连接的步骤中包括：

步骤s41.航天器a通过多路通信天线接收评估信号码片并进行合并。

其中，步骤s41还包括以下几步：

步骤s411，在本实施方式中，航天器a中存储有与舱外的目标设备d相对应的返向同步码，返向同步码与目标设备d上的扩频码相对应。以第一路通信天线b1为例说明，第一路通信天线b1接收目标设备d发送的评估信号码片，航天器a通过逐比特地获取第一路通信天线b1接收到的各个评估信号码片的峰值，并且航天器a将获取的各个评估信号码片的峰值与航天器a中的门限进行比较。

步骤s412，在本实施方式中，航天器a获取达到门限的峰值，航天器a将与达到门限的峰值相对应的评估信号码片与返向同步码进行匹配，完成对接收到的评估信号码片的分类。显而易见的，航天器a通过上述方式对第二通信天线b2、......、第k通信天线bk中接收到的评估信号码片进行分类。

步骤s413，在本实施方式中，结合图1、图2、图3和图5所示，航天器a对第一路通信天线b1、第二通信天线b2、......、第k通信天线bk接收到的评估信号码片的分类后，航天器a分别对属于同一返向同步码的评估信号码片进行合并。

步骤s42.航天器a对合并后的所述评估信号码片进行校验，并根据校验结果向目标设备d发送确认信息。

其中，步骤s42还包括以下几步：

步骤s421，在本实施方式中，航天器a分别对各个合并后的评估信号码片进行crc校验，并根据各个校验结果生成相对应的确认信息。同时航天器a通过通信天线向各个目标设备发送确认信息，需要指出的是，生成的确认信息均与返向同步码相对应，即一个目标设备d对应一个确认信息。

步骤s422，在本实施方式中，航天器a根据crc校验结果生成的确认信息中包括第二ack信号或第二nack信号。在本实施方式中，第二ack信号表示crc校验结果正确，代表当前链路正常，第二nack信号表示crc校验结果错误，代表当前链路错误。在本实施方式中，航天器a向目标设备d发送第二ack信号，表明舱外的目标设备d与航天器a之间的返向链路正常；航天器a向目标设备d发送第二nack信号，并且航天器a发送的第二nack信号次数小于目标设备d中设定的门限，表明舱外的目标设备d与航天器a之间的返向链路错误，但依然保持当前的返向链路；航天器a向目标设备d发送第二nack信号，并且航天器a发送的第二nack信号次数大于目标设备d中设定的门限，表明舱外的目标设备d与航天器a之间的返向链路错误，当前的返向链路断开，目标设备d与航天器a之间需要重新通过前述方式建立新的返向链路。

通过上述目标设备d与航天器a之间返向链路的连接设置，航天器a可以通过环绕在其舱壁上的通信天线接收周围的返向信号，避免了航天器a一楼周围空间中的返向信号(即评估信号码片)，避免产生信号接收的“死角”，避免了目标设备d与航天器a之间产生“失联”的情况。航天器a只对达到门限的返向信号进行选取并合并，避免了对低于门限的返向信号的处理，提高了航天器a对接收信号处理的效率，节省了时间和航天器a中的信号处理单元的资源。通过上述设置，航天器a通过将峰值达到门限的信号合并，进一步保证了航天器a能够通过多路通信天线同时接收目标设备d发出的信号，提高了航天器a接收信号的稳定性，从而解决了航天器a与目标设备d通信链路之间的多径效应，即目标设备d位于航天器a舱外的不同位置，目标设备d发送的返向信号均能被通信天线接收，避免了信号传输的“死角”。同时，根据本发明还进一步使得航天器a舱外的目标设备d的活动范围得到扩展，避免了由于“失联”问题导致的目标设备d不能在大范围活动的弊端。

上述内容仅为本发明的具体方案的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。