星间链路日凌规避方法和系统

本发明主要涉及空间激光通信，尤其涉及一种星间链路日凌规避方法和系统。

背景技术：

1、星间链路是指用于卫星之间通信的链路，也称为星际链路或交叉链路(crosslink)，通过星间链路可以实现卫星之间的信息传输和交换，通过星间链路将多颗卫星互联在一起，形成一个以卫星作为交换节点的空间通信网络。

2、激光星间链路是一种利用自由空间光作为载波在空间卫星之间进行数据传输的通信方式，其具有定向点对点长时间稳定建链的特点，在卫星网络中可作为骨干网络提供服务，激光星间链路作为卫星骨干网络的重要组成部分。与微波通信相比，激光通信具有传输速率更高、保密性和安全性更好、更小型化和轻量化、更低功耗等优势，目前已成功在星地、星间、深空等多种场合应用，成为解决微波通信瓶颈、构建天基宽带互联网的核心关键技术。esa(european space agency，欧洲航天局)的edrs(european data relay system，欧洲数据中继系统)成功在leo(low earth orbit，近地轨道)和geo(geostationaryorbit，地球静止轨道)卫星实现了常态化的高速激光接入中继通信业务。starlink(星链)在2020年9月进行了空间星间链路试验，后续发射的v1.5型号将激光星间链路终端作为标准配置，实现星座卫星互联组网。

3、激光星间链路通常工作在1550nm波段，太阳光谱在1550nm波段的能量进入激光望远镜视场，会使激光终端无法识别目标信号，导致跟踪丢失、通信信噪比增加和链路中断等情况发生。长时间照射会对卫星上光学器件造成损伤。

4、大规模卫星星座应用激光星间链路前，激光星间链路应用的数量较少，对连续性要求较低。以edrs中继卫星系统的激光星间链路为例，仅在geo卫星和leo卫星可见的时间段建立激光星间链路，发生日凌的概率极低，且由于星间链路数量少，可采用地面运控系统提前预测，采用注入控制指令的方式实施日凌规避。当激光星间链路用于大规模星座互联组网时，链路数量和发生日凌的概率成数量级增长。以108颗低轨卫星组成的卫星星座为例，每颗卫星与同轨前后2颗卫星和1颗邻轨卫星建立共3条星间链路，即可实现全星座卫星互联。

5、表1卫星星座星间链路数量和日凌发生情况

6、

7、表1给出了链路总数量、发生日凌的总次数和总时长。可见，每年几万次的日凌事件，如果继续采用地面预测和指令控制进行规避的方式，将会给地面运控系统带来极大的工作量，浪费星地和星间通信的带宽资源，增加星座系统运维成本。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种星间链路日凌规避方法和系统，解决大规模星座的大量激光星间链路每年数万次日凌中断管理给地面运控系统造成的管理难题，能够根据卫星运行情况自主规避日凌，提高星座系统运行能力，减少地面运控系统工作量，降低星座系统运维成本。

2、为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种星间链路日凌规避方法，包括：获取第一卫星的星历信息、卫星姿态和太阳矢量，所述第一卫星执行所述星间链路日凌规避方法；接收第二卫星的星历信息，其中所述第二卫星为与所述第一卫星建立通信连接的另一个卫星；结合所述第一卫星的星历信息、所述卫星姿态和所述第二卫星的星历信息，计算所述第一卫星到所述第二卫星的指向矢量；计算所述指向矢量和所述太阳矢量的夹角，其中所述夹角用于判断是否启动所述日凌规避。

3、可选地，所述第一卫星的星历信息和所述第二卫星的星历信息都为j2000坐标系下的星历信息。

4、可选地，所述第一卫星的星历信息由gnss接收机生成，所述卫星姿态由星敏感器生成，所述太阳矢量由太阳敏感器生成。

5、可选地，所述接收第二卫星的星历信息包括：接收所述第二卫星的数据包，若所述第一卫星为所述数据包的发送对象，则提取并存储所述数据包中所述第二卫星的星历信息。

6、可选地，所述接收第二卫星的星历信息还包括：若所述第一卫星不是所述数据包的发送对象，则将所述数据包发送给下一个卫星节点。

7、可选地，还包括：在所述日凌规避期间，若所述夹角满足退出日凌规避条件时，恢复所述第一卫星与所述第二卫星之间的通信连接。

8、可选地，还包括：所述第一卫星向所述第二卫星发送所述第一卫星的星历信息。

9、第二方面，本发明提供了一种星间链路日凌规避系统，包括：获取模块，用于获取第一卫星的星历信息、卫星姿态和太阳矢量，所述第一卫星执行所述星间链路日凌规避方法；接收模块，用于接收第二卫星的星历信息，其中所述第二卫星为与所述第一卫星建立通信连接的另一个卫星；第一计算模块，用于结合所述第一卫星的星历信息、所述卫星姿态和所述第二卫星的星历信息，计算所述第一卫星到所述第二卫星的指向矢量；第二计算模块，用于计算所述指向矢量和所述太阳矢量的夹角，其中所述夹角用于判断是否启动所述日凌规避。

10、可选地，还包括发送模块，所述发送模块用于所述第一卫星向所述第二卫星发送所述第一卫星的星历信息。

11、与现有技术相比，本发明具有以下优点：首先获取第一卫星的星历信息、卫星姿态和太阳矢量，第一卫星执行星间链路日凌规避方法；再接收第二卫星的星历信息，其中第二卫星为与第一卫星建立通信连接的另一个卫星；又结合第一卫星的星历信息、卫星姿态和第二卫星的星历信息，计算第一卫星到第二卫星的指向矢量；最后计算指向矢量和太阳矢量的夹角，其中夹角用于判断是否启动日凌规避，进而能够根据卫星运行情况自主规避日凌，提高星座系统运行能力，减少地面运控系统工作量，降低星座系统运维成本。

技术特征：

1.一种星间链路日凌规避方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的星间链路日凌规避方法，其特征在于，所述第一卫星的星历信息和所述第二卫星的星历信息都为j2000坐标系下的星历信息。

3.如权利要求1所述的星间链路日凌规避方法，其特征在于，所述第一卫星的星历信息由gnss接收机生成，所述卫星姿态由星敏感器生成，所述太阳矢量由太阳敏感器生成。

4.如权利要求1所述的星间链路日凌规避方法，其特征在于，所述接收第二卫星的星历信息包括：

5.如权利要求4所述的星间链路日凌规避方法，其特征在于，所述接收第二卫星的星历信息还包括：若所述第一卫星不是所述数据包的发送对象，则将所述数据包发送给下一个卫星节点。

6.如权利要求1所述的星间链路日凌规避方法，其特征在于，还包括：在所述日凌规避期间，若所述夹角满足退出日凌规避条件时，恢复所述第一卫星与所述第二卫星之间的通信连接。

7.如权利要求1所述的星间链路日凌规避方法，其特征在于，还包括：所述第一卫星向所述第二卫星发送所述第一卫星的星历信息。

8.一种星间链路日凌规避系统，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的一种星间链路日凌规避系统，其特征在于，还包括发送模块，所述发送模块用于所述第一卫星向所述第二卫星发送所述第一卫星的星历信息。

技术总结
本发明提供了一种星间链路日凌规避方法和系统，其中规避方法包括获取第一卫星的星历信息、卫星姿态和太阳矢量，第一卫星执行星间链路日凌规避方法；接收第二卫星的星历信息，其中第二卫星为与第一卫星建立通信连接的另一个卫星；结合第一卫星的星历信息、卫星姿态和第二卫星的星历信息，计算第一卫星到第二卫星的指向矢量；计算指向矢量和太阳矢量的夹角，其中夹角用于判断是否启动日凌规避。本发明充分利用大规模星座已实现星间组网的条件，能够根据卫星运行情况自主规避日凌，提高星座系统运行能力，减少地面运控系统工作量，降低星座系统运维成本。

技术研发人员：俞杭华,段正,徐正军,刘晓娜,李光,龚文斌,朱野
受保护的技术使用者：中国科学院微小卫星创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15