激光通信方法和激光通信装置

本申请主要涉及卫星激光通信，尤其涉及一种激光通信方法和激光通信装置。

背景技术：

1、在大规模低轨卫星星座应用中，星间激光通信凭借其高带宽、低功耗和强抗干扰能力，已成为星座核心互联方式。

2、激光通信链路的建立依赖于本星对目标卫星的指向即粗指向解算，以使发射光束落入对方捕获探测器视场。现有方案通常基于sgp4轨道模型和18参数解析外推获得在未来某个时刻的粗指向。然而，在长时间上注条件下即星历数据更新间隔较长或外推时长较大，目标卫星的预测位置在传播时间末端与真实位置的偏差可达千米量级。由该位置偏差形成的不确定锥远大于激光波束的覆盖范围，导致建链过程中信标光扫描搜索区域过大、扫描时间过长，从而使有限的卫星可见弧段内有效通信时间被大量消耗于捕获阶段，而用于通信数据传输的剩余时间较短，弧段利用率低下。

技术实现思路

1、本申请针对上述技术问题，提供一种激光通信方法和激光通信装置，能够缩短激光建链过程的扫描时长，提高弧段利用率。

2、为解决上述技术问题，本申请提供了一种激光通信方法，包括：基于lora通信链路，同步第一卫星与第二卫星之间的时间，以建立第一时间基准；根据所述第一时间基准获取所述第一卫星与所述第二卫星之间的粗指向；以及根据所述粗指向，建立所述第一卫星和所述第二卫星的激光通信链路。

3、在本申请的一实施例中，激光通信方法还包括：基于所述激光通信链路，同步所述第一卫星与所述第二卫星之间的时间，以建立第二时间基准，所述第二时间基准的同步精度高于所述第一时间基准的同步精度；根据所述第二时间基准修正所述第一时间基准。

4、在本申请的一实施例中，所述根据所述第一时间基准获取所述第一卫星与所述第二卫星之间的粗指向，包括：基于lora通信链路，使所述第一卫星获取所述第二卫星的位置信息和速度信息；基于轨道动力学模型、所述位置信息和所述速度信息，获得第一预测时刻的所述第一卫星与所述第二卫星之间的第一预测视距角，所述第一预测时刻的时间基准是所述第一时间基准；根据第一历史时刻的第二视距角，对多个所述第二视距角进行定向插值，以获得所述第一预测时刻的第二预测视距角，所述第一历史时刻的时间基准是所述第一时间基准；以所述第一预测视距角为约束边界，通过扩展卡尔曼滤波模型，根据所述第二预测视距角获得第三预测视距角；以及将所述第三预测视距角作为所述第一预测时刻的所述粗指向。

5、在本申请的一实施例中，所述扩展卡尔曼滤波模型包括滤波权重，所述滤波权重用于调整滤波幅度；所述激光通信方法还包括：基于所述激光通信链路，获得精跟踪阶段的激光脱靶量；以及根据所述激光脱靶量修正所述滤波权重，其中，响应于所述激光脱靶量属于第一预设范围，增大或不改变所述滤波权重，响应于所述激光脱靶量属于第二预设范围，减小所述滤波权重，所述第二预设范围的下限值大于等于所述第一预设范围的上限值。

6、在本申请的一实施例中，所述基于lora通信链路，同步第一卫星与第二卫星之间的时间，以建立第一时间基准，包括：所述第一卫星和所述第二卫星分别通过各自搭载的gnss接收机解算世界统一时间，作为各自的初始本地时间基准；所述第二卫星基于所述lora通信链路向所述第一卫星发送lora通信帧，所述lora通信帧包括时间戳；所述第一卫星接收所述lora通信帧，并记录接收所述lora通信帧对应的第一接收时刻；所述第一卫星根据所述时间戳与所述第一接收时刻，获得所述第一卫星和所述第二卫星之间的第一时钟偏差；以及根据所述第一时钟偏差，修正所述第一卫星和/或所述第二卫星的本地时间基准，以建立所述第一时间基准。

7、在本申请的一实施例中，所述lora通信帧具有预设字节长度，所述lora通信帧还包括：所述第二卫星的位置信息、所述第二卫星的速度信息、元数据，消息认证码和crc校验码中的任意项，其中，所述元数据用于提供所述第二卫星的基础信息，所述消息认证码用于校验所述第二卫星的位置信息和速度信息的完整性，所述crc校验码用于校验所述lora通信帧的准确性。

8、在本申请的一实施例中，所述基于所述激光通信链路，同步所述第一卫星与所述第二卫星之间的时间，以建立第二时间基准，包括：所述第一卫星在第一发射时刻发射测距帧至所述第二卫星，所述第二卫星接收所述测距帧并向所述第一卫星返回应答帧，所述第一卫星在第二接收时刻接收所述应答帧；根据所述第一发射时刻和所述第二接收时刻获得激光往返时延；以及根据所述激光往返时延修正所述第一卫星和/或所述第二卫星的本地时间基准，以建立所述第二时间基准。

9、本申请还提供了一种激光通信装置，用于实现如上所述的激光通信方法，包括：lora通信天线，用于使所述第一卫星和所述第二卫星建立lora通信链路；时间同步单元，用于同步第一卫星与第二卫星之间的时间，以建立第一时间基准；计算单元，用于根据所述第一时间基准获取所述第一卫星与所述第二卫星之间的粗指向；以及激光通信模块，用于根据所述粗指向，建立所述第一卫星和所述第二卫星的激光通信链路。

10、在本申请的一实施例中，所述激光通信模块包括激光镜筒，所述lora通信天线为环形，所述lora通信天线嵌设于所述激光镜筒，所述lora通信天线的光轴和所述激光镜筒的光轴同轴。

11、在本申请的一实施例中，所述lora通信天线的数量是多个，所述激光通信装置还包括：单刀多掷射频开关，所述单刀多掷射频开关包括一个第一端和多个第二端，所述多个第二端和多个所述lora通信天线一一对应地连接，所述第一端用于收发lora通信帧。

12、与现有技术相比，本申请具有以下优点：在激光通信链路建立之前，通过lora通信链路同步第一卫星与第二卫星之间的时间，获得了第一时间基准，为后续粗指向解算提供了统一的时间参考；由于建立了第一时间基准，两个卫星之间的粗指向的解算是基于近实时的轨道数据完成，从信息源头减轻了目标卫星的预测位置在传播时间末端与真实位置偏差随外推时长累积的问题，将不确定锥缩小，从而能够缩短建链过程中信标光扫描搜索区域和扫描时间，提升弧段利用率。

1.一种激光通信方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的激光通信方法，其特征在于，还包括：

3.如权利要求1所述的激光通信方法，其特征在于，所述根据所述第一时间基准获取所述第一卫星与所述第二卫星之间的粗指向，包括：

4.如权利要求3所述的激光通信方法，其特征在于，所述扩展卡尔曼滤波模型包括滤波权重，所述滤波权重用于调整滤波幅度；

5.如权利要求1所述的激光通信方法，其特征在于，所述基于lora通信链路，同步第一卫星与第二卫星之间的时间，以建立第一时间基准，包括：

6.如权利要求5所述的激光通信方法，其特征在于，所述lora通信帧具有预设字节长度，所述lora通信帧还包括：所述第二卫星的位置信息、所述第二卫星的速度信息、元数据，消息认证码和crc校验码中的任意项，其中，所述元数据用于提供所述第二卫星的基础信息，所述消息认证码用于校验所述第二卫星的位置信息和速度信息的完整性，所述crc校验码用于校验所述lora通信帧的准确性。

7.如权利要求2所述的激光通信方法，其特征在于，所述基于所述激光通信链路，同步所述第一卫星与所述第二卫星之间的时间，以建立第二时间基准，包括：

8.一种激光通信装置，用于实现如权利要求1-7任一项所述的激光通信方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的一种激光通信装置，其特征在于，所述激光通信模块包括激光镜筒，所述lora通信天线为环形，所述lora通信天线嵌设于所述激光镜筒，所述lora通信天线的光轴和所述激光镜筒的光轴同轴。

10.如权利要求8所述的一种激光通信装置，其特征在于，所述lora通信天线的数量是多个，所述激光通信装置还包括：单刀多掷射频开关，所述单刀多掷射频开关包括一个第一端和多个第二端，所述多个第二端和多个所述lora通信天线一一对应地连接，所述第一端用于收发lora通信帧。