一种星间激光链路智能管理与抗干扰自适应切换系统及其方法与流程

本发明属于卫星通信与星间链路管理，具体涉及一种星间激光链路智能管理与抗干扰自适应切换系统及其方法。

背景技术：

1、星间激光链路凭借高带宽（可达100gbps以上）、低时延、抗干扰能力强和无需频谱资源许可等优势，已成为大规模低轨卫星星座（如starlink、千帆星座等）实现高速星间组网的核心技术。通过星间激光链路，卫星星座可以构建空间“路由器”网络，实现全球覆盖的高速数据传输。然而，星间激光链路在实际在轨运行中面临一系列严峻的技术挑战。

2、（一）指向跟踪精度要求极高，链路极易失锁中断

3、激光发散角极窄，约为数十微弧度量级。两颗卫星在数百至数千公里距离上需保持精确的相互指向，犹如在数百公里外拿着激光笔照射快速移动的对端目标，任何微小的姿态扰动、轨道预报误差或光轴误差都可能导致通信中断。低轨卫星具有轨道高度低、运动速度快等特点，导致激光链路在建立和保持过程中面临更大的挑战。定点跟踪、卫星调姿和卫星变轨等特殊场景下的跟踪精度恶化，是造成星间激光通信传输断链的主要原因之一。

4、（二）空间环境干扰因素复杂多样

5、星间激光链路受多种空间环境因素的干扰。日凌现象是星间链路方向与阳光方向近似呈直线关系时，太阳强电磁辐射导致激光信号被噪声淹没，造成通信中断或质量下降的典型干扰。在低轨卫星星座中，日凌干扰具有显著的群体性、周期性和动态复杂性，全年可能多次发生，同一轨道面上多颗卫星可能同时受到干扰。此外，空间辐射事件可导致电子器件瞬时故障或数据错误，若无有效应对，将造成链路中断甚至终端失效。

6、（三）链路中断恢复流程复杂、时延过长

7、当前星间激光链路中断后，重新建链需经历“指向捕获→粗跟踪→精跟踪→锁定”的复杂流程，耗时数秒至数十秒。现有方案中，激光链路中断后的恢复主要依赖地面运控中心的干预和人工指令，无法满足实时通信对链路连续性的苛刻要求。

8、（四）微波备份链路利用率低，切换不及时

9、现有系统通常配置微波链路作为激光链路的备份。然而，微波与激光之间的切换多采用人工指令或简单固定阈值触发，缺乏对链路状态的实时感知和前瞻性预测，切换不及时、不精准，导致微波备份链路长期处于闲置状态，未能充分发挥其保障作用。

10、（五）星间路由缺乏动态适应性

11、大型星座中星间激光链路数量巨大且动态变化，传统静态路由方案无法适应链路的快速通断和拓扑的持续重构。激光链路物理层的高频波动会导致路由协议的频繁切换，消耗大量计算资源并可能产生路由黑洞。

12、因此，亟需一种能够实现星间激光链路状态实时感知、干扰智能识别、激光-微波自适应切换与多路径动态路由协同调度的星间激光链路智能管理系统。

技术实现思路

1、本发明旨在提出一种星间激光链路智能管理与抗干扰自适应切换系统及其方法，以解决星间激光链路指向跟踪易失锁、空间环境干扰应对不及时、链路恢复时延过长以及微波备份链路利用率低等技术难题，实现星间激光链路的高可用、低时延、抗干扰自主运行。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明提出一种星间激光链路智能管理与抗干扰自适应切换系统，该系统包括：星间激光链路状态实时感知与预测模块、干扰源识别与智能避让模块、激光-微波双模智能切换模块、多路径冗余路由与动态链路调度模块以及星间激光链路健康管理模块；

4、所述星间激光链路状态实时感知与预测模块设置于各卫星的激光通信终端，用于获得链路状态数据，并将链路状态数据发送给干扰源识别与智能避让模块、星间激光链路健康管理模块；

5、干扰源识别与智能避让模块用于根据所述链路状态数据自动识别干扰类型并触发对应的避让策略，并将干扰类型及避让策略输出至所述激光-微波双模智能切换模块、所述多路径冗余路由与动态链路调度模块；

6、所述激光-微波双模智能切换模块用于接收所述干扰源识别与智能避让模块输出的避让策略以及所述星间激光链路健康管理模块输出的链路可靠性预测结果，执行多因素综合评分的切换判决，当激光链路综合质量评分低于预设切换门限时，在预设时间内完成激光向微波的无感切换，当激光链路质量恢复并稳定超过预设时间后，自动从微波回切至激光；

7、所述多路径冗余路由与动态链路调度模块，用于接收所述干扰源识别与智能避让模块输出的避让策略以及所述星间激光链路健康管理模块输出的链路可靠性预测结果，为星座内每对通信节点维护多条候选激光链路路径，评估各候选路径的链路质量、时延与可用带宽，并在链路劣化或中断时在预设时间内完成业务向备用路径的重路由调度；

8、所述星间激光链路健康管理模块，用于接收所述链路状态数据，记录各链路建链成功率、平均保持时长、中断原因以构建链路健康档案，基于历史数据预测链路可靠性，识别脆弱链路，并将链路可靠性预测结果反馈至所述激光-微波双模智能切换模块、所述多路径冗余路由与动态链路调度模块。

9、进一步地，本发明所述链路状态数据包括：链路质量等级、光轴偏差角、日凌风险以及未来时间内的链路质量变化趋势。

10、进一步地，本发明所述星间激光链路状态实时感知与预测模块包括接收光功率监测子模块、指向偏差检测子模块、空间环境感知子模块、链路质量预测子模块；

11、所述接收光功率监测子模块用于实时监测接收光功率，计算链路裕量，判断链路质量等级；

12、所述指向偏差检测子模用于基于四象限探测器或位置敏感探测器检测光束指向偏差，实时计算光轴偏差角；

13、所述空间环境感知子模块结合星上太阳传感器和星敏感器，实时计算激光光学头与太阳矢量的夹角，判断日凌风险；同时监测空间辐射事件和星体遮挡状态；

14、所述链路质量预测子模块用于基于轨道外推和姿态预测，结合历史链路质量数据，采用轻量化时序预测模型，提前预判未来10-30秒内的链路质量变化趋势。

15、进一步地，本发明所述干扰源识别与智能避让模块基于星上轻量化干扰识别模型自动识别干扰类型，所述干扰类型包括：太阳干扰、星体遮挡干扰、指向扰动干扰、空间辐射干扰。

16、进一步地，本发明根据不同干扰类型触发对应的避让策略：

17、太阳干扰：当激光光学头与太阳矢量夹角小于预设日凌保护门限时，判定进入日凌状态；

18、对于同轨道面链路，通过卫星姿态微调使激光终端避开阳光直射；对于跨轨道面链路，触发动态路由切换，将业务绕行至不受日凌影响的链路；

19、星体遮挡干扰：当卫星本体或太阳能帆板遮挡激光光束时，自动触发姿态调整或切换至备用链路；

20、指向扰动干扰：当卫星姿态机动或振动导致指向偏差超限时，启动快速指向补偿或切换到稳定的激光链路；

21、空间辐射干扰：当检测到空间辐射事件导致电子器件异常时，自动降低通信速率或切换至微波链路。

22、进一步地，本发明所述激光-微波双模智能切换模块采用激光为主、微波为辅的双模通信架构，基于多因素综合评分完成切换判决。

23、进一步地，本发明所述多路径冗余路由与动态链路调度模块基于接收功率、误码率、光轴偏差、信号时延参数实时计算各候选路径的链路质量评分，动态选择综合评分最优的路径作为主用路径。

24、基于同一发明构思，本发明还提出一种星间激光链路智能管理与抗干扰自适应切换方法，该方法包括：

25、s1：通过部署在各卫星激光通信终端的星间激光链路状态实时感知与预测模块，获得链路状态数据，并将所述链路状态数据发送至干扰源识别与智能避让模块、星间激光链路健康管理模块；

26、s2：通过干扰源识别与智能避让模块，根据接收的所述链路状态数据自动识别干扰类型并触发对应的避让策略，将干扰类型及避让策略输出至激光-微波双模智能切换模块、多路径冗余路由与动态链路调度模块；

27、s3：通过激光-微波双模智能切换模块，接收避让策略以及链路可靠性预测结果，执行多因素综合评分的切换判决；当激光链路综合质量评分低于预设切换门限时，在预设时间内完成激光向微波的无感切换；当激光链路质量恢复并稳定超过预设时间后，自动从微波回切至激光；

28、s4：通过多路径冗余路由与动态链路调度模块，接收避让策略以及链路可靠性预测结果，为星座内每对通信节点维护多条候选激光链路路径，评估各候选路径的链路质量、时延与可用带宽，当链路劣化或中断时，在预设时间内完成业务向备用路径的重路由调度；

29、s5：通过星间激光链路健康管理模块，接收所述链路状态数据，记录各链路建链成功率、平均保持时长、中断原因，构建链路健康档案；基于历史数据预测链路可靠性，识别脆弱链路，生成链路可靠性预测结果并反馈至所述激光-微波双模智能切换模块、所述多路径冗余路由与动态链路调度模块；

30、循环执行步骤 s1-s5，实现星上闭环的星间激光链路抗干扰管理。

31、进一步地，本发明步骤s1与s2之间执行星间激光链路状态感知与干扰识别流程，所述状态感知与干扰识别流程包括：

32、采集接收光功率并得到链路裕量，据此判定链路质量等级；采集光斑位置信息解算光轴偏差角；接入星上太阳传感器、星敏感器获取数据，计算激光视轴与太阳矢量夹角，同时监测星体遮挡状态与空间辐射事件得到日凌风险；结合轨道外推、姿态预测及历史链路数据得到链路质量变化趋势；将上述得到的链路质量等级、光轴偏差角、日凌风险以及链路质量变化趋势整合为链路状态数据，输入至干扰识别环节以完成干扰类型识别。

33、进一步地，本发明步骤s2中包括日凌干扰智能规避流程，所述日凌干扰智能规避流程包括：

34、持续计算激光光学头指向矢量与太阳方向矢量之间的夹角，当小于预设日凌保护门限时，判定进入日凌状态；

35、根据链路类型采取差异化规避策略：对于同轨道面链路，通过卫星姿态微调使激光终端偏转一定角度避开阳光直射；对于跨轨道面链路，触发动态路由切换，将业务绕行至不受日凌影响的链路；

36、完成干扰规避后，执行激光链路复位捕跟操作，恢复链路正常通信状态。

37、本发明的有益效果为：

38、（一）星间激光链路可用性显著提升

39、通过链路状态实时感知、干扰智能识别和激光-微波双模智能切换的协同工作，星间激光链路的可用性可提升至99.9%以上，将激光链路的年中断时间从数小时降低至数十分钟。

40、（二）链路中断恢复时间从秒级缩短至毫秒级

41、激光-微波智能切换机制可在50ms内完成从激光到微波的无感切换，多路径路由动态调度可在100ms内完成路径重路由。相比传统方案数秒至数十秒的恢复时间，提升两个数量级。

42、（三）干扰应对从被动响应变为主动规避

43、通过日凌夹角实时计算、链路质量前瞻预测和预防性切换机制，系统可在干扰发生前主动采取规避措施，从根本上避免了突发中断对业务的影响。

44、（四）微波备份链路从“闲置备用”变为“智能协同”

45、本发明将微波链路从被动备用升级为与激光链路智能协同的工作模式，在激光正常时处于温备份状态，在激光恶化时自动接管业务，在激光恢复后自动回切，充分发挥了双模架构的保障价值。

46、（五）大幅降低人工干预需求

47、所有感知、判断、切换和恢复操作均在星上自主完成，无需地面运控中心介入，显著降低了测控资源的占用和任务响应的时延。

48、（六）星座整体通信可靠性显著增强

49、多路径冗余和动态调度机制使单点链路故障不影响全网连通性，在大规模星座中具有极强的可扩展性和鲁棒性。

50、本发明适用于大规模低轨卫星星座中星间激光通信链路的自主感知、智能决策与高可靠抗干扰传输。