星载激光通信设备在轨自主规避日凌的方法、设备及介质与流程

1.本发明涉及星载激光通信设备技术领域。更具体地，涉及一种星载激光通信设备在轨自主规避日凌的方法、设备及介质。


背景技术：

2.卫星激光通信是未来大规模低轨卫星网络星间组网的必要手段。太阳光是影响星载激光通信设备正常工作的一个重要因素。当太阳光的入射方向与星间激光通信链路的夹角小于一定角度时，太阳光进入星载激光通信设备光学天线和收发光路的能量较大，强烈的太阳光会造成星间激光通信链路的中断，甚至会对星载激光通信设备中的敏感光学器件造成永久性的损伤，这种现象就是激光通信在轨日凌问题。造成链路中断或者器件损伤的太阳光入射方向与星间通信链路之间的最大夹角称为日凌规避角。目前的星载激光通信设备多为技术试验性质，在轨时并不全天时建链工作，因此星载激光通信设备遇到日凌现象的概率较低。随着未来大规模卫星网络的部署，星载激光通信设备全天时建链工作是必然需求，这就不可避免的会遇到日凌问题。为避免星间激光链路在轨时因日凌而产生光学器件损伤，星载激光通信设备应在轨主动对日凌进行规避。在卫星网络节点数目不多时，通常可以通过地面提前预报星间激光链路日凌发生时刻，提前上注规避偏转指令的方式进行规避；在卫星网络节点较多时，依赖于地面任务规划进行日凌预报和规避的手段将不能满足实时性和灵活性的需求，而且地面任务规划的任务量过于巨大。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种星载激光通信设备在轨自主规避日凌的方法、设备及介质，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。
4.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
5.本发明第一方面提供了一种星载激光通信设备在轨自主规避日凌的方法，包括：
6.s10：星间激光通信链路建立后，姿轨控分系统持续预报当前时刻以及t秒后的星间激光通信链路矢量和太阳入射矢量；
7.s20：姿轨控分系统根据所述星间激光通信链路矢量预报当前时刻以及t秒后的太阳入射矢量与星间激光通信链路矢量之间的夹角是否小于日凌规避角；若t秒后的夹角小于日凌规避角，则t秒后会发生日凌；由姿轨控分系统计算出星载激光通信设备应进行规避偏转的伺服方位角增量和伺服俯仰角增量并发送至所述星务分系统，跳转至s30；若夹角大于日凌规避角，则返回执行步骤s10；
8.s30：所述星务分系统首先判断卫星姿态参数是否正常，若卫星姿态参数异常，则向星载激光通信设备发送关机指令序列，星载激光通信设备关机；
9.若卫星姿态参数正常，则向星载激光通信设备发出含有伺服方位角增量、伺服俯仰角增量、规避转动速度的规避指令并跳转至s40；
10.s40：星载激光通信设备依照所述规避指令进行规避机动，规避动作持续t秒，规避
期间，星间激光通信链路断开。
11.可选地，所述方法还包括：
12.s50：激光链路断开后，由所述姿轨控分系统持续预报当前时刻以及t秒后的星间激光通信链路矢量和太阳入射矢量；
13.s60：根据s50中得到的星间激光通信链路矢量，姿轨控分系统预报当前时刻以及t秒后的太阳入射矢量与星间激光通信链路矢量之间的夹角是否小于日凌规避角，若t秒后的太阳入射矢量与星间激光通信链路矢量之间的夹角大于日凌规避角，则在t秒后日凌结束，跳转至s70；
14.s70：所述姿轨控分系统根据s50中预报的t秒后的星间激光通信链路矢量给出复位捕跟重新建链的偏转角度以及偏转转速，并发送至所述星务分系统；
15.s80：星务分系统首先判断卫星姿态参数是否正常，若卫星姿态参数异常，则星务计算机发送星载激光通信设备关机指令序列，星载激光通信设备关机；
16.若卫星姿态参数正常，则向所述星载激光通信设备发出复位捕跟指令，星载激光通信设备进行复位机动，复位机动时间持续t秒，与对方卫星的星载激光通信设备重新建立激光通信链路，并跳转至步骤s10。
17.可选地，所述复位捕跟指令包括复位捕跟重新建链的偏转角度以及偏转转速。
18.可选地，s10包括：
19.星间激光通信链路建立后，所述星间激光通信链路的a星的姿态控制分系统持续计算本星当前位置并递推本星t秒之后的位置；b星的姿态控制分系统也持续计算本星当前位置并递推t秒之后的位置；a星与b星通过所述星间激光通信链路互发各自当前位置及t秒之后的位置信息；
20.在此基础上，a星的姿态控制分系统收到b星的位置后递推一秒后b星的位置；b星的姿态控制分系统收到a星的位置并递推1秒a星的位置；求星间链路传来的对方卫星位置与本星姿轨控分系统计算的对方星位置之间的差值x：若x小于预设误差阈值，采用星链传来的对方星的位置作为对方星当前时刻的位置；若x大于预设误差阈值，采用本星姿轨控分系统提供的对方卫星当前时刻的位置；姿轨控分系统根据a星和b星当前时刻以及t秒后的位置预报星间激光通信链路矢量和太阳入射矢量。
21.可选地，s50包括：
22.在星间激光通信链路断开后，a星姿态控制分系统仍持续计算本星当前位置并递推本星t秒之后的位置；b星的姿态控制分系统也仍持续计算本星当前位置并递推t秒之后的位置；在此基础上，在星间激光通信链路断开后，a星的姿态控制分系统根据星间激光通信链路断开前收到的最后一个b星位置持续递推b星位置；b星根据星间激光通信链路断开前收到最后一个a星位置开始持续递推a星位置；姿轨控分系统预报根据a星和b星当前时刻以及t秒后的位置预报星间激光通信链路矢量。
23.可选地，直至星间激光通信链路重新建立，a星再次收到星间激光通信链路传来的b星位置时停止根据星间激光通信链路断开前收到的最后一个b星位置递推b星位置。
24.直至星间激光通信链路重新建立，b星再次收到星间激光通信链路传来的a星位置时停止根据星间激光通信链路断开前收到的最后一个a星位置递推a星位置。
25.本发明第二方面提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上
并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现本发明第一方面提供的方法。
26.本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明第一方面提供的方法。
27.本发明的有益效果如下：
28.本技术针对星间激光链路在太阳光小角度入射时出现的星间链路中断甚至星载激光通信设备损坏的问题，结合未来卫星网络星间激光链路全天时工作的特点提供了一种星载激光通信设备在轨自主规避日凌的方法，所提供的方案不依赖于地面任务规划且使用，可实现卫星在轨日凌问题的自主规避，可在轨实时发现日凌，实时进行规避，不需要地面事先进行较长时段的任务规划，也不需要地面进行指令上注。
附图说明
29.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
30.图1示出本发明一个实施例提供的一种星载激光通信设备在轨自主规避日凌的方法的流程图；
31.图2示出实现本发明实施例提供的装置的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
32.为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
33.星间激光链路指用于卫星之间通信的链路，也称为星际链路或交叉链路，在本发明中，星间激光链路由在轨卫星a和在轨卫星b组成；星载激光通信设备包括在轨卫星a和在轨卫星b；在轨卫星a和在轨卫星b分别包含姿态控分系统，用于预测本星和对方星的位置，其中，在轨卫星a的对方星即在轨卫星b，以此类推。
34.本发明的一个实施例提出了一种星载激光通信设备在轨自主规避日凌的方法，如图1所示，包括：
35.s10：星间激光通信链路建立后，姿轨控分系统持续预报当前时刻以及t秒后的星间激光通信链路矢量和太阳入射矢量。
36.在一个具体的实施例中，所述t根据具体情况设定，例如为10、20或30。
37.s20：姿轨控分系统根据所述星间激光通信链路矢量预报当前时刻以及t秒后的太阳入射矢量与星间激光通信链路矢量之间的夹角是否小于日凌规避角；若t秒后的夹角小于日凌规避角，则认为t秒后会发生日凌，由姿轨控分系统计算出星载激光通信设备应进行规避偏转的伺服方位角增量和伺服俯仰角增量并发送至所述星务分系统，跳转至s30；若两个夹角均大于日凌规避角，则返回执行步骤s10。
38.在一个具体的实施例中，若当前时刻太阳入射矢量与星间激光通信链路矢量之间的夹角小于日凌规避角，则认为当前时刻会发生日凌，若t秒后的太阳入射矢量与星间激光通信链路矢量之间的夹角小于日凌规避角，则认为t秒之后会发生日凌。
39.在一个具体的实施例中，若星载激光通信设备可以耐受n秒以下的日凌不发生损
坏，则从姿轨控分系统第一次预报t秒后会发生日凌起，连续预报n*m次日凌后，由姿轨控分系统计算给出星载激光通信设备应进行规避偏转的伺服方位角增量和伺服俯仰角增量，并告知星务分系统，其中，n《10；m为姿轨控分系统进行日凌预报的频率。
40.s30：所述星务分系统首先判断卫星姿态参数是否正常，若卫星姿态参数异常，则向星载激光通信设备发送关机指令序列，星载激光通信设备关机，流程结束；
41.若卫星姿态参数正常，则向星载激光通信设备发出含有伺服方位角增量、伺服俯仰角增量、规避转动速度的规避指令并跳转至s40；
42.s40：星载激光通信设备依照所述规避指令进行规避机动，规避动作持续t秒，规避期间，星间激光通信链路断开。
43.在一个具体的实施例中，所述方法还包括：
44.s50：激光链路断开后，由所述姿轨控分系统预报当前时刻以及t秒后的星间激光通信链路矢量和太阳入射矢量；
45.s60：根据s50中得到的星间激光通信链路矢量，姿轨控分系统预报当前时刻以及t秒后的太阳入射矢量与星间激光通信链路矢量之间的夹角是否小于日凌规避角，若夹角大于日凌规避角，则在t秒后日凌结束，跳转至s70；
46.s70：所述姿轨控分系统根据s50中预报的t秒后的星间激光通信链路矢量给出复位捕跟重新建链的偏转角度以及偏转转速，并发送至所述星务分系统；
47.s80：星务分系统首先判断卫星姿态参数是否正常，若卫星姿态参数异常，则星务计算机发送星载激光通信设备关机指令序列，星载激光通信设备关机，流程结束；
48.若卫星姿态参数正常，则向所述星载激光通信设备发出复位捕跟指令，星载激光通信设备进行复位机动，复位机动时间持续t秒；与对方卫星的星载激光通信设备重新建立激光通信链路，并跳转至步骤s10。
49.本实施例不依赖于地面任务规划且使用，可实现卫星在轨日凌问题的自主规避，可在轨实时发现日凌，实时进行规避，不需要地面事先进行较长时段的任务规划，也不需要地面进行指令上注；灵活星间激光终端是卫星组网的重要手段，在卫星数目较少时，靠地面任务规划和地面上注指令的方式尚且可行，但在卫星网络进入大规模组网阶段以后，卫星在轨自主规避模式将更加灵活。
50.在一个具体的实施例中，所述复位捕跟指令包括复位捕跟重新建链的偏转角度以及偏转转速。
51.在一个具体的实施例中，s10包括：
52.星间激光通信链路建立后，所述星间激光通信链路的a星的姿态控制分系统持续计算本星当前位置并递推本星t秒之后的位置；b星的姿态控制分系统也持续计算本星当前位置并递推本星t秒之后的位置；a星与b星通过所述星间激光通信链路互发各自当前位置及t秒之后的位置信息；
53.在此基础上，a星的姿态控制分系统收到b星的位置后递推一秒后b星的位置；b星的姿态控制分系统收到a星的位置并递推1秒a星的位置；求星间链路传来的对方卫星位置与本星姿轨控分系统计算的对方星位置之间的差值x：若x小于预设误差阈值，采用星链传来的对方星的位置作为对方星当前时刻的位置；若x大于预设误差阈值，采用本星姿轨控分系统提供的对方卫星当前时刻的位置；姿轨控分系统根据a星和b星当前时刻以及t秒后的
位置预报星间激光通信链路矢量和太阳入射矢量。
54.在一个具体的实施例中，所述误差阈值例如为100m。
55.在一个具体的实施例中，s50包括：
56.在星间激光通信链路断开后，a星姿态控制分系统仍持续计算本星当前位置并递推本星t秒之后的位置；b星的姿态控制分系统也仍持续计算本星当前位置并递推t秒之后的位置；在此基础上，在星间激光通信链路断开后，a星的姿态控制分系统根据星间激光通信链路断开前收到的最后一个b星位置持续递推b星位置；b星根据星间激光通信链路断开前收到最后一个a星位置开始持续递推a星位置；姿轨控分系统预报根据a星和b星当前时刻以及t秒后的位置预报星间激光通信链路矢量。
57.应当说明的是，直至星间激光通信链路重新建立，a星再次收到星间激光通信链路传来的b星位置时停止根据星间激光通信链路断开前收到的最后一个b星位置递推b星位置；
58.直至星间激光通信链路重新建立，b星再次收到星间激光通信链路传来的a星位置时停止根据星间激光通信链路断开前收到的最后一个a星位置递推a星位置。
59.本发明的第二个实施例提供了一种计算机设备，如图2所示，适于用来实现上述实施例提供的星载激光通信设备在轨自主规避日凌的方法的计算机设备，包括中央处理模块(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(ram)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram中，还存储有计算机系统操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线被此相连。输入/输入(i/o)接口也连接至总线。以下部件连接至i/o接口:包括键盘、鼠标等的输入部分；包括诸如液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分。通信部分经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至i/o接口。可拆卸介质，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分。特别地，根据本实施例，上文流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在计算机可读介质上的计算机程序，上述计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。
60.附图中的流程图和示意图，图示了本实施例的方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或示意图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，上述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，示意图和/或流程图中的每个方框、以及示意和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
61.本技术的第三个实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序执行时的流程图如图1所示：
62.星间激光通信链路建立后，姿轨控分系统持续计算当前时刻以及t秒后的星间激光通信链路矢量；姿轨控分系统根据所述星间激光通信链路矢量预报当前时刻以及t秒后的太阳入射矢量与星间激光通信链路矢量之间的夹角；
63.判断夹角是否大于日凌规避角；若夹角小于日凌规避角，由姿轨控分系统计算出星载激光通信设备应进行规避偏转的伺服方位角增量和伺服俯仰角增量并发送至所述星务分系统。
64.在一个具体的实施例中，若当前时刻太阳入射矢量与星间激光通信链路矢量之间的夹角小于日凌规避角，则认为当前时刻会发生日凌，若t秒后的太阳入射矢量与星间激光通信链路矢量之间的夹角小于日凌规避角，则认为t秒之后会发生日凌。
65.所述星务分系统首先判断卫星姿态参数是否正常，若卫星姿态参数异常，则向星载激光通信设备发送关机指令序列，星载激光通信设备关机；
66.若卫星姿态参数正常，则向星载激光通信设备发出含有伺服方位角增量、伺服俯仰角增量、规避转动速度的规避指令；
67.星载激光通信设备依照所述规避指令进行规避机动，规避机动时间持续t秒；星间激光通信链路断开。
68.激光链路断开后，由所述姿轨控分系统预报当前时刻以及t秒后的星间激光通信链路矢量和太阳入射矢量；
69.根据上述步骤中得到的星间激光通信链路矢量，姿轨控分系统持续预报当前时刻以及t秒后的太阳入射矢量与星间激光通信链路矢量之间的夹角是否小于日凌规避角，若t秒后的太阳入射矢量与星间激光链路矢量之间夹角大于日凌规避角，则在t秒后日凌结束；
70.所述姿轨控分系统根据预报的t秒后的星间激光通信链路矢量给出复位捕跟重新建链的偏转角度以及偏转转速，并发送至所述星务分系统；
71.星务分系统首先判断卫星姿态参数是否正常，若卫星姿态参数异常，则星务计算机发送星载激光通信设备关机指令序列，星载激光通信设备关机；
72.若卫星姿态参数正常，则向所述星载激光通信设备发出复位捕跟指令，星载激光通信设备进行复位机动，复位机动时间持续t秒；与对方卫星的星载激光通信设备重新建立激光通信链路。
73.在实际应用中，所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
74.计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可
读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
75.计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
76.可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本技术操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
77.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。