卫星的星上数据处理方法和装置与流程

1.本技术涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫星的星上数据处理方法和装置。


背景技术：

2.现有的高中轨道卫星多采用单一波束类型。低通量卫星采用窄带波束，高通量卫星采用宽带波束。以“星链”为代表的低轨卫星也为用户提供了单一的宽带波束。
3.宽带通信基带载荷本身具有高能耗、组件多的特点。为了在卫星上实现宽带通信，需要增加卫星的体积和重量以适应宽带通信基带，并且将更多的载荷放到卫星上，这会大大增加低轨卫星的建设成本。
4.另外，低轨通信卫星本身的覆盖时间短、飞行速度快的特点，决定了低轨通信卫星的应用需要大量的卫星组成星座，多颗卫星不间断的接力，实现连续的对地服务。
5.但现有实际情况对于宽带通信的需求越来越多，而上述弊端对于卫星制造或者卫星生产企业越来越无法忽视，动辄百万、千万的成本问题成为制约民营航天公司发展的重要因素。


技术实现要素：

6.基于此，根据本技术的第一个方面，提供一种卫星的星上数据处理方法，所述卫星包括窄带波束和宽带波束，所述卫星的星上数据处理方法包括：通过所述窄带波束接收卫星终端发送的控制面消息；响应所述控制面消息，进行星上处理；响应所述控制面消息进行配置宽带波束；通过所述宽带波束接收所述卫星终端发送的业务消息；透明传输所述业务消息至目标，所述目标为目标卫星终端、目标卫星或目标信关站中的一种或多种。
7.根据本技术的第二个方面，提供一种卫星的星上数据处理装置，所述星上数据处理装置包括信令子系统和数字载荷子系统，其中：所述信令子系统产生窄带波束，所述信令子系统用于通过所述窄带波束接收卫星终端发送的控制面消息，并对所述控制面消息进行星上处理；所述数字载荷子系统产生宽带波束，所述数字载荷子系统用于同步所述信令子系统的星上处理，响应所述控制面消息进行配置宽带波束，通过所述宽带波束接收所述卫星终端发送的业务消息，并透明传输所述业务消息至目标。
8.根据本技术的第三个方面，提供一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得所述处理器执行第一个方面所述的方法。
9.根据本技术的方案，一方面，对控制面消息进行星上处理，有助于减少用户入网建链的时延和波束间、星间切换时延，适于与终端用户间的控制面的消息收发，窄带通信基带功耗低、数量少，不会对卫星的重量、供电和散热带来过大的需求，可以有效的降低成本；另
一方面，用于传输用户面数据的宽带波束使用透明转发技术，无需将宽带通信基带置于卫星上，减少卫星载荷的重量和功耗，降低卫星研发和生产成本。
附图说明
10.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本技术要求保护的范围。
11.图1是根据本技术实施例的卫星采用多波束设计的系统示意图。
12.图2是根据本技术实施例的卫星上数据的处理方法的流程图。
13.图3是根据本技术一个实施例的卫星采用不同工作模式对数据进行处理的示意图。
14.图4是根据本技术另一个实施例的卫星采用不同工作模式对数据进行处理的示意图。
15.图5是根据本技术再一个实施例的卫星采用不同工作模式对数据进行处理的示意图。
16.图6是根据本技术实施例的卫星的星上数据处理装置的示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.根据本技术实施例的低轨通信卫星至少设置有两种波束：窄带波束和宽带波束。窄带波束实现窄带通信基带上星，即窄带波束通信基带设置于卫星上。窄带波束通常使用较大的波束张角，实现更广的星下覆盖；宽带波束用于实现星上透明传输（透传）的工作方式。宽带波束通常使用较小的波束张角，实现更高的信噪比，提高通信质量。如图1所示，低轨通信卫星的一个窄带波束使用较大的波束张角，可以覆盖n个波位；低轨通信卫星的一个宽带波束使用较小的波束张角，覆盖一部分波位，例如波位10、11、16、17、18、23和24。对于一个卫星来说，窄带波束和宽带波束的数量等都是预置的。
19.图2是根据本技术实施例的卫星上数据的处理方法的流程图。所述卫星包括窄带波束和宽带波束，如图2所示，该方法包括如下步骤：步骤s201，通过所述窄带波束接收卫星终端发送的控制面消息；步骤s202，响应所述控制面消息，进行星上处理；步骤s203，响应所述控制面消息进行配置宽带波束；步骤s204，通过所述宽带波束接收所述卫星终端发送的业务消息；步骤s205，透明传输所述业务消息至目标。
20.本技术的实施例中卫星终端通常是一种双模终端，其同样既包括窄带模式也包括宽带模式，卫星终端发送控制面消息是通过窄带模式进行，卫星终端发送业务消息是通过
宽带模式进行。
21.在本技术的实施例中，卫星终端向卫星发送控制面消息，卫星通过窄带波束进行该控制面板消息的接收。控制面消息包括广播消息、应答消息、寻呼消息、资源配置消息、注册请求消息、接入请求消息、寻呼请求消息、资源调度请求消息等；业务消息指的是通信数据等业务信息。
22.卫星上包括窄带通信基带，响应上述控制面消息，进行星上处理，实现卫星与卫星终端建立链接（简称建链），具体包括将将所述卫星的参数发送至所述卫星终端，实现所述卫星与所述卫星终端的参数同步；建立与所述卫星终端的链接。更具体地，卫星通过所述窄带波束将所述卫星的参数发送至所述卫星终端。卫星的参数包括卫星的系统时间参数、组网参数、星历参数、星上平台参数、通信基带相关参数等，使得卫星终端能够快速与卫星实现系统参数同步，再结合上述控制面消息，实现卫星与卫星终端建立链接。
23.卫星响应所述控制面消息进行配置宽带波束，其中，在传输控制面消息的过程中，卫星通过注册请求、接入请求、应答、资源配置等消息了解卫星终端实际需求，即获取卫星终端实际需要的业务资源，卫星为与控制面消息对应的业务消息配置资源，所配置的资源包括宽带波束，该宽带波束用于收发卫星终端的业务消息。
24.卫星在对控制面消息进行星上处理后，能够为卫星终端配置宽带波束，该宽带波束用于收发卫星终端的业务消息。卫星通过所述宽带波束接收所述卫星终端发送的业务消息后，卫星再透明传输所述业务消息至目标。对于卫星终端传输过来的业务消息，卫星为业务消息配置宽带波束，卫星通过宽带波束接收该业务消息。卫星在发送业务消息的过程中，通过透明传输的方式发送业务消息，将业务消息转发至目标，例如另一个卫星终端、信关站或另一个卫星。此外，卫星在透明传输业务消息后，会向信关站发送资源管理报告，资源管理报告描述了与此次业务消息传输有关的内容。
25.根据本技术实施例的卫星上数据的处理方法，一方面，对控制面消息进行星上处理，有助于减少用户入网建链的时延和波束间、星间切换时延；另一方面，窄带波束适于与卫星终端用户间的控制面消息收发，窄带通信基带功耗低、数量少，不会对卫星的重量、供电和散热带来过大的需求，可以有效的降低成本。此外，宽带波束使用较小的波束张角，在业务消息的传输过程中实现更高的信噪比，提高通信质量。
26.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
27.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
28.图3、图4和图5是卫星采用不同工作模式对数据进行处理的示意图。
29.如图3所示，卫星对于控制面消息采用星上处理，例如实现与两个卫星终端的注册、接入、应答等。卫星对于业务消息采用透明传输的方式，将两个卫星终端的业务消息转发到信关站。
30.如图4所示，卫星对于控制面消息采用星上处理，例如实现与两个卫星终端的注
册、接入、应答等，卫星在透明传输业务消息后，会向信关站发送资源管理报告，资源管理报告描述了与此次业务消息传输有关的内容以及与信关站之间的通信等。在图4中，两个卫星终端处于同一颗卫星下，卫星终端通过星上基带发起寻呼请求，被叫终端与主叫终端同在一颗卫星覆盖下，卫星作为中继建立端到端的直连通信链路，用于数据传输。
31.基于图3和图4所示的实施例，步骤s205可以具体包括：判断所述另一卫星终端或所述信关站是否在所述卫星的覆盖下；若是，则所述卫星通过所述窄带波束建立与所述另一卫星终端或所述信关站的连接，并通过所述宽带波束透明传输所述业务消息至所述另一卫星终端或所述信关站。在图3和图4中，发起寻呼请求的卫星终端与目标（例如，另一卫星终端或信关站）在同一颗卫星的覆盖下，卫星建立发起寻呼请求的卫星与另一卫星终端或信关站的链接，并透明传输业务消息至另一卫星终端或信关站。
32.基于图5所示的实施例，步骤s205可以具体包括：当所述目标为另一卫星终端或所述信关站时，判断所述另一卫星终端或所述信关站如果未处在所述卫星的覆盖下，则所述卫星建立与另一卫星的连接，并通过星间链透明传输所述业务消息至所述另一卫星。如果被叫终端与主叫终端不在同一颗卫星下，则还需要增加一步卫星间的消息传输，进而实现端到端的通信链路，实现星间链数据传输的应用，如图5所示。与图4不同的是，在图5中，还包括星间信令交互消息，星间信令交互消息是星间通信的控制面消息，也需要星上处理。
33.在图5中，发起寻呼请求的卫星终端与目标（例如，另一卫星终端或信关站）不在同一颗卫星的覆盖下，卫星建立与另一卫星的链接，并透明传输业务消息至所述另一卫星，具体来说，与所述另一卫星建立链接，通过窄带波束发送控制面消息至所述另一卫星；通过宽带波束透明传输业务消息至所述另一卫星，而另一卫星终端或信关站在所述另一卫星的覆盖下，所述另一卫星透明传输业务消息至所述另一卫星终端或所述信关站。卫星在透明传输业务消息后，向信关站发送资源管理报告，资源管理报告描述了与此次业务消息传输有关的内容。
34.本技术的各个实施例，对于不同场景下的消息传输提供了不同的处理方法，使得基于窄带波束和宽带波束的卫星进行数据传输更加便捷，且功耗低，大大降低了卫星成本，解决了低轨卫星实现动态点波束应用、星间链组网应用的问题。
35.图6是根据本技术实施例的卫星的星上数据处理装置的示意图。如图6所示，星上数据处理装置总体上可以划分为三个子系统，obc子系统、信令子系统和数字载荷子系统，这三个子系统之间能够进行交互，协同完成星上数据的处理。
36.在图6中，信令子系统，产生窄带波束，用于通过窄带波束接收卫星终端发送的控制面消息，并对控制面消息进行星上处理。
37.在一个实施例中，控制面消息包括收发空口的控制面消息和星间通信的控制面消息。一个具体实施例中，卫星对通过窄带波束接收的控制面消息进行星上处理。卫星通过信令子系统将卫星参数发送至卫星终端，实现卫星与卫星终端的参数同步；根据控制面消息建立与卫星终端的连接。具体来说，通过星上的窄带波束，将卫星相关的系统时间参数、组网参数、星历参数、星上平台参数、通信基带相关参数通过广播信道下发给卫星终端，使得卫星终端能够通过解调广播消息，快速与卫星实现系统参数同步。
38.在一个具体实施例中，在卫星对控制面消息进行处理后，采用窄带波束卫星参数对进行传输，例如通过窄带波束将卫星参数发送至卫星终端。这样一方面，对控制面消息进
行星上处理，有助于减少用户入网建链的时延和波束间、星间切换时延；另一方面，窄带波束的速率低，传输的数据量较小，适于与终端用户间的控制面的消息收发，窄带通信基带功耗低、数量少，不会对卫星的重量、供电和散热带来过大的需求，可以有效的降低成本。
39.在图6中，数字载荷子系统产生宽带波束，用于同步所述信令子系统的星上处理，响应所述控制面消息进行配置宽带波束，通过宽带波束接收卫星终端发送的业务消息，响应业务消息进行配置资源，并透明传输业务消息至目标。
40.数字载荷子系统为业务消息配置资源，在传输控制面消息的过程中，通过注册请求、接入请求、应答、资源配置等消息为业务消息配置资源，所配置的资源包括宽带波束。
41.在一个具体实施例中，对于业务消息，卫星为其配置资源，包括宽带波束，卫星采用宽带波束透明传输的业务消息。宽带波束使用较小的波束张角，在业务消息的传输过程中实现更高的信噪比，提高通信质量。
42.在图6中，obc子系统用于分别接收来自所述信令子系统和所述数字载荷子系统的所述控制面消息和所述业务消息，将所述控制面消息和所述业务消息发送给另一卫星。
43.根据图6所示的星上数据处理装置，在图3和图4所示的实施例中，发起寻呼请求的卫星终端与目标（例如，另一卫星终端或信关站）在同一颗卫星的覆盖下，卫星的信令子系统建立发起寻呼请求的卫星与另一卫星终端或信关站的连接，卫星的数字载荷子系统透明传输业务消息至另一卫星终端或信关站。
44.根据图6所示的星上数据处理装置，在图5所示的实施例中，发起寻呼请求的卫星终端与目标（例如，另一卫星终端或信关站）不在同一颗卫星的覆盖下，卫星建立与另一卫星的连接，并透明传输业务消息至所述另一卫星，具体来说，卫星的信令子系统发送控制面消息至obc子系统；卫星的数字载荷子系统发送业务消息至obc子系统；obc子系统将控制面消息和业务消息透明传输至另一卫星，而另一卫星终端或信关站在所述另一卫星的覆盖下，所述另一卫星透明传输业务消息至所述另一卫星终端或所述信关站。
45.本技术采用了宽窄波束结合、星上处理与透明转发技术结合的通信卫星通信载荷设计方案，解决了高通量低轨通信星上处理卫星与研发制造成本、运营维护成本的矛盾问题，和低成本、轻型化的低轨卫星实现动态点波束应用、星间链组网应用的问题。为低成本、轻型化的低轨宽带卫星使用星上数字载荷提供了解决方案。此外，本技术不仅适用于轻型化低轨高通量通信卫星组成的星座系统，也适用于其他有低成本、轻型化需求的低、中轨卫星应用系统。
46.本技术实施例还提供一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得所述处理器执行如图2所示的方法以及细化方案。
47.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。