[发明专利]一种基于拓扑容错结构的分布式卫星系统

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通信技术，尤其涉及基于拓扑容错结构的分布式卫星系统设计方法。

背景技术

随着现代卫星技术，尤其是微小卫星技术的蓬勃发展，在空间部署多颗相互协同工作的小卫星，构成分布式卫星系统的空间信息综合感知与应用体系，已成为诸多国家关注的热点和追求的目标。相比较传统的单颗卫星，分布式卫星系统具有高性能、低成本、高可靠性、高适应性的优势，具有广阔的应用前景。

根据星间距离的大小、位置控制精度的差异、技术水平的高低和应用层次的不同，分布式卫星系统结构可分为三类：星群、星座和编队飞行。

星群结构中，卫星之间的距离是不固定的，无需对各卫星进行轨道控制。星群结构主要用于空间环境探测和数据通信。

星座结构中，一定数量功能相同的卫星分布在轨道平面内，星座运行时要定期进行轨道控制，以保持相对位置不变。星座结构主要解决空间和时间覆盖问题。“铱星”、“全球星”、全球定位系统（GPS）等采用此结构。

编队飞行结构中，卫星间距离短，星间有动力学联系，依赖控制系统保持特定的形状编队飞行。卫星间相互协同工作，共同承担信号采集、处理、通信等功能。整个星群构成一个大的“虚拟卫星”。

现在针对分布式卫星系统的研究主要是针对编队飞行的分布式卫星系统的研究。研究内容主要集中在三个方面：卫星关键技术、编队飞行技术和自主运行技术。卫星关键技术旨在提高卫星功能密集度。编队飞行技术包括编队设计、相对导航、星间通信和编队控制。自主运行技术指系统不依赖地面支持，由自身决策系统根据情况完成特定的空间任务。

综上，目前还没有针对基于容错拓扑结构的分布式卫星系统的研究。分布式卫星系统中卫星节点布置于太空，一旦失效，修复难度很大，由此会对整个分布式卫星系统的功能带来重大的影响。尤其是在未来的空间攻防中，卫星节点被动失效的概率大大增加。因此，研究基于容错拓扑结构的分布式卫星系统，提高系统的容错能力，具有重要的理论价值和深远的国防意义。

发明内容

本发明提出了一种基于容错拓扑结构的分布式卫星系统。通过引入冗余拓扑结构，在链路、路由、节点三个层次提高了系统的容错能力。该分布式卫星系统具有以下特征：

系统由通信卫星和功能卫星构成。通信卫星用于系统与外界通信，功能卫星用于完成系统内的各项功能。

系统具有多于一个的通信卫星。

所有的功能卫星都具有相应的备份卫星。

系统内所有的卫星节点都具有路由功能。

系统内所有的功能卫星通过星间链路连接成环，并将其中的部分功能卫星与通信卫星通过星间链路相连。

我们称具有以上特点的拓扑容错结构为双环交叉容错拓扑结构。在本发明的具体实施方式例中，给出了一个基于该容错拓扑结构的分布式卫星系统实施案例。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明一个实施例的分布式卫星系统结构示意图。

图2为本发明一个实施例实现链路容错功能的示意图。

图3是本发明一个实施例实现路由容错功能的示意图。

图4是本发明一个实施例实现节点容错功能的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1为本发明一个实施例的系统结构示意图。该分布式卫星系统由2个通信卫星、4个功能卫星以及4个相应的备份卫星构成。4个功能卫星通过星间链路连接成环，并部分与通信卫星通过星间链路连接。4个备份卫星也通过星间链路连接成环，并部分与通信卫星通过星间链路连接。整个分布式卫星系统与外部网络的通信通过2个通信卫星实现。

图2为本发明图1实施例实现链路容错功能的示意图。链路容错是指在一条通信链路发生故障的情况下，通过其他的冗余链路完成通信功能，系统的全部卫星节点依然可达。假定从外部网络的某个节点发送数据包到功能卫星3，路经通信卫星1。若通信卫星1与功能卫星3之间的链路出错，则数据包无法通过此链路到达功能卫星3。但是数据包可以通过通信卫星1、功能卫星1、功能卫星2之间的链路到达功能卫星3，完成通信，实现链路容错的功能。