一种星地随遇接入方法及系统

技术领域

本发明涉及卫星通讯技术领域，尤其涉及一种星地随遇接入方法及系统。

背景技术

随着大型卫星星座的建设，我国的在轨卫星数量将迅速増长，不仅产生了大规模低轨卫星高效运控和卫星自主化运行的需求，同时也对地面测控资源的规模和运行模式提出了新的需求。目前传统的测控采用“地面为主，计划测控”模式，即地面测运控中心根据需要，编制每颗卫星的测控计划，下发至各地面节点；地面节点根据中心计划，在计划时间、预定方向上，与卫星建立测控链路，进行信息交互。随着在轨卫星数量的增加，这种测运控模式面临三方面的压力，一是随着卫星数量不断增加，现有的窄波束单目标设备资源越来越紧张；二是地面网管对单颗卫星分别进行测控计划编排，其复杂度越来越大，可靠性也随之降低；三是事先编制的测控计划，星地交互时效性低，难以适应在轨卫星快速变化的运控需求。

虽然随遇接入测控体制目前在国内尚未正式投入使用，但目前已经有随遇接入测控技术的提出，现有的随遇接入测控技术均由三方面的共同特点：一是信道设计上，均采用“测控+接入”的双通道模式，即在原有的星地测控信道之外，新增随遇接入信道，也称控制信道；二是流程设计上，均包括星地捕获、身份认证、信道接入、业务测控等步骤；三是搜索信标的发送方式，均为卫星常发下行信标，地面收到信标后与卫星进行信息交互。而在接入场景的设置、信息交互流程等方面，未形成统一的标准或规范。在接入方式上，采用前向多波束扫描+返向全景固定波束接入模式，接入节点通过激活N个阵元形成前向扫描波束，通过激活M个阵元形成返向全景固定波束，实现控制信道同时全空域覆盖；另外还有一种多场景随遇接入的方法，其设想了2种接入场景，一种为多波束全空域扫描接入方式，航天器持续发送遥测信号，地面系统调用扫描波束进行全空域搜索，接收并识别航天器的遥测信号，若为合作航天器则发送遥控信号；另一种为全向天线辅助接入方式，航天器周期性向地面发射接入信标，地面测控系统调用跟踪波束接收/解调航天器发送的遥测信号，将解调后的数据发送至测控中心，中心生成遥控指令，通过测控设备发往航天器，完成随遇接入。虽然上述星地随遇接入方法，有较强的实用性，但地面前向多波束扫描，设备电路设计复杂，运行控制计算量大；并且，设备多个波束用于接入信道，相应减少了用于测控的波束数量，而卫星/航天器持续发送信标信号，增加了星上功耗，加之，上述星地随遇接入的方法比较适用于新建多波束随遇接入测控系统，不适用于现有多波束设备扩展随遇接入功能。

因此，目前亟需一种能够简化波束扫描电路，且不占用波束控制资源，无需持续发送信标信号，提高星地交互效率的方法。

发明内容

本发明提供了一种星地随遇接入方法及装置，以解决现有技术中设备电路设计复杂，运行控制计算量大，用于测控的波束数量少，持续发送信标信号增加了星上功耗，不适用于现有多波束设备扩展随遇接入功能的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种星地随遇接入方法，用于卫星，包括：

接收地面节点所发送的广播帧，并根据所述广播帧，对所述地面节点进行身份校验；

待所述地面节点身份校验成功后，生成并向所述地面节点发送接入申请；

接收所述地面节点根据所述接入申请所生成的应答信息，并根据所述应答信息，开通与所述地面节点进行业务测控数据收发的测控信道，从而完成所述卫星与所述地面节点接入入网。

作为优选方案，所述接收地面节点所发送的广播帧，并根据所述广播帧，对所述地面节点进行身份校验，具体包括：

接收地面节点通过接入信道，周期性发送全向宽波束的广播帧；其中，所述广播帧包括：地面节点信息、鉴权信息、时间码、帧类型和校验信息，所述接入信道用于所述卫星和所述地面节点之间保持接入流程的通信；

对所述地面节点信息、鉴权信息、时间码、帧类型和校验信息进行解析，从而通过解析后的广播帧对所述地面节点的身份进行校验与认证。

作为优选方案，待所述地面节点身份校验成功后，生成并向所述地面节点发送接入申请，具体包括：

待所述地面节点身份校验成功后，根据所述卫星当前的业务测控数据，判断是否存在与所述地面节点进行建链需求；

若存在有建链需求，则生成与所述地面节点接入入网的接入申请，并通过所述接入信道向所述地面节点发送接入申请。

作为优选方案，还包括：

在向所述地面节点发送接入申请之后，通过所述接入信道，接收所述地面节点所发送的前向信令帧；其中，所述应答信息包括前向信令帧；

对所述前向信令帧进行解析，并根据解析后的前向信令帧，开通与所述地面节点进行业务测控数据收发的测控信道。

作为优选方案，在所述开通与所述地面节点进行业务测控数据收发的测控信道之后，还包括：

通过所述测控信道，向所述地面节点发送测控业务数据或接收所述地面节点所发送的测控业务数据；

在向所述地面节点发送测控业务数据或接收所述地面节点所发送的测控业务数据的过程中，通过所述接入信道，判断是否能够持续接收所述地面节点所发送的广播帧；

当正常接收所述广播帧时，则生成周期汇报帧，并通过所述接入信道，向所述地面节点持续发送周期汇报帧；其中，所述周期汇报帧包括卫星轨道、健康状态和工作状态。

作为优选方案，在向所述地面节点发送测控业务数据或接收所述地面节点所发送的测控业务数据的过程中，还包括：

持续对所述地面节点进行离网判决，以使得根据所获取的所述卫星的弧段任务、接收的广播帧和与地面节点的跟踪仰角，进行周期性汇报帧的停发判断；

若满足所述卫星的弧段任务结束、接收的广播帧超时或与地面节点的跟踪仰角达到预设低限中的任意一种，则停止向所述地面节点发送周期汇报帧，生成离网再见帧，并通过所述接入信道，向所述地面节点发送离网再见帧；

若均不满足所述卫星的弧段任务结束、接收的广播帧超时或与地面节点的跟踪仰角达到预设低限，则继续对所述地面节点进行离网判决。

相应地，本发明还提供一种星地随遇接入方法，用于地面节点，包括：

持续向前向波束覆盖区域发送广播帧；

响应于接收到卫星生成并发送的接入申请，对所述接入申请进行解析，并根据解析后的接入申请，对所述卫星进行身份认证；

向身份认证后的卫星发送应答信息，同时为所述卫星分配信道资源，从而开通测控信道，以使得所述卫星接收应答信息后接入所述测控信道，进而完成所述卫星与所述地面节点接入入网。

作为优选方案，还包括：

响应于接收控制中心对任务计划所生成的上行控制包，生成前向信令帧，并向所述卫星发送前向信令帧，以使得所述卫星根据所述前向信令帧生成并发送接入申请，并在所述卫星接入所述测控信道后，实现测控业务数据的收发。

作为优选方案，在所述卫星接入所述测控信道之后，还包括：

持续接收所述卫星所发送的周期汇报帧，并将所述周期汇报帧转发至控制中心，以及持续对所述卫星进行离网判决，以使得根据所述卫星的离网再见帧、周期汇报帧和卫星位置，进行释放信道资源判断；

若满足接收到离网再见帧、接收周期汇报帧超时和卫星位置不在所述前向波束覆盖区域中的任意一种，则释放信道资源，并对所述卫星进行离网标注，向控制中心进行所述卫星的离网汇报；

若均不满足接收到离网再见帧、接收周期汇报帧超时和卫星位置不在所述前向波束覆盖区域，则继续对所述卫星进行离网判决。

相应地，本发明还提供一种星地随遇接入系统，包括：若干个卫星、若干个地面节点和一个控制中心；所述控制中心与若干个地面节点连接，每一所述地面节点可通过接入信道和测控信道与任一所述卫星通信连接；

每一所述卫星，用于执行如上任意一项所述的用于卫星的星地随遇接入方法；

每一所述地面节点，用于执行如上任意一项所述的用于地面节点的星地随遇接入方法；

所述控制中心，用于对所述卫星和所述地面节点的任务调度与控制。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明的技术方案通过接收地面节点所发送的广播帧对地面节点进行身份校验，进而生成并向地面节点发送接入申请，从而接收地面节点所生成的应答信息，进而开通与地面节点进行业务测控数据收发的测控信道，即只在有接入需求的情况下发送返向接入申请，避免了持续发送信标信号增加了卫星的星上功耗的问题，有效降低地面设备的复杂度，同时不受扫描波束数量的限制，无需波束形成及波束扫描控制电路，系统设计、操作及维护难度低。

进一步地，本发明采用前向固定宽波束，发射天线结构简单，发射信道数量少；前向信号对空间全覆盖，不受扫描波束数量的限制，有利于相控阵多波束设备扩展随遇接入功能，同时在原有的多波束中分离部分波束作为返向接收波束，具有设计方案简化、设备改动量小、易于工程实现的优势。因此本发明既适用于新建随遇接入系统的模式选择，也适用于现有设备的适应性改造。

附图说明

图1：为本发明实施例所提供的用于卫星的星地随遇接入方法的步骤流程图；

图2：为本发明实施例所提供的用于地面节点的星地随遇接入方法的步骤流程图；

图3：为本发明实施例所提供的星地随遇接入系统的结构图；

图4：为本发明实施例所提供的随遇接入入网星地交互流程图；

图5：为本发明实施例所提供的随遇接入周期汇报星地交互流程图；

图6：为本发明实施例所提供的地面业务测控发起及执行星地交互流程图；

图7：为本发明实施例所提供的卫星业务测控发起及执行星地交互流程图；

图8：为本发明实施例所提供的卫星离网星地交互流程图；

图9：为本发明实施例所提供的卫星与地面节点之间数据传输的时序图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参照图1，为本发明实施例提供的一种星地随遇接入方法，用于卫星，包括以下步骤S101-S103：

步骤S101：接收地面节点所发送的广播帧，并根据所述广播帧，对所述地面节点进行身份校验。

作为本实施例的优选方案，所述接收地面节点所发送的广播帧，并根据所述广播帧，对所述地面节点进行身份校验，具体包括：

接收地面节点通过接入信道，周期性发送全向宽波束的广播帧；其中，所述广播帧包括：地面节点信息、鉴权信息、时间码、帧类型和校验信息，所述接入信道用于所述卫星和所述地面节点之间保持接入流程的通信；对所述地面节点信息、鉴权信息、时间码、帧类型和校验信息进行解析，从而通过解析后的广播帧对所述地面节点的身份进行校验与认证。

在本实施例中，卫星与地面节点之间同时配备有接入信道和测控信道进行通信，其中测控信道具备多个增益高、波束窄、可全空域数字扫描的波束，每个波束关联一条测控链路；接入信道由增益较低、全空域覆盖的固定波束及其关联的信号处理链路组成。因此，地面节点可以通过接入信道，持续向前向波束覆盖区域发送广播帧，使得卫星进入该前向波束覆盖区域中时，即可接收到该地面节点所发送的广播帧。

在本实施例中，广播帧包含接入节点ID、鉴权信息、时间码、帧类型和校验信息等涉及该地面节点信息的内容，从而使得卫星能够通过接收该广播帧中的信息，进而来对该地面节点进行认证、校验与鉴权等操作。需要说明的是，校验是数据收发时常用的纠错手段，防止在传输过程中出现误码，校验方式可以根据需要选择；进一步地，校验信息中不包含用于认证的信息，卫星对地面节点身份的认证是在指定的频点、数据调制方式、编译码方式下，解调出数据帧，并识别地面节点ID和鉴权信息。

步骤S102：待所述地面节点身份校验成功后，生成并向所述地面节点发送接入申请。

作为本实施例的优选方案，所述待所述地面节点身份校验成功后，生成并向所述地面节点发送接入申请，具体包括：

待所述地面节点身份校验成功后，根据所述卫星当前的业务测控数据，判断是否存在与所述地面节点进行建链需求；若存在有建链需求，则生成与所述地面节点接入入网的接入申请，并通过所述接入信道向所述地面节点发送接入申请。

在本实施例中，进入地面节点可见区域的卫星收到广播帧后，即可基于自身的建链需求，选择是否与该地面节点建链以及与某个地面节点建链，并向选定的地面节点发送返向接入申请，返向接入申请包含卫星ID、待接入地面节点ID、卫星轨道信息、动态鉴权信息、业务申请类型、接入申请等级等内容。

可以理解的是，通过卫星当前的业务测控数据来确定自身的建链需求，即可实现通过自身的卫星的测控业务等任务情况，来由卫星实现接入地面节点的请求控制。同样地，也存在有另一种方式实现地面节点与卫星之间建链的方式，即由地面节点主导，当检测到卫星处于该地面节点所覆盖的范围区域时，即可由控制中心主导该地面节点与该卫星建链，从而能够准确地实现卫星与地面节点之间的高效与便捷的通信连接。

作为本实施例的优选方案，还包括：

在向所述地面节点发送接入申请之后，通过所述接入信道，接收所述地面节点所发送的前向信令帧；其中，所述应答信息包括前向信令帧；对所述前向信令帧进行解析，并根据解析后的前向信令帧，开通与所述地面节点进行业务测控数据收发的测控信道。

在本实施例中，通过卫星向地面节点发送接入申请后，即向地面节点发送了卫星可以与地面节点进行测控业务数据传输的测控信道搭建请求。该请求并不代表卫星主动接入地面节点还是地面节点主动接入卫星，即接入申请表示该卫星可以与地面节点接入入网的反馈，因此不管在地面需要发起测控业务，还是卫星需要发起测控业务，卫星都是需要向地面节点发送接入申请，以表示该卫星可以接入该地面节点。通过地面节点所发送的前向信令帧后，即可开通与地面节点进行业务测控数据收发的测控信道。

具体地，当地面需要发起测控业务时，先由任务中心向地面节点发送业务信道开启指令，再通过地面节点发送上行控制包，通知卫星转入相应测控业务。而当卫星自主发起测控业务申请时，通过控制信道返向波束向地面发送业务信道开启指令，地面将卫星业务申请情况上报中心，同时进行波束及信道资源配置，星地建立测控信道，进而开展业务测控。

步骤S103：接收所述地面节点根据所述接入申请所生成的应答信息，并根据所述应答信息，开通与所述地面节点进行业务测控数据收发的测控信道，从而完成所述卫星与所述地面节点接入入网。

作为本实施例的优选方案，在所述开通与所述地面节点进行业务测控数据收发的测控信道之后，还包括：

通过所述测控信道，向所述地面节点发送测控业务数据或接收所述地面节点所发送的测控业务数据；在向所述地面节点发送测控业务数据或接收所述地面节点所发送的测控业务数据的过程中，通过所述接入信道，判断是否能够持续接收所述地面节点所发送的广播帧；当正常接收所述广播帧时，则生成周期汇报帧，并通过所述接入信道，向所述地面节点持续发送周期汇报帧；其中，所述周期汇报帧包括卫星轨道、健康状态和工作状态。

在本实施例中，地面节点通过返向波束接收卫星返向接入申请后，进行卫星身份鉴权认证并解析接入申请，根据解析的卫星位置信息，计算卫星相对节点的跟踪角度，调用测控波束指向卫星，同时通过前向波束发送接入应答信息，应答信息包含节点ID、卫星ID、接入应答、后续工作安排等信息内容，卫星接收应答信息后，开通测控信道，从而完成卫星入网。

在本实施例中，卫星入网后，地面节点持续发送前向广播信息，而卫星在正常接收所述广播帧时向地面节点发送周期汇报帧，内容包括卫星轨道、健康状态等信息，以使得地面节点将接收到的周期汇报帧信息发送给控制中心。

作为本实施例的优选方案，在向所述地面节点发送测控业务数据或接收所述地面节点所发送的测控业务数据的过程中，还包括：

持续对所述地面节点进行离网判决，以使得根据所获取的所述卫星的弧段任务、接收的广播帧和与地面节点的跟踪仰角，进行周期性汇报帧的停发判断；若满足所述卫星的弧段任务结束、接收的广播帧超时或与地面节点的跟踪仰角达到预设低限中的任意一种，则停止向所述地面节点发送周期汇报帧，生成离网再见帧，并通过所述接入信道，向所述地面节点发送离网再见帧；若均不满足所述卫星的弧段任务结束、接收的广播帧超时或与地面节点的跟踪仰角达到预设低限，则继续对所述地面节点进行离网判决。

在本实施例中，在地面节点与卫星之间进行测控业务数据传输的过程中，还需要进行卫星与地面节点之间的离网状态判断，以确保卫星与地面节点之间测控业务数据传输的稳定性和完整性。当卫星完成本弧段工作，或对地仰角过低，或接收地面节点的前向信号电平（广播帧）不稳定，即启动离网，向地面发送离网再见帧，同样地，地面节点收卫星周期汇报帧超时，也判定卫星离网。其中，本弧段任务是指卫星经过该地面节点在全空域覆盖的范围，对于卫星的运动轨迹而言，即为该范围的弧段，因此本弧段即为卫星在该地面节点的运动轨迹。

可以理解的是，针对大规模卫星星座的测控需求，基于随遇接入应用场景，本实施例所设计一种全向天线发送前向广播帧方式实现星地随遇接入的方法，既可用于相控阵多波束设备扩展随遇接入功能，也适用于新建随遇接入测控系统的建设需求。

进一步地，地面节点设备设置独立的随遇接入发射信道，常发广播信号，前向信道采用全向天线，简化波束扫描电路，且不占用波束控制资源；进入地面节点设备信号覆盖区的卫星，使用接收机搜索地面广播信号，无需持续发送信标信号，同时在确保星地交互可靠性的基础上，提高星地交互效率。

实施以上实施例，具有如下效果：

本发明的技术方案通过接收地面节点所发送的广播帧对地面节点进行身份校验，进而生成并向地面节点发送接入申请，从而接收地面节点所生成的应答信息，进而开通与地面节点进行业务测控数据收发的测控信道，即只在有接入需求的情况下发送返向接入申请，避免了持续发送信标信号增加了卫星的星上功耗的问题，有效降低地面设备的复杂度，同时不受扫描波束数量的限制，无需波束形成及波束扫描控制电路，系统设计、操作及维护难度低。

实施例二

请参阅图2，其为本发明实施例所提供的本发明还提供一种星地随遇接入方法，用于地面节点，包括以下步骤S201-S203：

步骤S201：持续向前向波束覆盖区域发送广播帧。

需要说明的是，地面节点即为卫星接入地面的地面测控系统，其同时配备测控信道和接入信道，其中测控信道具备多个增益高、波束窄、可全空域数字扫描的波束，每个波束关联一条测控链路；接入信道由增益较低、全空域覆盖的固定波束及其关联的信号处理链路组成；地面节点采用全向天线发送前向广播帧实现随遇接入的模式，接入信道前向波束采用全空域覆盖的固定宽波束模式，返向波束采用“多路定向宽波束”拼接方式实现全空域覆盖，当接入信道完成与卫星的随遇接入之后，调用测控波束及其对应的测控链路与卫星进行测控数据交互。

在本实施例中，地面节点通过全向宽波束周期性发送前向广播帧。广播帧包含接入节点ID、鉴权信息、时间码、帧类型、校验信息等内容。

步骤S202：响应于接收到卫星生成并发送的接入申请，对所述接入申请进行解析，并根据解析后的接入申请，对所述卫星进行身份认证。

在本实施例中，当卫星向选定的地面节点发送返向接入申请后，地面节点通过对该接入申请进行解析，从而对卫星身份的鉴权。

在本实施例中，地面对卫星身份的鉴权，需要用到卫星的ID信息，不需要卫星的位置及角度信息。为了防止误识别或其它卫星冒用身份，在星地之间设置一套动态鉴权算法，包括：参与鉴权计算的要素、鉴权算法和鉴权过程。参与鉴权计算的要素包括：卫星身份识别码Sat（与卫星ID对应，每颗卫星唯一）、卫星鉴权健Key（与Sat对应，每颗星唯一）和鉴权随机数Num（由地面产生，位于前向广播帧的特定字段）；鉴权算法Func，根据“Sat、Key、Num”三个参数，经自定义算法Func，得到相应数Res。鉴权过程为：卫星收到地面前向广播帧，从中解出随机数Num，根据算法Func，得到Res，通过返向接入帧特定字段发往地面；地面根据返向接入帧中的卫星ID，调用该ID对应的Sat、Key，同样用算法Func，得到相应数Res；地面将算出的Res与星上下传的Res进行比对，两者一致时，则鉴权通过。该方法的动态性体现在两方面：一是随机数Num动态产生；二是卫星管控中心可以根据需要更换星地鉴权健Key代码，并上注给卫星更新。进一步地该方法的安全性体现在两方面：一是鉴权健Key、算法Func均不公开；二是通过增加数据长度及算法复杂程度，可提高防破解难度。

作为本实施例的优选方案，还包括：

响应于接收控制中心对任务计划所生成的上行控制包，生成前向信令帧，并向所述卫星发送前向信令帧，以使得所述卫星根据所述前向信令帧生成并发送接入申请，并在所述卫星接入所述测控信道后，实现测控业务数据的收发。

在本实施例中，当地面需要发起测控业务时，先由任务中心向地面节点发送业务信道开启指令，再通过地面节点发送上行控制包，从而生成前向信令帧，并向卫星发送前向信令帧，进而实现通知卫星转入相应测控业务。

步骤S203：向身份认证后的卫星发送应答信息，同时为所述卫星分配信道资源，从而开通测控信道，以使得所述卫星接收应答信息后接入所述测控信道，进而完成所述卫星与所述地面节点接入入网。

作为本实例的优选方案，在所述卫星接入所述测控信道之后，还包括：

持续接收所述卫星所发送的周期汇报帧，并将所述周期汇报帧转发至控制中心，以及持续对所述卫星进行离网判决，以使得根据所述卫星的离网再见帧、周期汇报帧和卫星位置，进行释放信道资源判断；若满足接收到离网再见帧、接收周期汇报帧超时和卫星位置不在所述前向波束覆盖区域中的任意一种，则释放信道资源，并对所述卫星进行离网标注，向控制中心进行所述卫星的离网汇报；若均不满足接收到离网再见帧、接收周期汇报帧超时和卫星位置不在所述前向波束覆盖区域，则继续对所述卫星进行离网判决。

在本实施例中，卫星接入测控信道后，即在卫星与地面节点之间进行测控业务数据传输的过程中，持续接收卫星所发送的周期汇报帧，并将周期汇报帧转发至控制中心。

可以理解的是，本实施例有利于相控阵多波束设备扩展随遇接入功能，为解决地面节点设备波束/信道数量不足的压力，目前国内已建成数套不具备随遇接入功能的相控阵多波束测控设备。当这些设备需要扩展随遇接入功能时，采用本发明实施例所提供的模式，只需增加独立的前向发射信道，同时在原有的多波束中分离部分波束作为返向接收波束，具有设计方案简化、设备改动量小、易于工程实现的优势。因此本发明实施例既适用于新建随遇接入系统的模式选择，也适用于现有设备的适应性改造。

实施以上实施例，具有如下效果：

相比于现有的“前向多波束扫描+返向全景固定波束”法，本发明实施例可有效降低地面设备的复杂度。采用前向固定宽波束，发射天线结构简单，发射信道数量少；前向信号对空间全覆盖，不受扫描波束数量的限制，无需波束形成及波束扫描控制电路，系统设计、操作及维护难度低。同时相较于“卫星持续发送接入信标”模式，本方法提供的模式中，卫星无需持续发送接入信标，只在有接入需求的情况下发送返向接入申请，因此能有效节省星上功耗。

实施例三

请参阅图3，其为本发明实施例所提供的一种星地随遇接入系统，包括：若干个卫星、若干个地面节点和一个控制中心；所述控制中心与若干个地面节点连接，每一所述地面节点可通过接入信道和测控信道与任一所述卫星通信连接。

每一所述卫星，用于执行如上实施例一所述的用于卫星的星地随遇接入方法。

每一所述地面节点，用于执行如上实施例二所述的用于地面节点的星地随遇接入方法。

所述控制中心，用于对所述卫星和所述地面节点的任务调度与控制。

在本实施例中，地面节点作为卫星接入地面的地面测控系统，同时配备测控信道和接入信道，其中测控信道具备多个增益高、波束窄、可全空域数字扫描的波束，每个波束关联一条测控链路；接入信道由增益较低、全空域覆盖的固定波束及其关联的信号处理链路组成；地面节点采用全向天线发送前向广播帧实现随遇接入的模式，接入信道前向波束采用全空域覆盖的固定宽波束模式，返向波束采用“多路定向宽波束”拼接方式实现全空域覆盖，当接入信道完成与卫星的随遇接入之后，调用测控波束及其对应的测控链路与卫星进行测控数据交互。

地面节点通过全向宽波束周期性发送前向广播帧，广播帧包含接入节点ID、鉴权信息、时间码、帧类型、校验信息等内容，进入地面节点可见区域的卫星收到广播信息后，卫星基于自身的建链需求，选择是否与地面建链以及与某个节点建链，并向选定的地面节点发送返向接入申请，返向接入申请包含卫星ID、待接入节点ID、卫星轨道信息、动态鉴权信息、业务申请类型、接入申请等级等内容。

地面节点通过返向波束接收卫星返向接入申请后，进行卫星身份鉴权认证并解析接入申请，根据解析的卫星位置信息，计算卫星相对节点的跟踪角度，调用测控波束指向卫星，同时通过前向波束发送接入应答信息，应答信息包含节点ID、卫星ID、接入应答、后续工作安排等内容，卫星接收应答信息后，开通测控信道，完成卫星入网，入网流程如图4所示。卫星入网后，地面节点持续发送前向广播信息，卫星向地面节点发送周期汇报帧，周期汇报帧内容包括卫星轨道、健康状态等信息，地面节点将周期汇报帧信息发送给中心，周期汇报流程如图5所示。

当地面需要发起测控业务时，先由任务中心向地面节点发送测控信道开启指令，再通过地面节点发送上行控制包，通知卫星转入相应测控业务，测控业务发起及执行流程如图6所示。

当卫星自主发起测控业务申请时，通过控制信道返向波束向地面发送业务信道开启指令，地面将卫星业务申请情况上报中心，同时进行波束及信道资源配置，星地建立测控信道，开展业务测控，卫星业务测控发起及执行星地交互流程如图7所示。

当卫星完成本弧段工作或对地仰角过低或接收地面前向信号电平不稳定，即启动离网，向地面发送离网帧，地面收卫星周期汇报帧超时，也判定卫星离网，离网星地交互流程如图8所示。

请参阅图9，其为卫星与地面节点之间的数据传输的时序图，卫星和地面节点均有接入信道和测控信道，测控信道之间实现测控业务数据的传输，而接入信道之间，实现周期汇报、前向广播等的信息的发送。

实施以上实施例，具有如下效果：

采用随遇接入测控体制，建设多波束测控系统，既可以实现多目标同时测控，解决测控设备数量不足的问题，还能实现“星地协同”，提高星地交互效率，满足大规模在轨卫星自主化运行的需求。同时卫星和地面均需在现有的测控通道之外，新增接入通道，利用接入通道的引接，建立测控链路，开展测控业务，相对于目前单波束单目标测控模式，随遇接入体制的应用必须具备两方面条件，一是建设相控阵多波束设备，实现一套设备对多目标的同时跟踪；二是在该设备的基础上，进一步开发随遇接入功能。

进一步地，本发明实施例地面设备设置独立的随遇接入发射信道，常发广播帧信号，前向信道采用全向天线，简化波束扫描电路，且不占用波束控制资源。同时进入地面设备信号覆盖区的卫星，使用接收机搜索地面广播信号，无需持续发送信标信号，并且本发明的星地信息交互流程，在确保星地交互可靠性的基础上，提高星地交互效率，既可用于相控阵多波束设备扩展随遇接入功能，也适用于新建随遇接入测控系统的建设需求。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。