地面的连接接近结束，至少有一个上行/下行链路望远镜处于空闲状态，从而使得互联网可以在前一个连接断开之前建立新的连接，这种模式成为“先通后断(Make-Before-Break) ”模式。
[0026]地面上的站址分集(site diversity)用于减轻天气原因造成的中断，站址分集是在彼此距离相对较近的位置设置多个(两个或更多个)终端(地面光学望远镜)，例如，在相关的地面网关的几百公里范围内。基于预先预测的无云视线概率，选择所述地面终端/望远镜中的两个用于与地面站点光学连接的卫星的每一个通信。所述两个地面终端可以由卫星上单独的上行/下行链路望远镜进行追踪，但是也可以使用双向追踪系统，所述双向追踪系统具有大到足以通过单个望远镜同时覆盖所述两个地面终端的视场。在一些实施例中，当空间隔离充分时，使用双极化作为区分来自所述两个地面终端的信号的一种方法。在一些实施例中，不同光谱段可以用于信标。
[0027]另外，每个地面站点都将具有至少两个上行/下行链路望远镜，使得当卫星群经过该地面站点时，可以在旧的连接断开前建立新的连接。这样，通过使用站址分集并借助于监控和在支持单个信号网关/站点的单独的地面终端之间进行实时转换使得卫星群具有很高的可用性。卫星群经过站点时，上行/下行链路望远镜使用光学信标不断且实时地追踪正当前的两个地面站点/终端，并且向视线最清晰的地面站点/终端发送数据。多个(例如，两个或更多个)彼此相对接近的地面终端通过有线或无线、电学或光学通信模式与共用网关直接通信。网关可以位于运营商聚集区(carrier hotel)或者其它与本地高速互联网络具有多个连接的站点中。
[0028]在一些实施例中，每个地面终端均包括用于控制一个或多个卫星处的光束的望远镜和天线系统。在一个实施例中，基于地面用万向架固定的激光通信终端/望远镜在每次卫星群经过时追踪个别的卫星。在一个实施例中，网络操作中心发送一个或多个开关命令，该命令用来配置数据路径以保持所需地面站点之间的连续的连接，同时具有另外的链接用于当卫星轨道在地球周围时在旧的连接被撤消前建立新的连接。
[0029]尽管图1中的卫星群关于MEO轨道来说明，但是GEO与MEO轨道卫星的结合也是可行的，并且也在本发明的保护范围之内。在所述体系中添加一个或多个GEO卫星可以通过多种方式实现。在一个简单但受限的方法中，将MEO中继卫星群的网关与GEO卫星的终端定位在同一个地方。该方法是利用MEO卫星群将数据从一个GEO卫星传递到另一个GEO卫星。一种更灵活的方法是，可以对每个MEO卫星添加一个或多个GEO链接望远镜，从某一个方面看这种连接足够使至少一个MEO卫星始终能够与所有GEO轨道中的任何卫星进行通信。考虑到不断增大的通信范围，为关闭MEO链接而设计的放大器将能够支持与GEO之间3-5Gbps的数据传送和接收。在放大器可以输出更高功率的前提下，更高的数据传输速率是可以实现的。因为硬件在透明模式下工作，所以不需要为支持不同数据传输速率和范围而做出重大改变。在一些实施例中，还可以使用共形电子转动阵列(ESA, conformal electronicallysteered array)为至GEO卫星的上行链路和下行链路添加或切换到RF通信模式。在一些实施例中，因为RF信号只能用于从一个卫星到另一个卫星的通信，所以频率分配问题被简化了，并且被利用的频率可以被选择为没有穿过大气的频率。
[0030]在一些实施例中，近地轨道(LEO)和MEO轨道卫星的结合也是可行的，并且也在本发明的保护范围内。并且，有许多方法可以将一个或多个LEO卫星添加到本发明的卫星群。在每一种情况中，重点在于单向数据流，所述单向数据流从以相对较高的数据传输速率收集数据的LEO卫星传输到与卫星的地面处理中心相连接的网关。一个简单的方法是在LEO卫星上增加兼容性激光通信发射器。当设置在中继卫星上的上行/下行链路束控制器位于赤道的大约20度范围内时，该控制器能够追踪LEO卫星。对于太阳同步或接近两极的卫星来说，这将为每个轨道提供两个通信窗口，每个窗口大约占10 %的卫星轨道周期。具有下倾角的LEO轨道的连接时间将会增加。可以使用一种使用机载数据存储单元的存储-转储策略。
[0031]—种稍微更复杂的方法是将在同一轨道平面内的LEO卫星环添加到本发明的卫星群。每一个LEO卫星都有与距离最近的相邻卫星通信的一对卫星间链接以及到MEO环的上行链路激光通信发射器。LEO卫星将从轨道上的前一个卫星接收数据，添加自己的数据，然后将结果发送到下一个卫星。当数据流到达与MEO环连接的LEO环中的两个卫星中的一个时，该数据接着被发送到MEO卫星并再次转发到正常MEO覆盖区中的期望网关。这种方法的结果是所有LEO卫星数据到达地面的等待时间少于一秒钟。这将也会减少或消除LEO卫星对机载数据存储单元的需要。另外，一种混合方法也是可行的，其中部分LEO环被建立用于增加可用的连接时间。只要所述部分环中的任何卫星与MEO中继卫星相连接，则来自所有卫星的数据瞬间到达网关。
[0032]图2是根据本发明一些实施例的包括交叉链接和上行/下行望远镜的卫星有效负载200的示例性布置图。如图所示，多个卫星间(交叉链接)望远镜204a到204c (在该示例图中示出了四个)安装在每个卫星的外部以用于进行卫星间光通信。在本示例中，望远镜204a和204b位于卫星的右侧并与该卫星右侧的、距离最近的相邻卫星中的一个或多个进行通信。例如，204a与位于该侧面的最近的邻近卫星(即，相邻的卫星)相对并通信，204b与位于该侧面的下一个最近的邻近卫星(即，两个卫星具有距离)相对并进行通信。同样地，望远镜204c和204d位于卫星左侧，并与位于卫星左侧的最近的邻近卫星中的一个或多个进行通信。每个交叉链接望远镜都能够被选择地控制以校准与邻近卫星的光通信，和/或者在新的卫星被添加到卫星群的情况下，用于建立与该新卫星的新的光通信。这样，卫星间光学链接将各个卫星连接在冗余网络中。
[0033]在一些实施例中，交叉链接望远镜204a到204d包括可调节倾角的设置，以追踪卫星群中的邻近卫星。在一些实施例中，两个最近的相邻卫星和两个下一个最近的邻近卫星用于卫星间通信。束转向镜用于补偿主卫星的抖动和轻微的轨道差异。倾角调节是在向卫星群和通信环中添加或移除卫星的特别情况下使用的。因为交叉链接望远镜是共享资源，并且多种方法都适用于利用极化和粗波分将多个信号结合到交叉链路，然后传送完再对数据进行分离。在一些实施例中，四个或更多个信号束分享同一个交叉链路望远镜。
[0034]另外，多个上行/下行链路望远镜206a到206b (在该示例性图中示出了 6个)安装在每个卫星的外部上，用来进行地面通信和站址分集。在一些实施例中，每个上行/下行链路望远镜支持至少一个世界范围内的地面站点之间的单个高带宽(例如，10Gbps)双向连接。另一个上行/下行链路望远镜用于该双向连接的另一端，并且该另一个上行/下行链路望远镜位于同一个卫星上或者连接的卫星上。通过8个卫星和每一个卫星的6个上行/下行链路望远镜，网络可以支持高达24个高带宽双向连接。
[0035]在一些实施例中，上行/下行链路望远镜206a到206g为在每个卫星上的用万向架固定的望远镜或者带有定天镜的望远镜，以追踪地面站点和建立高带宽链接。在一些实施例中，密集波分复用(DWDM)用于提供与每个地面站点10Gbps(或者更高)带宽的双向链接。极化和/或波长多样性还被用于分隔两个数据流。网址分集用于减少由于视线中的云而造成的中断。每个望远镜都具有内部双转向镜，以在通过万向镜或定天境追踪的中心点的10km半径内保持对两个地面接收望远镜的追踪。所述两个地面望远镜可以在每个卫星经过前从较大组地面望远镜中选出。
[0036]在一些实施例中，上行/下行链路望远镜为小光学望远镜(例如，光圈直径为大约1cm)，所述上行/下行链路望远镜在万向架上或使用定天境来追踪地面站点。多个束转向镜和控制回路允许每个上行/下行链路望远镜同时追踪地面站点10km半径内的两个终端，该过程可以每次经过该站点时从较大的可用终端列表中选择两个。在一些实施例中，地面光学望远镜较大，例如，标称直径为40cm，这样可以消除选择定天境来控制来自大望远镜的束。在一些实施例中，卫星间链接是由较大的望远镜建立的，例如约30cm，该较大的望远镜使用快速束转向镜来补偿平台抖动和轨道中的微小差异，同时具有用于当在卫星环中添加新卫星和失效卫星被移除时重新指向轨道平面的仰角调节机构。用于最近的相邻卫星的交叉链接望远镜可以比用于更远的下一个最近的邻近卫星连接的交叉链接卫星小，以保持其余的硬件相同，并且减小有效负载重量。
[0037]每个卫星的机载光学硬件(有效负载)包括:多个光学前置放大器212 ;光学开关矩阵208 ;—个或多个主放大器210 ;多个功率放大器216 ;指令、控制和遥测(CC&T)子系统214 ;和电源218。在一些实施例中，光学前置放大器212和功率放大器216支持固定数量(例如，10个)的单独的1Gbps信道，该信道具有可接收的信号较差和有效的总放大率，从而提供可接收的信噪比(SNR)或每比特中的光子量。其它