一种卫星激光通信系统的制作方法

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种卫星激光通信系统。

背景技术：

卫星通信是航天、通信、信息和新材料技术的结合体，是世界高精尖技术之一，在信息时代它体现了国家在高新技术领域的综合实力。卫星通信产业作为信息通信业的重要组成部分，在国家信息基础设施建设、实现普遍服务、创建和谐信息社会和国家安全战略中发挥越来越重要的作用。

目前，航空通信主要通过微波卫星实现。在通过该微波无线电进行通信时，由于无线电频率是航空飞行器与卫星间得以正常通信的基础，是信息传输的通道，为了防止卫星间电磁干扰，需要保持通信频率的一定间隔进行频率隔离，因此无线电频谱受到国际电联(itu)及各国政府的严格管控。此外，无线电通信存在频谱饱和以及通信带宽有限的问题，难以满足海量数据的高速传输需求，更加无法实现飞行器自身海量飞行数据的实时传输。因此，出现了针对飞行器与卫星进行通信的技术。例如，公开号为cn108337041a的中国专利文献公开了一种飞行器通信系统，涉及激光通信技术领域，主要目的在于实现飞行器与卫星之间的激光通信，其包括至少一个飞行器-卫星激光通信终端设备、电控箱、整流罩和具有减振功能的支架；所述飞行器-卫星激光通信终端设备通过激光链路与卫星通信系统进行通信；所述电控箱用于给飞行器-卫星激光通信终端设备供电、提供控制指令及信息流；所述整流罩为至少部分透明的结构，罩于所述飞行器-卫星激光通信终端设备外侧。本发明主要用于飞行器的数据传输。但是，其并未考虑到在具有同步卫星和非同步卫星的情况下如何快速地建立更低延迟的激光通信链路的问题。飞行器与卫星激光通信中，如果飞行器直接与同步卫星建立激光通信链路，虽然同步卫星位置固定，在飞行器和同步卫星之间建立激光通信链路时建立速度更快，但是由于两者距离较远，延迟相对更大。而如果飞行器直接尝试与低轨卫星建立激光通信链路，就涉及到低轨卫星处于运动过程导致位置和姿态时刻变化，虽然有星历数据能知道相应时刻卫星的位置和姿态，但是星历数据确定的姿态和位置的精度范围相对于建立激光通信链路而言，还是不够精确，并且飞行器也可能处于运动状态，这进一步加大两者之间直接创建激光通信链路的难度，虽然具有可能性，但是建立的时间耗费长。因此，有必要对现有技术进行改进，以在更短的时间内建立飞行器和低轨卫星之间的通信链路。

技术实现要素：

针对现有技术之不足，本发明提供了一种卫星激光通信系统，本发明可以在飞行器需要和第一低轨卫星之间建立激光通信链路之时，先让飞行器与一同步卫星建立激光通信链路，并至少部分地基于飞行器的atp装置确定相比于传统的gps、北斗等定位模块确定的位置更加精确的飞行器的位置，而且也可以确定飞行器的姿态，然后根据确定的飞行器的姿态和位置尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路，从而大大缩短飞行器和第一低轨卫星之间创建激光通信链路的时间。

根据一个优选实施方式，一种卫星激光通信系统，包括：第一同步卫星和第一低轨卫星；在飞行器尝试与第一低轨卫星建立激光通信链路时，飞行器发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星以请求建立飞行器与第一同步卫星之间的激光通信链路；在飞行器与第一同步卫星之间建立激光通信链路之后，至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星的飞行器的第一atp装置确定飞行器的姿态和位置；确定飞行器的姿态和位置之后，至少根据确定的飞行器的姿态和位置尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路，并通过飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路在飞行器和第一低轨卫星之间直接传输数据。

根据一个优选实施方式，在飞行器发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星之前，飞行器根据星历数据选择一个能与飞行器和第一低轨卫星共同建立激光通信链路的同步卫星作为第一同步卫星，并通过非光学通信方式将选定的第一同步卫星连同飞行器请求与第一低轨卫星建立激光通信链路的消息发送给第一低轨卫星；第一低轨卫星响应于选定的第一同步卫星和飞行器请求与第一低轨卫星建立激光通信链路的消息，先在第一低轨卫星和第一同步卫星之间建立激光通信链路；在第一低轨卫星与第一同步卫星之间建立激光通信链路之后，至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星的第一低轨卫星的第二atp装置确定第一低轨卫星的姿态和位置；确定第一低轨卫星的姿态和位置之后，至少根据确定的第一低轨卫星的姿态和位置尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路，并通过飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路在飞行器和第一低轨卫星之间直接传输数据。

根据一个优选实施方式，在飞行器和第一低轨卫星之间建立激光通信链路之前完成确定飞行器和第一低轨卫星中的至少一个的姿态和位置，完成确定飞行器或者第一低轨卫星的姿态和位置之后，未确定姿态和位置的第一低轨卫星或者飞行器朝已确定姿态和位置的飞行器或者第一低轨卫星发射激光束扫描以尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路；在未确定姿态和位置的第一低轨卫星或者飞行器朝已确定姿态和位置的飞行器或者第一低轨卫星发射激光束以尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路的过程中，未确定姿态和位置的第一低轨卫星或者飞行器的确定过程不终止直至尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路成功或者该系统确定了未确定姿态和位置的第一低轨卫星或者飞行器的姿态和位置。

根据一个优选实施方式，在飞行器和第一低轨卫星之间建立激光通信链路之后，第一同步卫星保持与飞行器和/或第一低轨卫星之间建立的激光通信链路直至飞行器和第一低轨卫星之间的数据传输完成，并且第一同步卫星识别飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路的链路状态以及通过该激光通信链路传输数据的传输状态，在传输状态为未完成状态且链路状态为不可用状态的情况下，第一同步卫星向飞行器和第一低轨卫星发送协助传输数据的请求，在飞行器和第一低轨卫星均接受第一同步卫星发送的协助传输数据的请求之后，飞行器和第一低轨卫星通过飞行器和第一同步卫星建立的激光通信链路以及第一同步卫星和第一低轨卫星建立的激光通信链路间接传输数据。

根据一个优选实施方式，在飞行器和第一低轨卫星通过飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路直接传输数据之时，采用明码传输数据或者采用第一加密算法加密传输数据；和/或在飞行器和第一低轨卫星通过飞行器和第一同步卫星建立的激光通信链路以及第一同步卫星和第一低轨卫星建立的激光通信链路传输数据之时，采用不同于第一加密算法的第二加密算法加密传输数据；其中，用于加密数据第一加密算法和/或第二加密算法的秘钥是在飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路的链路状态为可用状态时直接通过飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路传输的。

根据一个优选实施方式，在飞行器和第一低轨卫星之间建立激光通信链路之后且传输待加密的数据之前，飞行器和第一低轨卫星需要进行秘钥生成过程和秘钥传输过程；其中，秘钥生成过程包括：飞行器或者第一低轨卫星生成用于第一加密算法的对称秘钥，飞行器生成用于第二加密算法的第一非对称秘钥，第一低轨卫星生成用于第二加密算法的第二非对称秘钥，第一非对称秘钥包括第一公钥和第一私钥，第二非对称秘钥包括第二公钥和第二私钥；秘钥传输过程包括：飞行器或者第一低轨卫星将生成的对称秘钥通过飞行器和第一低轨卫星之间建立激光通信链路传输给第一低轨卫星或者飞行器，飞行器将生成的第一公钥通过飞行器和第一低轨卫星之间建立激光通信链路传输给第一低轨卫星，第一低轨卫星将生成的第二公钥通过飞行器和第一低轨卫星之间建立激光通信链路传输给飞行器。

根据一个优选实施方式，飞行器被配置为：生成对应至少两种安全等级的至少两个对称秘钥和生成对应至少两种安全等级的至少两组第一非对称秘钥，安全等级越高的对称秘钥或第一非对称秘钥分配越长的秘钥长度，在飞行器通过飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路向第一低轨卫星传输数据之前，飞行器确定向第一低轨卫星传输数据所需的安全等级，并根据飞行器确定的向第一低轨卫星传输数据所需的安全等级选择加密数据所需的秘钥；和/或第一低轨卫星被配置为：生成对应至少两种安全等级的至少两组第二非对称秘钥，安全等级越高的第二非对称秘钥分配越长的秘钥长度，在第一低轨卫星通过飞行器和第一低轨卫星之间建立的激光通信链路向飞行器传输数据之前，第一低轨卫星确定向飞行器传输数据所需的安全等级，并根据第一低轨卫星确定的向飞行器传输数据所需的安全等级选择加密数据所需的秘钥。

根据一个优选实施方式，飞行器被配置为：在根据确定的向第一低轨卫星传输数据所需的安全等级选择加密数据所需的秘钥之后且在向第一低轨卫星发送加密数据之前，向第一低轨卫星发送飞行器确定的向第一低轨卫星传输数据所需的安全等级以让第一低轨卫星启用与之适配的解密秘钥；和/或第一低轨卫星被配置为：在根据确定的向飞行器传输数据所需的安全等级选择加密数据所需的秘钥之后且在向飞行器发送加密数据之前，向飞行器发送第一低轨卫星确定的向飞行器传输数据所需的安全等级以让飞行器启用与之适配的解密秘钥。

根据一个优选实施方式，飞行器还被配置为：在飞行器向第一低轨卫星发送确定的向第一低轨卫星传输数据所需的安全等级之前，用飞行器生成的对应最高安全等级的第一私钥和第一低轨卫星生成的对应最高安全等级的第二公钥对飞行器确定的向第一低轨卫星传输数据所需的安全等级进行加密后才发送给第一低轨卫星；和/或第一低轨卫星还被配置为：在第一低轨卫星向飞行器发送确定的向飞行器传输数据所需的安全等级之前，用第一低轨卫星生成的对应最高安全等级的第二私钥和飞行器生成的对应最高安全等级的第一公钥对第一低轨卫星确定的向飞行器传输数据所需的安全等级进行加密后才发送给飞行器。

根据一个优选实施方式，飞行器还被配置为：用飞行器生成的对应最高安全等级的第一私钥和第一低轨卫星生成的对应最高安全等级的第二公钥对接收到的第一低轨卫星确定的向飞行器传输数据所需的安全等级进行解密并据此启用与之适配的解密秘钥解密第一低轨卫星发送的对应数据；和/或第一低轨卫星还被配置为：用第一低轨卫星生成的对应最高安全等级的第二私钥和飞行器生成的对应最高安全等级的第一公钥对接收到的飞行器确定的向第一低轨卫星传输数据所需的安全等级进行解密并据此启用与之适配的解密秘钥解密飞行器发送的对应数据。

附图说明

图1是本发明的一个优选实施方式的简化示意图。

附图标记列表

100：飞行器110：第一atp装置

120：第三atp装置210：第一低轨卫星

211：第二atp装置212：第四atp装置

310：第一同步卫星320：第二同步卫星

400：地面站410：微波站

420：光学站

具体实施方式

下面结合附图1进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，若出现“第一”、“第二”等术语，其仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，若出现术语“多个”，其含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

本实施例还公开了一种通信方法，也可以是一种激光通信方法，也可以是一种基于卫星的激光通信方法，也可以是一种基于卫星的空地激光通信方法，也可以是一种卫星激光通信方法，也可以是一种用于飞行器和卫星通信的激光通信，该方法可以由本发明的系统和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的系统中的各个零部件实现本发明的方法。

根据一个优选实施方式，该方法可以包括：在飞行器100尝试与第一低轨卫星210建立激光通信链路时，飞行器100可以发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星310以请求建立飞行器100与第一同步卫星310之间的激光通信链路。在飞行器100与第一同步卫星310之间建立激光通信链路之后，可以至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星310的飞行器100的第一atp装置110确定飞行器100的姿态和位置。确定飞行器100的姿态和位置之后，可以至少根据确定的飞行器100的姿态和位置尝试建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路，并可以通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路在飞行器100和第一低轨卫星210之间直接传输数据。优选地，至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星310的飞行器100的第一atp装置110确定飞行器100的姿态和位置可以是根据定位模块和第一atp装置110确定飞行器100的姿态和位置。优选地，至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星310的飞行器100的第一atp装置110确定飞行器100的姿态和位置后，则飞行器100和第一低轨卫星210可以据此互相扫描，以缩短建立激光通信链路的时间。优选地，确定飞行器的姿态和位置可以通过第一低轨卫星和第一同步卫星之间建立的激光通信链路实时更新。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：第一，由于如果飞行器利用定位模块定位的位置和星历数据中第一低轨卫星的位置来直接指向第一低轨卫星而建立激光星间链路，由于两者的位置都相对变化相对于atp装置定位的位置而言相对粗略，而且两者相对于地球的位置都可能处于变化中，激光扫描的时间大大增加，而采用本发明后，飞行器与一同步卫星建立激光通信链路，并至少部分地基于飞行器的atp装置确定相比于传统的gps、北斗等定位模块确定的位置更加精确的飞行器的位置，而且也可以确定飞行器的姿态，然后根据确定的飞行器的姿态和位置尝试建立飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路，从而大大缩短飞行器和第一低轨卫星之间创建激光通信链路的时间；第二，确定飞行器的姿态和位置可以通过第一低轨卫星和第一同步卫星之间建立的激光通信链路实时更新，让第一低轨卫星快速了解飞行器的姿态和位置，以更准确、快速地指向飞行器，从而更加高效地建立两者之间的激光通信链路。优选地，飞行器100发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星310以请求建立飞行器100与第一同步卫星310之间的激光通信链路中的确定位置是指相对于地球固定。优选地，本发明中，因为空间激光通信的点对点的建立激光通信链路并不像光纤通信一样具有高成功率，所以尝试建立可以是调整激光束扫描方向的情况下寻求与对方建立激光通信的方式。

根据一个优选实施方式，在飞行器100发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星310之前，飞行器100可以根据星历数据选择一个能与飞行器100和第一低轨卫星210共同建立激光通信链路的同步卫星作为第一同步卫星310。飞行器100可以通过非光学通信方式将选定的第一同步卫星310连同飞行器100请求与第一低轨卫星210建立激光通信链路的消息发送给第一低轨卫星210。第一低轨卫星210可以响应于选定的第一同步卫星310和飞行器100请求与第一低轨卫星210建立激光通信链路的消息，先在第一低轨卫星210和第一同步卫星310之间建立激光通信链路。在第一低轨卫星210与第一同步卫星310之间建立激光通信链路之后，可以至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星310的第一低轨卫星210的第二atp装置211确定第一低轨卫星210的姿态和位置。确定第一低轨卫星210的姿态和位置之后，可以至少根据确定的第一低轨卫星210的姿态和位置尝试建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路，并通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路在飞行器100和第一低轨卫星210之间直接传输数据。优选地，至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星310的第一低轨卫星210的第二atp装置211确定第一低轨卫星210的姿态和位置可以是根据第一低轨卫星与其邻近卫星或者地面站通信确定的位置和第二atp装置211共同确定飞行器100的姿态和位置。优选地，至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星310的第一低轨卫星210的第二atp装置211确定第一低轨卫星210的姿态和位置后，则飞行器100和第一低轨卫星210可以据此互相扫描，以缩短建立激光通信链路的时间。而如果第一低轨卫星210的姿态和位置以及飞行器100的姿态和位置都被确定的情况下，可以直接两者互相指向，快速建立激光通信链路。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：因为在第一低轨卫星获得飞行器的请求后也会与第一同步卫星建立激光通信链路，因为第一低轨卫星210一般处于预定的轨道运行，而不像飞行器可以随意改变飞行轨迹，因此，有可能第一低轨卫星210的姿态和位置较飞行器的姿态和位置更先确定，而在这种情况下，则至少根据确定的第一低轨卫星210的姿态和位置尝试建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路也可以缩短飞行器和第一低轨卫星之间建立激光通信链路的时间。

根据一个优选实施方式，在飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路之前完成确定飞行器100和第一低轨卫星210中的至少一个的姿态和位置，完成确定飞行器100或者第一低轨卫星210的姿态和位置之后，未确定姿态和位置的第一低轨卫星210或者飞行器100可以朝已确定姿态和位置的飞行器100或者第一低轨卫星210发射激光束扫描以尝试建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路。在未确定姿态和位置的第一低轨卫星210或者飞行器100朝已确定姿态和位置的飞行器100或者第一低轨卫星210发射激光束以尝试建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路的过程中，未确定姿态和位置的第一低轨卫星210或者飞行器100的确定过程可以不终止直至尝试建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路成功或者该系统确定了未确定姿态和位置的第一低轨卫星210或者飞行器100的姿态和位置。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：在一方姿态和位置已确定而另一方姿态和位置未确定之前时，则彼此据此先尝试建立激光通信链路，并且未确定姿态和位置的另一方的姿态和位置的确定过程不终止，一旦另一方的姿态和位置确定，则基于两者确定的姿态和位置，可以快速建立两者之间的激光通信链路。

根据一个优选实施方式，在飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路之后，第一同步卫星310可以保持与飞行器100和/或第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路直至飞行器100和第一低轨卫星210之间的数据传输完成。第一同步卫星310可以识别飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路的链路状态以及通过该激光通信链路传输数据的传输状态。在传输状态为未完成状态且链路状态为不可用状态的情况下，第一同步卫星310可以向飞行器100和第一低轨卫星210发送协助传输数据的请求。在飞行器100和第一低轨卫星210均接受第一同步卫星310发送的协助传输数据的请求之后，飞行器100和第一低轨卫星210可以通过飞行器100和第一同步卫星310建立的激光通信链路以及第一同步卫星310和第一低轨卫星210建立的激光通信链路间接传输数据。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：在飞行器和第一低轨卫星之间的激光通信链路不稳定时，可以通过第一同步卫星来间接传输数据。

根据一个优选实施方式，在飞行器100和第一低轨卫星210通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路直接传输数据之时，可以采用明码传输数据或者采用第一加密算法加密传输数据。优选地，在飞行器100和第一低轨卫星210通过飞行器100和第一同步卫星310建立的激光通信链路以及第一同步卫星310和第一低轨卫星210建立的激光通信链路传输数据之时，可以采用不同于第一加密算法的第二加密算法加密传输数据。优选地，用于加密数据第一加密算法和/或第二加密算法的秘钥可以是在飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路的链路状态为可用状态时直接通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路传输的。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：第一，用于加密数据第一加密算法和/或第二加密算法的秘钥是在飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路的链路状态为可用状态时直接通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路传输的，不经由中间卫星，安全性极高；第二，通过加密方式传输数据，可以防止被其他卫星窃听；第三，两者之间直接传输时，采用解密难度相对更低的第一加密算法加密或者明码传输，而通过第一同步轨道卫星传输时，则采用解密难度相对更高的第二加密算法加密，具有更高的安全性。

根据一个优选实施方式，在飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路之后且传输待加密的数据之前，飞行器100和第一低轨卫星210可以进行秘钥生成过程和秘钥传输过程。秘钥生成过程可以包括：飞行器100或者第一低轨卫星210生成用于第一加密算法的对称秘钥，飞行器100生成用于第二加密算法的第一非对称秘钥，和第一低轨卫星210生成用于第二加密算法的第二非对称秘钥中的至少一个步骤。第一非对称秘钥可以包括第一公钥和第一私钥。第二非对称秘钥可以包括第二公钥和第二私钥。秘钥传输过程可以包括：飞行器100或者第一低轨卫星210将生成的对称秘钥可以通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路传输给第一低轨卫星210或者飞行器100。飞行器100可以将生成的第一公钥通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路传输给第一低轨卫星210。第一低轨卫星210可以将生成的第二公钥通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路传输给飞行器100。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：传统的非对称秘钥中，公钥是需要经过中间设备转发到特定对象，也有被窃取的可能性，虽然不能直接用公钥破解通信文件，但是也会降低一层难度，而本发明的第一公钥和第二公钥都是点对点发送的，安全性极高。

根据一个优选实施方式，飞行器100可以被配置为：生成对应至少两种安全等级的至少两个对称秘钥和生成对应至少两种安全等级的至少两组第一非对称秘钥。安全等级越高的对称秘钥或第一非对称秘钥可以分配越长的秘钥长度。在飞行器100通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路向第一低轨卫星210传输数据之前，飞行器100可以确定向第一低轨卫星210传输数据所需的安全等级。优选地，根据飞行器100确定的向第一低轨卫星210传输数据所需的安全等级选择加密数据所需的秘钥。第一低轨卫星210可以被配置为：生成对应至少两种安全等级的至少两组第二非对称秘钥。安全等级越高的第二非对称秘钥可以分配越长的秘钥长度。在第一低轨卫星210通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路向飞行器100传输数据之前，第一低轨卫星210可以确定向飞行器100传输数据所需的安全等级，并根据第一低轨卫星210确定的向飞行器100传输数据所需的安全等级选择加密数据所需的秘钥。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：越高安全等级的数据采用越长的秘钥进行加密，进一步提高安全性。

根据一个优选实施方式，飞行器100可以被配置为：在根据确定的向第一低轨卫星210传输数据所需的安全等级选择加密数据所需的秘钥之后且在向第一低轨卫星210发送加密数据之前，向第一低轨卫星210发送飞行器100确定的向第一低轨卫星210传输数据所需的安全等级以让第一低轨卫星210启用与之适配的解密秘钥。优选地，第一低轨卫星210可以被配置为：在根据确定的向飞行器100传输数据所需的安全等级选择加密数据所需的秘钥之后且在向飞行器100发送加密数据之前，向飞行器100发送第一低轨卫星210确定的向飞行器100传输数据所需的安全等级以让飞行器100启用与之适配的解密秘钥。

根据一个优选实施方式，飞行器100可以被配置为：在飞行器100向第一低轨卫星210发送确定的向第一低轨卫星210传输数据所需的安全等级之前，用飞行器100生成的对应最高安全等级的第一私钥和第一低轨卫星210生成的对应最高安全等级的第二公钥对飞行器100确定的向第一低轨卫星210传输数据所需的安全等级进行加密后才发送给第一低轨卫星210。优选地，第一低轨卫星210可以被配置为：在第一低轨卫星210向飞行器100发送确定的向飞行器100传输数据所需的安全等级之前，用第一低轨卫星210生成的对应最高安全等级的第二私钥和飞行器100生成的对应最高安全等级的第一公钥对第一低轨卫星210确定的向飞行器100传输数据所需的安全等级进行加密后才发送给飞行器100。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：用最高安全等级的非对称秘钥来加密安全等级，进一步提高了解密难度，但是对于通信的双方，却能根据双方先前交换的公钥和自己的私钥快速启用与之适配的解密秘钥。

根据一个优选实施方式，飞行器100可以被配置为：用飞行器100生成的对应最高安全等级的第一私钥和第一低轨卫星210生成的对应最高安全等级的第二公钥对接收到的第一低轨卫星210确定的向飞行器100传输数据所需的安全等级进行解密并据此启用与之适配的解密秘钥解密第一低轨卫星210发送的对应数据。第一低轨卫星210可以被配置为：用第一低轨卫星210生成的对应最高安全等级的第二私钥和飞行器100生成的对应最高安全等级的第一公钥对接收到的飞行器100确定的向第一低轨卫星210传输数据所需的安全等级进行解密并据此启用与之适配的解密秘钥解密飞行器100发送的对应数据。

实施例2

本实施例可以是对实施例1的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

根据一个优选实施方式，该方法可以包括：在飞行器100尝试与第一低轨卫星210建立激光通信链路时，飞行器100可以发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星310以请求建立飞行器100与第一同步卫星310之间的激光通信链路。飞行器100与第一同步卫星310之间建立激光通信链路之后可以至少部分地基于第一atp装置110确定飞行器100的姿态和位置。第一同步卫星310用激光束扫描位于可能位置的第一低轨卫星210直至激光束照射第一低轨卫星210。第一同步卫星310与第一低轨卫星210之间建立激光通信链路之后可以至少部分地基于第二atp装置211确定第一低轨卫星210的姿态和位置。优选地，根据确定的飞行器100的姿态和位置以及第一低轨卫星210的姿态和位置，在飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路，并通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路在飞行器100和第一低轨卫星210之间传输数据。优选地，飞行器100和第一低轨卫星210中的一方或者一方的载体能在陆地或者水面移动，飞行器100和第一低轨卫星210中的另一方或者另一方的载体能在空中移动。例如可飞行器100和第一低轨卫星210中的一方可以是陆地车辆、船舶和便携装置中的至少一种。飞行器100和第一低轨卫星210中的另一方或者另一方的载体例如可以是飞机、火箭、直升机和无人机中的至少一种。

优选地，atp可以是指acquisition，trackingandpointing，即捕获跟踪与瞄准。优选地，atp装置还可以称为apt装置、捕获瞄准跟踪仪、捕获跟踪与瞄准系统、瞄准捕获跟踪装置和/或捕获跟踪与瞄准装置。例如，以地面站和卫星为例，为了能在卫星与卫星之间或卫星与其他通信设备之间实现可靠通信，首先要求一颗卫星能捕捉到另一颗卫星或地面站400发来的光束，称之为信标光，并将该光束会聚到探测器或天线中心，这个过程称作捕获或者捕获体。捕获完成后，作为接收方的卫星也要发出一光束，要求该光束能准确地指向发出信标光的另一颗卫星或地面站400，这个过程称作指向或者瞄准。发出信标光的卫星接收到此光束后，也要相应地完成捕获过程，才能使两颗卫星或卫星和地面站400最终达到通信连接状态。为保证这两颗卫星或卫星与地面站400一直处于通信状态，必须一直保持这种精确的连接状态，这过程称作跟踪或者跟踪口。

优选地，确定物体的姿态和位置有多种数学表达方法，例如可以欧拉角、欧拉-罗德里格参数、罗德里格-吉普斯矢量、四元数和对偶四元数中的至少一种。

优选地，该方法可以包括：在卫星发射机处生成光频率梳和泵浦信号；在发射机处调制光频率梳以产生数据信号和作为数据信号的相位共轭的空闲信号；在发射器处衰减泵浦信号；从卫星通过自由空间发送具有数据信号、空闲信号和泵浦信号的通信信号；在接收器处从卫星接收所发送的通信信号，该通信信号具有数据信号、空闲信号和衰减的泵浦信号；在接收器中的相敏放大器处放大数据信号和空闲信号；和/或在接收器处解调数据信号和空闲信号以提取数据。

根据一个优选实施方式，在飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路之前完成确定飞行器100和第一低轨卫星210中的至少一个的姿态和位置。完成确定飞行器100或者第一低轨卫星210的姿态和位置之后，未确定姿态和位置的第一低轨卫星210或者飞行器100可以朝已确定姿态和位置的飞行器100或者第一低轨卫星210发射激光束扫描以尝试建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路。优选地，在未确定姿态和位置的第一低轨卫星210或者飞行器100朝已确定姿态和位置的飞行器100或者第一低轨卫星210发射激光束以尝试建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路的过程中，未确定姿态和位置的第一低轨卫星210或者飞行器100的确定过程不终止直至尝试建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路成功或者该系统确定了未确定姿态和位置的第一低轨卫星210或者飞行器100的姿态和位置。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：第一，未确定位置的另一方虽然没有通过atp装置确定姿态和位置，但是其通过定位模块可以确定一个比atp装置确定的姿态和位置相对粗略些的姿态和位置信息，由此来尝试建立通信，因此本发明能够采取额外方式尝试缩短两个可移动的通信平台之间的激光通信链路的建立时间，因为本发明在建立激光通信链路时，在其中一方的位置已确定而另一方的位置未确定的情况下，未确定位置的另一方利用系统确定其姿态和位置的空闲时间，向已确定姿态和位置的一方发送激光束扫描以尝试建立激光通信链路，尝试成功则快速建立通信；第二，即使尝试失败，在另一方的姿态和位置被确定后，两者之间也可以利用已确定的两者的姿态和位置来建立通信。

优选地，在至少部分地基于第一atp装置110确定飞行器100的姿态和位置之后，可以由飞行器100启动对第一低轨卫星210的开环搜索，并且在初始的第二预设时长的开环搜索过程中可以不具有凝视搜索的步骤。

根据一个优选实施方式，飞行器100可以包括第三atp装置120。第一低轨卫星210可以包括第四atp装置212。在飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路之后，第一同步卫星310可以选择性地断开其与飞行器100和/或第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路。在飞行器100和第一低轨卫星210中的至少一个断开其与第一同步卫星310建立的激光通信链路之后，飞行器100和第一低轨卫星210之间可以至少部分地通过第三atp装置120和第四atp装置212来确定彼此的姿态和位置。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：第一，在飞行器100和第一低轨卫星210之间直接建立激光通信链路之后，两者可以据此彼此确定姿态和位置而不用再通过均与第一同步卫星310建立激光通信链路来实现，因此，本发明采用此方式能够大幅降低后期的计算开销和能耗；第二，由于卫星携带的资源是有限且宝贵的，断开连接后可以释放一部分设备占用，由此更高效地利用系统资源和为更多地设备提供服务。

优选地，本发明的系统中的飞行器、第一低轨卫星或者第一同步卫星可以采用绿激光、蓝激光和红激光中的至少一种激光建立激光通信链路。比如，飞行器和第一低轨卫星建立的激光通信链路，飞行器向第一低轨卫星发送的数据的上行链路可以采用绿激光，第一低轨卫星向飞行器发送数据的下行链路可以采用红激光。

优选地，在飞行器100相对地球处于移动状态且和第一低轨卫星210正处于改变自身轨道之时，第一同步卫星310可以保持与飞行器100和第一低轨卫星210建立的激光通信链路。在飞行器100相对地球处于静止状态或者第一低轨卫星210绕原有轨道飞行之时，第一同步卫星310可以断开其与飞行器100或者第一低轨卫星210建立的激光通信链路。

优选地，在第一同步卫星310断开其与飞行器100或者第一低轨卫星210建立的激光通信链路之前，可以向飞行器100或者第一低轨卫星210发送断开激光通信链路的请求。响应于所述断开激光通信链路的请求，飞行器100和第一低轨卫星210中的至少一个可以基于地理信息模型和轨迹预测预判在断开之后的第一预设时长内飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路的断开情况。当飞行器100和第一低轨卫星210中的至少一个基于地理信息模型和轨迹预测预判在断开之后的第一预设时长内飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路的断开次数大于等于预设次数阈值之时，飞行器100或者第一低轨卫星210可以拒绝第一同步卫星310的请求。当飞行器100和第一低轨卫星210中的至少一个基于地理信息模型和轨迹预测预判在断开之后的第一预设时长内飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路的断开次数小于预设次数阈值之时，飞行器100或者第一低轨卫星210可以接收第一同步卫星310的请求。优选地，地理信息模型即gis模型。该系统可以根据若干卫星中的至少部分卫星采集的地理信息来绘制和/或更新地理信息模型。该系统还可以根据若干卫星中的至少部分卫星采集的云层信息来在地理信息模型上绘制和/或更新云层模型。优选地，云层模型也可以用于预判断开情况。

优选地，第一同步卫星310可以基于飞行器100和第一低轨卫星210之间的通信可靠性和/或误码率选择性地断开其与飞行器100和/或第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路。优选地，第一同步卫星310可以通过地理条件、气象条件、第三atp装置120检测到的第一低轨卫星210发射的激光束的光束漂移程度和第四atp装置212检测到的飞行器100发射的激光束的光束漂移程度来分析通信可靠性。

优选地，至少部分地基于第一atp装置110确定飞行器100的姿态和位置的处理可以包括：从星历数据和/或注册表中获取第一同步卫星310的位置，获取飞行器100的速度和地理定位，获取第一atp装置110观察的第一同步卫星310的位置，和/或基于从星历数据和/或注册表中获取的第一同步卫星310的位置、获取的飞行器100的速度和地理定位以及获取的第一atp装置110观察的第一同步卫星310的位置计算飞行器100的姿态和位置。

优选地，至少部分地基于第二atp装置211确定第一低轨卫星210的姿态和位置的处理可以包括：从星历数据和/或注册表中获取第一同步卫星310的位置，获取第一低轨卫星210的速度和地理定位，获取第二atp装置211观察的第一同步卫星310的位置，和/或基于从星历数据和/或注册表中获取的第一同步卫星310的位置、获取的第一低轨卫星210的速度和地理定位以及获取的第二atp装置211观察的第一同步卫星310的位置计算第一低轨卫星210的姿态和位置。

根据一个优选实施方式，在至少部分地基于第一atp装置110确定飞行器100的姿态和位置并且至少部分地基于第二atp装置211确定第一低轨卫星210的姿态和位置之后，飞行器100和第一低轨卫星210可以相向地发送激光束以建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路。优选地，飞行器100和第一低轨卫星210通过开环方式相向地发送激光束以在9秒内建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路。

根据一个优选实施方式，在飞行器100发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星310以请求建立飞行器100与第一同步卫星310之间的激光通信链路之前，飞行器100可以从星历数据或者注册表中选择第一同步卫星310。优选地，选择的第一同步卫星310在选择之时处于飞行器100的第一atp装置110的10mrad视场内，尤其优选4mrad视场内。

根据一个优选实施方式，在飞行器100和第一低轨卫星210之间成功建立激光通信链路之前，可以通过使用第一atp装置110和第二atp装置211建立绝对姿态和指向来补偿飞行器100的光束漂移。优选地，在飞行器100和第一低轨卫星210之间成功建立激光通信链路之前，可以通过使用第一atp装置和第三atp装置建立飞行器100的绝对姿态和朝向第一低轨卫星210的绝对指向以补偿飞行器100发射的激光束的光束漂移。在飞行器100和第一低轨卫星210之间成功建立激光通信链路之前，可以通过使用第二atp装置和第四atp装置建立第一低轨卫星210的绝对姿态和朝向飞行器100的绝对指向以补偿第一低轨卫星210发射的激光束的光束漂移。优选地，由于激光器受其本身的热变形、环境振动和空气扰动等因素的影响，出射的激光束在传播过程中常会产生漂移，限制了激光器准直精度的进一步提高，这种漂移就叫作光束漂移。

实施例3

本实施例可以是对实施例1、2或者其结合的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

根据另一个优选实施方式，在飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路之后，第一同步卫星310可以保持与飞行器100和/或第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路直至飞行器100和第一低轨卫星210之间的数据传输完成。第一同步卫星310可以识别飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路的链路状态以及通过该激光通信链路传输数据的传输状态。在传输状态为未完成状态且链路状态为不可用状态的情况下，第一同步卫星310可以向飞行器100和第一低轨卫星210发送协助传输数据的请求。在飞行器100和第一低轨卫星210均接受第一同步卫星310发送的协助传输数据的请求之后，飞行器100和第一低轨卫星210可以通过飞行器100和第一同步卫星310建立的激光通信链路以及第一同步卫星310和第一低轨卫星210建立的激光通信链路传输数据。优选地，飞行器100和第一低轨卫星210中的至少一个可以向第一同步卫星310发送飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路的链路状态以及通过该激光通信链路传输数据的传输状态。

优选地，在飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路处于不可用状态之后，飞行器100和第一低轨卫星210之间可以至少部分地通过第一同步卫星310确定彼此的姿态和位置，和/或可以据此尝试重新建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路。

根据一个优选实施方式，飞行器100和第一低轨卫星210通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路传输数据之时，可以采用明码传输数据或者加密方式传输数据。飞行器100和第一低轨卫星210通过飞行器100和第一同步卫星310建立的激光通信链路以及第一同步卫星310和第一低轨卫星210建立的激光通信链路传输数据之时，采用加密方式传输数据，并且飞行器100和第一低轨卫星210均不向第一同步卫星310传输用于解密飞行器100和第一低轨卫星210之间传输数据的秘钥。

根据一个优选实施方式，在飞行器100和第一低轨卫星210通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路传输数据之时，采用第一加密算法加密传输数据；在飞行器100和第一低轨卫星210通过飞行器100和第一同步卫星310建立的激光通信链路以及第一同步卫星310和第一低轨卫星210建立的激光通信链路传输数据之时，采用不同于第一加密算法的第二加密算法加密传输数据。优选地，第一加密算法的第一计算量小于第二加密算法的第二计算量。更优选地，第一加密算法是对称加密算法，第二加密算法是非对称加密算法。

根据一个优选实施方式，在飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路之后且传输待加密的数据之前，飞行器100和第一低轨卫星210可以进行秘钥生成过程和秘钥传输过程。

优选地，秘钥生成过程可以包括：飞行器100或者第一低轨卫星210生成用于第一加密算法的对称秘钥，飞行器100生成用于第二加密算法的第一非对称秘钥，第一低轨卫星210生成用于第二加密算法的第二非对称秘钥，第一非对称秘钥包括第一公钥和第一私钥，第二非对称秘钥包括第二公钥和第二私钥。

优选地，秘钥传输过程可以包括：飞行器100或者第一低轨卫星210将生成的对称秘钥通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路传输给第一低轨卫星210或者飞行器100，飞行器100将生成的第一公钥通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路传输给第一低轨卫星210，第一低轨卫星210将生成的第二公钥通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立激光通信链路传输给飞行器100。优选地，在飞行器100和第一低轨卫星210通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路传输数据之时，飞行器100和第一低轨卫星210通过对称秘钥加密传输数据。优选地，在飞行器100和第一低轨卫星210通过飞行器100和第一同步卫星310建立的激光通信链路以及第一同步卫星310和第一低轨卫星210建立的激光通信链路传输数据之时，飞行器100发送的数据通过第一私钥和第二公钥进行加密后才通过第一同步卫星310间接传输给第一低轨卫星210，第一低轨卫星210通过第一公钥和第二私钥解锁接收到的飞行器100发送的数据。在飞行器100和第一低轨卫星210通过飞行器100和第一同步卫星310建立的激光通信链路以及第一同步卫星310和第一低轨卫星210建立的激光通信链路传输数据之时，第一低轨卫星210发送的数据通过第二私钥和第一公钥进行加密后才通过第一同步卫星310间接传输给飞行器100，飞行器100通过第二公钥和第一私钥解锁接收到的第一低轨卫星210发送的数据。

实施例4

本实施例可以是对实施例1、2、3或者其结合的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。本实施例公开了一种通信系统，也可以是一种激光通信系统，也可以是一种基于卫星的激光通信系统，也可以是一种卫星激光通信系统，也可以是一种用于飞行器和卫星通信的激光通信系统，该系统适于执行本发明记载的各个方法步骤，以达到预期的技术效果。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

根据一个优选实施方式，该系统可以包括：若干卫星组成的卫星通信网络。若干卫星可以包括若干同步卫星和/或若干低轨卫星。若干同步卫星可以包括第一同步卫星和第二同步卫星。若干低轨卫星例如可以包括第一低轨卫星210和第二低轨卫星220。优选地，当第一低轨卫星210离开或者即将离开飞行器和/或第一同步卫星的能通信的通信范围之前，第一同步卫星能够根据第一同步卫星的位置和飞行器的位置重新选择若干低轨卫星中的一个作为第一低轨卫星。例如，将附图中的第二低轨卫星220作为新的第一低轨卫星210。优选地，飞行器100可以包括第一atp装置110，第一低轨卫星210可以包括第二atp装置211。

根据一个优选实施方式，该系统可以包括：第一同步卫星、第一低轨卫星和飞行器中的至少一个。在飞行器100尝试与第一低轨卫星210建立激光通信链路时，飞行器100发射激光束指向具有确定位置的第一同步卫星310以请求建立飞行器100与第一同步卫星310之间的激光通信链路。在飞行器100与第一同步卫星310之间建立激光通信链路之后，至少部分地基于指向和跟踪第一同步卫星310的飞行器100的第一atp装置110确定飞行器100的姿态和位置。确定飞行器100的姿态和位置之后，至少根据确定的飞行器100的姿态和位置尝试建立飞行器100和第一低轨卫星210之间的激光通信链路，并通过飞行器100和第一低轨卫星210之间建立的激光通信链路在飞行器100和第一低轨卫星210之间直接传输数据。

优选地，本发明的系统生成的激光束很窄，激光束的发散角可以为12～95μrad。尤其优选15～20μrad。本发明采用的激光发射天线的发散角可调地设置，调节范围为15～20μrad或者12～95μrad。窄激光束是有利的，因为这可以通过在目标处提供更高的每平方米瓦特来提供高方向性并且能够在长距离上获得高数据速率。但是，由于激光束很窄，因此它必须很精确地指瞄准以建立可靠稳定的通信。

优选地，本发明的系统在采用非线性光学相位共轭方式补偿大气给激光束带来的波前畸变的条件下对运动目标进行跟踪瞄准。由此能将瞄光能量较好地集中于一个很小的区域，提供更高精度地瞄准。

优选地，本发明的系统可以采用非连续发射激光的方式间断通信。该系统中建立激光通信链路的任何两个设备之间，在采用非连续发射激光的方式间断通信的过程中，同一时刻该系统仅赋予其中一个设备处于未发射激光的状态。

根据一个优选实施方式，该系统可以包括若干地面站400。第一同步卫星310可以调用若干卫星中的至少一个卫星和/或若干地面站400中的至少一个地面站400用激光束扫描位于可能位置的第一低轨卫星210直至其中一个卫星或者一个地面站400用激光束照射到第一低轨卫星210并通知第一同步卫星310，第一同步卫星310由此用激光束照射第一低轨卫星210以在第一同步卫星310与第一低轨卫星210之间建立激光通信链路。优选地，第一同步卫星310可以为调用的若干卫星中的至少一个卫星和/或若干地面站400中的至少一个地面站400划分不同的扫描区域。优选地，不同的扫描区域可以有部分重叠区域。优选地，若干卫星可以包括用微波通信的微波星、用激光通信的光学星和/或能用激光或微波通信的微波光学共用星。优选地，若干地面站400可以包括若干微波站410和/或若干光学站420。可能位置可以是先通过非光学方式确定的相对光学方式确定的准确位置而言更大的区域，随后用激光束在这个可能位置内进一步扫描搜索第一低轨卫星210。比如，先通过卫星和/或微波站410的微波定位出第一低轨卫星210所处的可能位置。然后第一同步卫星310请求调用第二同步卫星320和/或光学站420用激光在可能位置内进行扫描，以确定第一低轨卫星210的相对更精确的位置，以便建立第一同步卫星310和第一低轨卫星210之间的激光通信链路。

如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。