航天器自組網技術實踐與展望

蘇繼東，徐偉琳，翟盛華，王偉，何亞婷

1.中國空間技術研究院西安分院 載荷總體部，西安 710100

2.中國空間技術研究院西安分院 空間通信與導航技術研究所，西安 710100

3.中國空間技術研究院西安分院 空間天線技術研究所，西安 710100

空間航天器間組網具有時空尺度變化跨度大，業務數據類型多樣，星間具有嚴格的時頻同步關系等特點，在這樣一種應用需求下，空間網絡拓撲的時變特性，使得傳統的自組織網絡協議無法滿足通信的可靠性、安全性和實時性等要求。

因此，需要針對空間航天器間的網絡化需求，從系統層面重新進行網絡系統架構設計，開展數據路由、可靠傳輸、安全機制、時頻同步等關鍵技術研究，最終提供可靠的航天器間組網通信，星間網絡的自主組建與維護，以及高精度的星間時頻同步能力。

1 航天器自組網任務分析

由多顆衛星按一定要求分別部署在一種或多種軌道上，共同完成某些空間飛行任務，稱為分布式衛星系統［1-2］。分布式衛星可以進一步細分為編隊飛行、星座和星群，其概念如下［3-4］：

1）編隊飛行（Formation Flying）。在軌道上，分布式衛星系統的各顆衛星按自己的軌道特性運行，只有外加星間閉路控制系統才能保證它們按編隊飛行要求保持隊形。也就是說，分布式衛星系統各顆衛星必須有外加星間閉路軌道控制系統才能成為編隊飛行。

2）星座（Constellation）。分布在軌道上的各顆衛星主要目的是增加對地面的覆蓋面積，或者縮短重訪時間。這里不須要外加星間閉路控制系統。一般通過地面站對單顆衛星進行軌道位置調整就能滿足星座要求，這是由于各顆衛星受到軌道攝動使軌道位置發生變化。星座軌道保持控制是定期的，例如幾天或幾十小時進行1 次控制，周期長短決定于星座軌道攝動大小和星座位置保持精度。

3）星群（Cluster）。根據空間飛行任務要求，設計各顆衛星在軌位置，當衛星發射成功以后，在運行期間不須要進行軌道操作，各衛星若受軌道攝動，所產生的位置變化也不影響飛行任務的完成。也就是說，星群不需要外加星間閉路控制系統，也不需要軌道操作，是分布式衛星系統最簡單的一種形式。星群大部分用于空間環境參數的觀測任務。

根據美國SpaceWorks 公司發布的《衛星市場預測》，其中根據任務目標，將其分為3 類：對地觀測/遙感、通信、科學技術試驗。衛星群多為微小衛星為主，利用微小型衛星“快、好、省”的特點，可以加速新技術成果的在軌演示驗證，推動空間星群技術的發展。各類星群任務的特點分析如表1 所示。

表1 各類星群任務的特點分析Table 1 Characteristics analysis of various sat cluster tasks

1.1 對地觀測任務

對地觀測是微小型衛星的一個重要應用領域，但是由于衛星體積、重量和功耗的限制，有效載荷及其獲得的地面分辨率和精度等指標仍舊無法和傳統的大型航天器相比，但是微小型衛星具有研制周期短、成本低的優勢，且通過組網或形成星座，星座協同工作容易獲得較高的時間分辨率和觀測覆蓋性，大大縮短重訪時間，達到甚至超越大型衛星的功能，因而取得了較大發展，成為對地觀測領域的一個重要的發展方向［5-6］。

美國新一代“白云”海洋監視衛星星座4 組l6 顆星，將地面的多站有源/無源主動/被動探測定位雷達系統在多顆衛星上實現，特別是可對地表、海面、空中的運動電磁輻射源進行精確地無源被動定位，采用了S 頻段小型化和集成化的收發跟蹤星間鏈路設備，主星與3 顆子星距離30～110 km，傳送中、低速探測數據和指令。

對地衛星編隊應存在星間通信鏈路，包括同軌道面臨星間的通信鏈路和兩相鄰軌道面臨星間的通信鏈路。可以實現不同區域的成像數據通過星間鏈路實時下傳地面站。通過匹配星群內不同載荷間的聯合觀測數據融合處理，可以獲取目標區域的高精度和多維度信息。

1.2 廣域通信任務

微小型衛星由于質量輕、體積小、可提供功率有限，在實際應用中，對有效載荷的微小型化和低功耗要求十分苛刻，近年來隨著手持通信設備和微電子技術的飛速發展，使得微小型化和低功耗的通信有效載荷容易實現，因此基于通信應用的衛星系統獲得了較大發展。另外，通信衛星星座可為海上、邊疆、復雜山區、沙漠等特殊區域提供通信組網能力，是值得重點關注的領域［7］。

美國太空探索技術公司計劃在2019—2024年間在太空搭建由約1.2 萬顆衛星組成的“星鏈”網絡提供地面互聯網通信服務，其中1 584 顆將部署在地球上空550 km 處的近地軌道，并從2020 年開始工作。

通信衛星星座的主要技術是星間鏈路通信，通信性能由衛星間的通信鏈路完整率和冗余率決定。一是軌道面內臨星的通信鏈路、二是相鄰軌道面的臨星鏈路。對于通信衛星星座還涉及通信鏈路的尋徑優化方法。對于區域通信需求，應考慮區域星座覆蓋時間均勻性，軌道面內均布。當某一顆衛星出現故障時，應及時調整相位以滿足時間覆蓋要求。

1.3 科學技術實驗任務

科學技術試驗是微小型衛星最重要的應用之一。由于微小型衛星領域的技術發展和更新非常迅速，因此加強高技術演示驗證就成為一項極為重要的工作。

利用小衛星星群對空間環境測量將有助于對空間環境的了解，為以后的航天器積累試驗數據。美國NASA 受昆蟲社會行為的啟發，計劃于2020—2030 年利用群衛星系統探索小行星帶，該計劃暫命名為“自主納型航天器”（ANTS）系統。ANTS 系統由1 000 顆皮星組成，其任務是利用群智能技術，探索和勘測小行星帶的小行星。ANTS 系統運行在小行星帶內，而在小行星帶里，空間環境十分惡劣，傳統的大衛星是不能生存的。而對于小衛星星群，可以增加存活率，在損失一定數量衛星的條件下不影響衛星群的總體功能。

上面科學實驗任務都是以群族為單位的探測單元。系統設計時應考慮群族內各衛星的功能劃分、構型布局和重構、族群內鏈路分析等。

基于上述分析，在不同的星群任務中，針對拓撲構型、鏈路特點、軌道類型、業務數據量、時延要求等特點，對星群組網都提出了不同的服務要求，因此，在系統設計時應有相對應的設計規劃。

2 研究現狀與關鍵技術

不同的星群任務應用要求具有不同的網絡拓撲結構，無線信道變化的不規則性、節點的移動、加入、退出等也會引起網絡拓撲結構的動態變化。星群通過主動認知網絡拓撲結構的變化特性，依據星間鏈路質量，聯合網絡路由信息，尋找高質量的星間鏈路，并且選擇合適的鄰居節點進行拓撲發現，從而降低組網開銷，提升對不同類型星群任務的支持能力。

2.1 基于節點拓撲規劃的時頻同步測量技術

編隊飛行相比于以往的星座或組網來說，要求各個參與編隊飛行的衛星平臺之間的相互位置測量更為精確，并且編隊構形更加穩定，同時各個平臺之間發生信息交換，衛星平臺之間的時鐘嚴格統一。編隊內部各衛星平臺之間時間同步的精度需求與具體任務目標有關，以本文第1 節列出的應用領域中，雖然都需要時間同步，但是比較而言，天基目標探測定位以及空間虛擬探測具有納秒級的高精度時間同步需求［8-10］。

在衛星編隊網絡中完成全網時頻同步，需要將整個網絡中所有衛星節點的時頻特性高精度同步到以一個或者數個衛星節點所代表的時頻基準之上。由于衛星編隊網絡的特殊性，相鄰衛星節點距離較遠、相對運動速度抖動大、星上處理資源稀缺，在完成時頻同步的過程中，一個良好的網絡時頻同步方案，不僅僅需要從精度方面獲得精準的同步結果，還需要從收斂性、時效性、操作復雜度、資源占用度等多方面綜合考慮其性能。

對于全網時頻同步，需要從網絡時頻基準源選擇和同步過程規劃2 個階段進行考慮。

在時頻基準來源方面，通常可以分為2 類：

1）外置基準：一些嚴格要求的絕對時頻同步的衛星網絡系統，其時頻基準一般由GPS、北斗等外置系統提供，或者從地面站獲取。在這樣的場景中，衛星編隊網絡只能從能夠獲取這些絕對時頻信息的節點中選取一個（或者數個）時頻基準中心。

2）內部基準：對于僅要求衛星網絡內部相對時頻進行同步的衛星網絡系統，其時頻基準中心的選取沒有外置因素的約束，只需要從網絡內部選擇一個（或者數個）時頻基準中心，其他的節點與其進行同步。

從同步過程規劃方面，可以選用基于優先級的星群時頻基準同步中心降級選擇方法。在這種方法中，星群衛星的優先級參數以是否存在外置基準作為衡量，以降低全網時頻同步時的級數作為目標，在網絡范圍內計算并選取合適的一個（或者數個）衛星節點作為星群網絡的時頻基準同步中心。該方法通過降級處理搜索的節點在作為時頻基準同步中心，可以減少同步過程中的收斂時間和精度誤差。

圖1 示意了同一網絡2 種不同時頻同步方案形成的處理情況。從圖中可以看到：方案1 時間基準節點位于網絡的邊緣位置，與網內最遠節點距離達到4 跳，在第1 個時間周期（Slot1），其時間信息擴散到了與其相鄰的3 個節點上，在第2 個時間周期（Slot2），時間信息進一步擴散到了更遠的4 個節點上，最終，網絡需要4 個時間周期進行時間信息擴散，直到Slot4 才完成全網同步；而方案2 由于其時間基準節點位于全網的中心位置，與網內最遠節點僅2 跳，僅使用2 個時間周期就可以達到同樣的效果。這個收斂時效性在一個變化的較大的衛星編隊網絡中非常顯著和重要。

圖1 2 種不同時間同步方案處理情況Fig.1 Two different time synchronization schemes

由于衛星網絡時頻同步是逐級在相鄰衛星節點間進行的，級間相對時頻同步存在微小誤差，隨同步級數逐次增加，和時頻基準的絕對誤差將會被放大，圖1 中方案1 形成的網絡同步誤差將遠大于方案2。當網絡范圍較大時，可以考慮降低處理的級數從而提升全網同步的精度。

采用基于優先級的星群時頻基準同步中心降級選擇方法，星群衛星的優先級參數以是否存在外置基準作為衡量，以降低全網時頻同步時的級數作為目標，在網絡范圍內計算并選取合適的一個（或者數個）衛星節點作為星群網絡的時頻基準同步中心。該方法通過降級處理搜索的節點作為時頻基準同步中心，可以減少同步過程中的收斂時間和精度誤差。

在全聯通的衛星網絡中，時頻同步需要所有的節點同步到時頻基準的一個（或者數個）節點上，這個過程符合廣播式處理方式。在解決這個問題時，基于生成樹的方式可以很好規避環路重復，泛洪方法從分布式角度考慮具有管理簡單、無需拓撲信息支持等優點。結合兩者的技術優勢，并考慮節點資源受限、同步任務均衡等方面考慮，采用基于任務均衡的樹形泛洪降級同步算法，需要基于衛星節點處理能力的狀態，形成具體的重量權值參數，從而支持進行有限資源對全網時頻同步任務的均衡分擔。最終形成的同步處理過程可以具有資源與任務匹配、無資源浪費、處理級數少、操作簡單等特點。

2.2 網絡多域信息主動認知的組網路由技術

在衛星通信網絡中，由于衛星的移動導致星間鏈路存在不穩定的情況，鏈路的壽命可定義為鏈路從形成到中斷的時間。任何一條路徑的通信壽命的穩定性由路徑中的每條通信鏈路的穩定性決定，具有更高壽命穩定性的路徑可以大大降低在通信中出現的鏈路故障。與此同時，鏈路的通信能力受到衛星資源，如頻譜、波束、天線、能源等的約束，為應對此類問題，自主組網協議通過聯合多維網絡狀態信息，采用主動認知的方式，能提前預防由于衛星移動、干擾等因素導致的鏈路中斷［11-13］。如圖2 所示，衛星節點依據移動狀態信息預測與其他衛星之間鏈路的穩定性，同時，依據多種資源信息預測鏈路狀態的變化趨勢。當衛星節點預測到鏈路質量處于下降趨勢時，主動中斷鏈路；當預測到新的鏈路性能滿足要求時，主動發送組網信令建立連接。主動組網的優點在于可以提前預防網絡突發中斷，并且可預先建立穩定鏈路，降低組網時延。

圖2 主動認知組網示意圖Fig.2 Active cognitive networking diagram

采用基于預測的運動路由準則，目的就是增加路由路徑通信壽命的穩定性，從而來提高路由的性能。路由協議有能力提供多條用于源端和目的端通信的路徑，可以選擇其中通信壽命穩定性最高的路徑作為通信鏈路。在衛星通信中，利用最短的路徑（跳數最少）不一定是最優的，因為衛星具有較高的移動性，因而這種“最短路由”所產生的路徑可能在傳輸過程中中斷，而基于通信壽命穩定性的這種路徑會更穩定和具有更長的存活時間。

聯合網絡多維信息的組網機制的主要目標是，通過考慮源端衛星和目的端衛星之間的衛星的移動特性（位置、速度和方向）來選擇最穩定的路由路徑。通過分析路徑中衛星的移動特性信息，可以初步預測在最近的一段時間內這些衛星的位置，從而來預測每對源和目的衛星之間路徑的壽命。這種方法在最小化斷鏈風險、降低數據丟失和鏈路層傳輸層重傳方面同樣也是很有幫助的。

通過選擇s 和d 之間通信壽命穩定性最高的鏈路作為其通信鏈路，假設s 和d 之間存在k條路徑，每條路徑有若干跳的中間節點，一跳路徑的穩定性（PS）由該路徑中穩定性最差的那條鏈路的穩定性（LS）決定，如圖3 所示。

圖3 鏈路穩定性計算示意圖Fig.3 Link stability calculation diagram

對于每條鏈路的穩定性的計算：

其中分母部分是常量參數，主要由路由算法來決定，與路由表的有效期等因素有關。主要來看分子部分的計算，Lt［i，j］表示2 個相鄰的衛星節點i和j從互相進入彼此的通信范圍以后到離開彼此的通信范圍為止的時間，這里設2 個相鄰衛星節點之間的有效通信距離為R。對于Lt［i，j］的計算，通過如圖4 所示的笛卡爾直角坐標系X-Y進行分析，衛星i和j在坐標系中的速度表示為

圖4 笛卡爾坐標系計算鏈路存活壽命Fig.4 Calculation of link lifetime with Cartesian coordinate system

鏈路的存活壽命進行如下的推導：

其中

所以有

因此為了計算鏈路的壽命只需要解方程式

當計算出相鄰衛星之間的通信壽命以后，即可選擇中繼節點進行路由建立工作。

對于鄰居節點的選擇可以采用基于一跳的鏈路穩定度或基于兩跳的鏈路穩定度2 種方式進行選擇。

當采取基于一跳的鏈路穩定度選擇時，衛星節點i首先計算它到每個鄰居節點之間鏈路的全局穩定性值，然后選擇穩定性最高的鏈路所對應的鄰居衛星作為第1 個鄰居成員，以此類推直到達到鄰居成員的上限。衛星i到其某個鄰居衛星j之間的全局穩定性可計算如下：

當采取基于兩跳的鏈路穩定度選擇時，衛星節點i不僅考慮一跳可接入的鄰居衛星，還要進一步考慮其兩跳可接入的衛星，同樣也是考慮相鄰衛星間鏈路的穩定性，然后選擇穩定性最高的鏈路所對應的鄰居衛星作為第1 個鄰居成員，以此類推直到達到鄰居成員的上限。其全局穩定性計算方式如下：

路徑構建時，各衛星節點對其鄰居成員集合中的節點進行控制信息的泛洪，以使得所有衛星節點可以掌握全網的拓撲結構從而建立路由信息表。由于之前已經進行了鏈路穩定性的分析和衛星運動的預測，將這些信息增加到路由協議中，選擇傳輸壽命最穩定的路由。通過考慮衛星進行TC 消息傳輸時，在TC 消息中每個條目（其中保存有鄰居衛星的ID）中加入相應的鏈路穩定值，通過衛星間進行消息交互即可使每個衛星都可以建立一個全網的拓撲結構圖，并且對于每個拓撲鏈路都有相應的鏈路穩定度信息，有了這個拓撲結構圖和相應的鏈路穩定度信息，每個衛星都可以計算通信壽命最穩定的路由來建立路由列表，從而實現了組網的過程。

2.3 基于相控陣捷變波束指向的自組網通信技術

目前，將自組織網絡應用于組網通信系統的大多數研究都是使用基于全向天線的簡單射頻物理層方案。在全向天線方案中，處于通信距離范圍中的節點均可接收到任一發送節點的無線信號，便于自組織網絡中的鄰居發現和網絡拓撲探測，在進行時間同步交互時，無需進行復雜的天線指向控制［14］。

采用全向天線會帶來如下問題：①低數據速率；②在業務流量需要的范圍內鏈路的余量不足；③不可控制的空間射頻信號；④對干擾極其敏感以致無法工作；⑤信道復用共享效率低［15-16］。

在一些低軌衛星星座組網項目中，典型星間距離為3 000 km，星間通信頻段為Ka 頻段，采用捷變波束的相控陣天線實現遠距離高增益的波束指向。星間自組網方案采用TDMA 體制，簇內各衛星間通過主從同步方式進行精確的時間同步，傳統的自組網通信采用全向天線，便于節點在全空間內發現待同步節點，并進行同步信令的交互，完成主從節點間的開環同步和閉環同步。

在由移動節點構成的動態網絡中應用定向天線時，要求在鏈路的發送和接收兩端保持天線指向的協調一致，以實現星簇內所有節點間同步信令的交互。

在這種定向波束指向下，如何提供一種能控制大量具有定向天線的移動節點之間通信，在星簇多節點間實現高效、有序的星間同步方法是急需解決的問題。

為了支持快響應和高動態的網絡，需要應用一種算法或協議來控制大量具有定向天線的移動節點之間的通信。

可以采用基于捷變波束指向的自組織網絡時間同步方法采用節點身份預先配置的方式；非基準節點在收到同步消息前保持監聽狀態，其相控陣波束始終指向基準節點，基準節點在開機后以輪詢的方式分別指向各非基準節點，并發送時間同步廣播；非基準節點在確認了各自與基準節點的同步時隙后，其余時隙用于輪詢其他無法與基準節點直接相連的下一級子節點；輪詢下級子節點時，下級子節點均保持靜默狀態，接收到上級節點的同步輪詢幀后，確認自身的同步時隙位置，并在其他非同步時隙輪詢下一級子節點，依次類推，完成網內所有節點同步時隙的選取及校時；根據相控陣天線“預先設置、到點執行”的控制特點，設置合適的控制時隙用于傳輸時延保護及相控陣天線的指向計算和波控執行時延，以此避免收發狀態沖突。

2.3.1 節點初始化及節點同步拓撲確認流程

節點開機后根據已上注的同步拓撲參數將自身的角色設置為時間同步基準節點和非基準節點。基準節點建立系統超幀，并確定收發時隙。所有非基準節點確認自身在同步拓撲中的上級節點和下級節點，所有下級節點在與上級節點完成時間同步前，均使其天線始終指向上級節點并維持接收狀態，等待接收上級節點發送給自已的同步幀。天線指向由相控陣天線根據本星軌道和目標星軌道計算得出。節點初始化及節點同步拓撲確認流程如圖5 所示。

圖5 節點初始化及節點同步拓撲確認流程Fig.5 Node initialization and topology synchronization confirmation process

2.3.2 時間同步逐級傳遞流程

不是所有的節點都可與基準節點一跳可見，因此，時間基準應根據同步拓撲的連接關系，逐級從離基準節點一跳可見的節點擴散到全網，實現全網所有節點均具有統一的時間基準，即完成全網的時間同步。

時間逐級傳遞的流程包含以下幾個階段：

1）節點在非同步狀態下

步驟1節點天線始終指向上級節點，等待來自上級節點的同步幀。

步驟2與上組節點完成一次同步交互后，更新本地時間，進入同步狀態。

2）節點在同步狀態下

步驟1判斷當前復幀是否為本節點向上級節點的同步維持復幀。

步驟2若是，則控制相控陣天線指向上級節點，等待來自上級節點的同步幀；若不是，則控制相控陣天線依次指向下級節點，并向下級節點發送同步幀，以觸發同步流程。

步驟3上、下級節點完成時間同步流程交互，下級節點調整本地時鐘。

時間同步逐級傳遞流程如圖6 所示。

圖6 時間同步逐級傳遞流程Fig.6 Step by step transmission process in time synchronization

2.3.3 上下級節點時間同步過程

上下級節點時間同步過程分為上級節點發送同步幀、下級節點發送請求幀和上級節點應答下級節點3 個主要過程，具體同步流程如下：

步驟1節點間的上下級節點時間同步流程在復幀起始的若干個時隙中進行，首先由上級節點向待同步下級節點發送同步幀，用于確定本次進行時間同步的目標下級節點，接收到同步幀的下級節點開始后續同步流程，未收到同步幀的下級節點不執行后續同步流程。

步驟2接收到同步幀的下級節點將本地鐘面時tson_send填入請求幀后，向上級時鐘節點發送請求幀，上級節點利用接收到的下級節點發送前沿的鐘面時tson_send與接收到請求幀前沿的時間tfather_arrive計算本地偽距tα：

步驟3上級節點將本地鐘面時tfather_send與本地偽距tα填寫到應答幀發送回下級節點。下級節點利用接收到的上級節點發送前沿的鐘面時tfather_send與接收到同步幀前沿的時間tson_arrive計算本地偽距tβ：

步驟4下級節點根據測得的本地偽距tβ及接收到上級節點的本地偽距tα可計算得到2 節點間鐘差Δt：

步驟5并據此對時鐘進行調整，下級節點的時間加上Δt即可實現下級節點與上級節點的時間同步。

上下級節點時間同步過程如圖7 所示。

圖7 上下級節點間的時間同步過程Fig.7 Time synchronization process between upper and lower nodes

基于捷變波束指向的自組織網絡時間同步方法，根據各節點的收發需求，控制各接收節點的波束隨動指向發送節點，在時隙編排中設計一定數量的同步時隙，結合相控陣天線的使用要求，以提前預約的方式，分別對主從節點的波束指向進行控制，在各同步時隙中有序完成同步信令的交互，實現節點間時間同步。同時，在復幀的時隙安排中，各節點以輪詢的方式，分別與主節點完成時間同步，最終實現全網時間同步和多用戶數據通信。

3 總結與展望

當前空間自組網技術已經有了一些技術積累和工程實踐，論文基于對空間自組網技術發展現狀的認識，思考總結一些開放性問題及其發展趨勢如下。

3.1 提升衛星鏈路抗干擾能力

低軌衛星飛行軌道高度通常在數百～1千公里，組網微波通信鏈路易受地面復雜電磁環境影響，受國際電聯頻譜選用限制，可選工作頻段、帶寬有限。境內與海外不同區域的頻譜使用狀況缺少足夠數據支撐，給頻段選擇帶來了困難，空間頻譜詳查與數據積累十分必要。

低軌衛星群網規模快速增長，軌道、軌位、頻譜資源短缺與沖突等問題更加突顯。不同集群、系統、網絡間的互聯需求快速增長，需要統籌規劃頻段與鏈路以解決互聯互通問題。

低軌衛星通常為微小型衛星，重量、功耗等要求嚴苛，抗干擾技術應用受到一定限制；一方面要保證星間的連通性、可見性，另一方面需要考慮干擾抑制，對星間天線設計提出了較高的要求；系統設計需要綜合運用擴頻、跳頻、天線調零等多維域抗干擾通信技術手段，以盡量低的資源開銷獲得較好的抗干擾效果。

3.2 提升衛星網絡抗毀自愈能力

中、低軌衛星地面可見時段受限，空間任務環境復雜，完全依賴地面控制的方式存在響應不及時、無法操作等風險，難以滿足多樣化的任務要求。同時，當網絡規模持續擴大時，完全依賴地面集中控制將變得非常復雜，應用衛星群網自主構建與維護技術將成為必然的發展趨勢［17］。

針對由于故障導致拓撲發生改變的衛星網絡，可以采用節點遷移的方式，利用衛星變軌技術等，調度衛星節點的臨近鏈接關系，從而克服故障導致的網絡割裂障礙，恢復剩余節點的網絡聯通能力。而星群自主運行涉及衛星間通信組網及衛星單星運控2 個專業方向，跨專業的技術深度融合發展，才能使得星群在面臨節點動態遷移、任務重構等情況下，保證網絡的穩定運行，使得網絡具有更強的魯棒性，為星群連通提供可靠的網絡基礎。

3.3 星間激光通信面臨技術挑戰

空間激光通信技術結合了無線電通信和光纖通信的優點，以激光為載波進行通信。空間激光通信技術具有抗干擾能力強、安全性高、通信速率高、波段選擇方便及信息容量大的優勢［18-19］。

隨著空間圖像、視頻等大帶寬業務應用被不斷發掘，星間鏈路能力需求必然會迅速提升；激光通信等技術的不斷成熟，其大帶寬的優勢，必將成為星間鏈路的首選。

2017 年我國在實踐十三號高通量衛星的星地激光通信終端開展的首次高軌衛星對地高速激光雙向通信試驗取得成功，40 000 km 星地距離最高速率為5 Gbps，這些試驗在系統設計、捕獲得跟蹤技術和光波的大氣傳輸特性等方面為我國空間激光通信技術的研究積累了寶貴經驗。

但激光通信應用于低軌衛星間的最大技術難點在于：衛星平臺的姿態穩定性難以滿足激光鏈路捕獲跟蹤容限的最大范圍要求。實現快速、大概率、大范圍的光束捕獲和穩定的高帶寬、高精度光束跟蹤是空間激光通信瞄準、捕獲、跟蹤技術研究的核心目標。