一种卫星数据采集系统、方法、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫星数据采集系统、方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.目前，低轨物联网星座的一些业务是典型的信道竞争系统。数据通信系统所容纳的数据采集终端，一定比它所提供的信道数量大成千上万倍，所以各终端只能以竞争的方式使用信道，使得同一个信道在同一时刻被不同终端抢用，造成冲突，所谓“冲突”就是一次失败的传输，专业术语叫做“数据碰撞”。因此，要尽量避免过多的终端与一颗卫星通信。
3.另一方面，一般的低轨星座部署完成后，卫星在轨道处于均匀分布状态，地面上的数据采集终端的分布特性却要根据市场业务的拓展呈现区域性分布，因此会出现某些区域终端分布集中，某些区域终端分布稀疏的特点。由于星上载荷接收能力有限，为确保星上可靠接收地面终端上行数据，需要在终端部署密集区域进行分批上传的配置。
4.现有技术中，避免数据碰撞，实现终端分批上传数据的方法为，在布设终端时，将一部分终端设定为在一些上行弧段时发送，在其他弧段时关闭发送。然而，这种方法却很不灵活，因为终端上的这种策略是写死在终端程序中，一旦新增终端，或者终端改变位置，就使得之前预设的策略失效。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种卫星数据采集系统、方法、设备及存储介质，以减少卫星物联网系统中数据采集终端与卫星通信过程中的碰撞。
6.根据本发明的一方面，提供了一种卫星数据采集系统，包括：地面系统、至少两个采集终端和卫星星座；
7.所述地面系统用于生成数据采集函数，并通过所述卫星星座将所述数据采集函数发送给所述至少两个采集终端；
8.所述至少两个采集终端用于地面数据采集，并根据所述数据采集函数将采集的数据发送给所述卫星星座；
9.所述卫星星座用于所述地面系统和所述至少两个采集终端之间的数据转发，其中，所述卫星星座包括至少一颗卫星，每颗卫星对应至少一个采集弧段。
10.可选的，所述地面系统具体用于：
11.对所述至少两个采集终端进行分组，得到至少一个分组结果；
12.将所述至少一个分组结果进行函数拟合，将拟合满足度大于设定阈值的拟合结果确定为所述数据采集函数。
13.可选的，所述地面系统具体用于：
14.确定所述至少两个采集终端的终端数目和平均采集频次，以及所述卫星星座的单次采集容量；
15.根据所述终端数目、所述平均采集频次与所述单次采集容量确定所述采集终端的分组数；
16.根据所述分组数对所述至少两个采集终端进行划分，并分别为各组分配一个所述采集弧段。
17.可选的，所述地面系统具体用于：
18.获取预设的基函数，以及各组对应的采集终端的终端标识与采集弧段的弧段标识，其中，所述基函数预存于所述地面系统和所述至少两个采集终端内；
19.确定所述基函数的系数，将所述基函数拟合为布尔函数，其中，所述布尔函数的自变量为所述终端标识和所述弧段标识。
20.可选的，所述地面系统具体用于：
21.获取所述数据采集函数对应的基函数的系数；
22.通过所述卫星星座将所述数据采集函数对应的基函数的系数发送给所述至少两个采集终端。
23.可选的，针对每一个采集终端，所述采集终端具体用于：
24.接收所述数据采集函数；
25.根据所述数据采集函数确定策略评估结果，若所述策略评估结果为发送，则将采集的数据发送给所述卫星星座。
26.可选的，针对每一个采集终端，所述采集终端具体用于：
27.接收所述卫星星座的星历广播，根据所述星历广播与当前所在位置确定数据发送的最佳时间窗口；
28.若所述策略评估结果为发送，则在所述最佳时间窗口内将采集的数据发送给所述卫星星座。
29.根据本发明的另一方面，提供了一种卫星数据采集方法，所述方法应用于卫星数据采集系统，所述系统包括：地面系统、至少两个采集终端和卫星星座；
30.通过所述地面系统生成数据采集函数，并通过所述卫星星座将所述数据采集函数发送给所述至少两个采集终端；
31.通过所述至少两个采集终端进行地面数据采集，并根据所述数据采集函数将采集的数据发送给所述卫星星座；
32.通过所述卫星星座进行所述地面系统和所述至少两个采集终端之间的数据转发，其中，所述卫星星座包括至少一颗卫星，每颗卫星对应至少一个采集弧段。
33.进一步地，通过所述地面系统生成数据采集函数，包括：
34.通过所述地面系统对所述至少两个采集终端进行分组，得到至少一个分组结果；
35.将所述至少一个分组结果进行函数拟合，将拟合满足度大于设定阈值的拟合结果确定为所述数据采集函数。
36.进一步地，通过所述地面系统对所述至少两个采集终端进行分组，包括：
37.通过所述地面系统确定所述至少两个采集终端的终端数目和平均采集频次，以及所述卫星星座的单次采集容量；
38.根据所述终端数目、所述平均采集频次与所述单次采集容量确定所述采集终端的分组数；
39.根据所述分组数对所述至少两个采集终端进行划分，并分别为各组分配一个所述采集弧段。
40.进一步地，将所述至少一个分组结果进行函数拟合，包括：
41.获取预设的基函数，以及各组对应的采集终端的终端标识与采集弧段的弧段标识，其中，所述基函数预存于所述地面系统和所述至少两个采集终端内；
42.确定所述基函数的系数，将所述基函数拟合为布尔函数，其中，所述布尔函数的自变量为所述终端标识和所述弧段标识。
43.进一步地，通过所述卫星星座将所述数据采集函数发送给所述至少两个采集终端，包括：
44.获取所述数据采集函数对应的基函数的系数；
45.通过所述卫星星座将所述数据采集函数对应的基函数的系数发送给所述至少两个采集终端。
46.进一步地，根据所述数据采集函数将采集的数据发送给所述卫星星座，包括：
47.针对所述至少两个采集终端中的每一个采集终端，接收所述数据采集函数；
48.根据所述数据采集函数确定策略评估结果，若所述策略评估结果为发送，则将采集的数据发送给所述卫星星座。
49.进一步地，若所述策略评估结果为发送，则将采集的数据发送给所述卫星星座，包括：
50.接收所述卫星星座的星历广播，根据所述星历广播与当前采集终端的所在位置确定数据发送的最佳时间窗口；
51.若所述策略评估结果为发送，则在所述最佳时间窗口内将采集的数据发送给所述卫星星座。
52.根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
53.至少一个处理器；以及
54.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
55.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的卫星数据采集方法。
56.根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的卫星数据采集方法。
57.本发明公开的卫星数据采集系统，包括：地面系统、至少两个采集终端和卫星星座；地面系统用于生成数据采集函数，并通过卫星星座将数据采集函数发送给至少两个采集终端；至少两个采集终端用于地面数据采集，并根据数据采集函数将采集的数据发送给卫星星座；卫星星座用于地面系统和至少两个采集终端之间的数据转发，其中，卫星星座包括至少一颗卫星，每颗卫星对应至少一个采集弧段。本发明提供的卫星数据采集系统，可以执行卫星物联网采集终端的数据采集策略的生成、下发与执行方法，从而降低各采集终端通信过程中的碰撞，提高通信成功率，进而提高整个通信系统的容量。
58.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特
征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
59.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
60.图1是根据本发明实施例一提供的一种卫星数据采集系统的结构示意图；
61.图2是根据本发明实施例二提供的一种卫星数据采集方法的流程图；
62.图3是根据本发明实施例一提供的一种地面系统的执行过程示意图；
63.图4是根据本发明实施例二提供的一种采集终端的执行过程示意图；
64.图5是实现本发明实施例三的卫星数据采集方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
65.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
66.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
67.实施例一
68.图1为本发明实施例一提供的一种卫星数据采集系统的结构示意图，本实施例可适用于通过卫星物联网系统进行通信的情况，该卫星数据采集系统可以采用硬件和/或软件的形式实现。如图1所示，该系统包括：地面系统110、至少两个采集终端120和卫星星座130。
69.地面系统110用于生成数据采集函数，并通过卫星星座130将数据采集函数发送给至少两个采集终端120。
70.至少两个采集终端120用于地面数据采集，并根据数据采集函数将采集的数据发送给卫星星座130。
71.卫星星座130用于地面系统110和至少两个采集终端120之间的数据转发，其中，卫星星座130包括至少一颗卫星，每颗卫星对应至少一个采集弧段。
72.其中，地面系统110是卫星通信系统中的陆地通信部分，是对整个航天器提供控制和数据支持的系统。采集终端120是地面上的数据采集设备，可以执行设定的数据采集任
务，例如采集地下水的各种指标。卫星星座130是发射入轨能正常工作的卫星的集合，通常是由一些卫星按一定的方式配置组成的一个卫星网。
73.在本实施例中，数据采集函数是采集终端120所执行的数据采集策略的函数表示。数据采集函数由地面系统110生成，卫星星座130作为数据传输通路，将数据采集函数转发给采集终端120，采集终端120根据数据采集函数判断当前时段是否将采集的数据发送给卫星星座130，从而执行相应的数据采集策略。
74.可选的，地面系统110可以对任务区进行管理。其中，任务区为采集终端120的一个集中布设区域，在该区域内，各采集终端120执行相同的采集任务，并将采集到的数据各自发送到卫星星座130。地面系统110可以根据任务区内的采集终端120的数量、卫星星座130中各卫星的经过任务区的数据采集弧段以及各采集终端120向卫星星座130进行数据上传的频次等信息，确定合理的数据采集策略，即合理分配各采集终端120向卫星星座130发送数据的时段，从而避免多个终端同时使用同一卫星信道时产生的冲突情况。生成数据采集函数之后，地面系统110可以将该数据采集函数发送到卫星星座130，使其转发给采集终端120，从而完成数据采集策略的生成和上注流程。
75.可选的，地面系统110具体用于：
76.对至少两个采集终端120进行分组，得到至少一个分组结果；将至少一个分组结果进行函数拟合，将拟合满足度大于设定阈值的拟合结果确定为数据采集函数。
77.在本实施例中，地面系统110生成数据采集策略的方式可以是，对任务区中的各采集终端120进行分组，令同一组中的采集终端120向同一采集弧段发送采集的数据，而不同组的采集终端120对应的采集弧段不同。其中，采集弧段为卫星经过采集终端120对应的任务区时形成的弧形轨迹，由于同一卫星可能在一个采集周期(一般为一天)之中多次经过该任务区，所以一个卫星可以对应一个或多个采集弧段。每个采集弧段可以根据对应的卫星的航天器标识与经过任务区的圈次确定它的唯一标识，例如b
h,m
可以表示航天器标识为bh的卫星第m次经过任务区形成的采集弧段，向采集弧段b
h,m
发送数据即在卫星bh第m次经过任务区时，向该卫星bh发送数据。
78.进一步地，确定分组方式后，可以将分组结果拟合成函数形式。由于在采集终端120的个数比较多时，可能难以找到可以完美拟合的数据采集函数，由于我们分组的目的是降低各采集终端120在发送数据时产生冲突的概率，因此可以设定一个满足度的阈值，只要拟合出的函数的拟合满足度大于该阈值即可。拟合满足度越高，可以认为拟合出的函数越优秀，如果超过预设的阈值，例如90％，可以认为该拟合函数满足要求，将其确定为数据采集函数，否则选择另外的分组方式进行函数拟合。
79.可选的，地面系统110具体用于：
80.确定至少两个采集终端120的终端数目和平均采集频次，以及卫星星座130的单次采集容量；根据终端数目、平均采集频次与单次采集容量确定采集终端120的分组数；根据分组数对至少两个采集终端120进行划分，并分别为各组分配一个采集弧段。
81.在本实施例中，地面系统110在对至少两个采集终端120进行分组时，首先需要确定具体的分组数，再根据分组数进行划分，为降低各组之间发生冲突的概率，各组用于接收采集终端120的数据的采集弧段不同。
82.优选地，分组数与任务区内采集终端120的个数、卫星在一个采集弧段中的数据接
收能力及采集终端120发送数据的需求大小有关。具体的，地面系统110可以首先获取任务区的范围，这个范围通常是一个单连通简单凸多边形或者圆形区域，是一系列按照顺时针方向遍历的点坐标(经纬度)数组组成。一般的，任务区的面积大约是几百到几万平方公里，一般是一个县域或者省域(州域)的范围。然后地面系统110可以获取这个任务区内的终端列表，该终端列表中包含对应任务区内的所有采集终端120的终端标识(id)，每一个终端标识是全局唯一的，一般是一个正整数。任务区的终端列表可以是由管理员在地面系统110的界面中添加的，也可以是带gnss定位的采集终端120上报给星座，星座转发给地面系统110，再由地面系统110关联到对应的任务区，其中，终端列表中包括的采集终端120都具备数据采集和与卫星通信的功能。根据终端列表，地面系统110可以确定需要分组的采集终端120的终端数目。
83.进一步地，各个采集终端120发送数据的需求大小可以通过其数据采集频次表示。数据采集频次为对应采集终端向卫星上传数据的频次要求，各采集终端的数据采集频次与它的历史接收情况有关，例如，某个采集终端在向卫星上传数据时丢包情况比较严重，则可以提高该采集终端的数据采集频次，反之可以降低数据采集频次。地面系统110可以统计各采集终端120的历史接收情况，然后决定各采集终端120本次向卫星上传数据时的数据采集频次，并计算所有采集终端120的平均采集频次。
84.卫星在一个采集弧段中的数据接收能力可以用卫星星座130的单次采集容量表示，即一颗卫星在一个采集弧段中可以接收的最大数据量。令任务区内的终端数目、平均采集频次与单次采集容量分别用t、p和s表示，令采集终端120的分组数用w表示，则有
[0085][0086]
根据上式，则可以确定采集终端120的具体的分组数目。
[0087]
确定分组数之后则可以将各采集终端120划分为w个组，在划分中按照位置分散原则，使同一分组中的各采集终端120在地里位置上尽量分散，从而降低相互之间的通信干扰，并为每个组分配不同的采集弧段。
[0088]
进一步地，在分组之前还可以判断卫星星座130是否有足够的能力执行此次数据采集任务。地面系统110可以确定卫星星座130中的所有卫星在一个采集周期中形成的采集弧段的个数，例如，若一个卫星星座包括5颗卫星，在一个采集周期中，3颗卫星经过任务区一次，另外2颗经过任务区两次，则该卫星星座在一个采集周期中形成的采集弧段的个数为7。令卫星星座130中在一个采集周期中形成的采集弧段的个数为a，则判断卫星星座130是否有足够的能力执行此次数据采集任务的方式可以是，判断是否满足w≤a，若该不等式不能满足，则说明卫星星座130的能力不足以完成此任务区所有终端的采集任务。优选地，在统计卫星星座130的采集弧段个数时，还可以考虑单个卫星的采集任务执行能力，例如，若某一颗卫星在经过任务区时已经处于星上能量较低的状态，则可以将该卫星排除在此次任务的执行者之外，其对应的采集弧段也不统计在卫星星座130的采集弧段之中。
[0089]
可选的，地面系统110具体用于：
[0090]
获取预设的基函数，以及各组对应的采集终端的终端标识与采集弧段的弧段标识，其中，基函数预存于地面系统110和至少两个采集终端120内；确定基函数的系数，将基函数拟合为布尔函数，其中，布尔函数的自变量为终端标识和弧段标识。
[0091]
在本实施例中，对采集终端120进行分组后，可能存在多种分组方式，可以通过函数拟合的方式，将分组结果以数据采集函数的形式表示出来。优选地，数据采集函数可以是由多个基函数组成的布尔函数，确定各基函数的系统，即可确定拟合后的函数。其中，布尔函数(boolean function)是描述如何基于对布尔输入的某种逻辑计算确定布尔值输出的函数，布尔值是“真”true或“假”false中的一个。
[0092]
具体的，设分组方式为{t
1,1
，t
1,2
，
…
，t
1,n1
}，{t
2,1
，t
2,2
，
…
，t
2,n2
}，
…
，{t
w,1
，t
w,2
，
…
，t
w,nw
}，其中，每一个分组中的采集终端120的个数分别是n1，n2，
…
，nw，共w个组，分组中的每一个元素代表一个采集终端120的终端标识。值得注意的是，这些终端标识在不同分组中可能重复，这是由于某些采集终端120的数据采集频次是大于1的，它可以在多个分组中出现。各分组中的采集终端120的个数满足(n1+n2+
…
+nw)/t＝p，其中，t是任务区内的终端数目，p是各采集终端的平均采集频次。然后采用函数拟合的方法，将分组的结果按照各组对应的采集终端的终端标识和采集弧段的弧段标识拟合成一个函数f。f是一个布尔函数，即输出0、1或者false/true。函数f的表示形式如下：
[0093]
f(b
h,m
，t
i,1
)＝1，f(b
h,m
，t
i,2
)＝1，
…
，f(b
h,m
，t
i,ni
)＝1；
[0094]
f(b
h,m
，t
j,1
)＝0，f(b
h,m
，t
j,2
)＝0，
…
，f(b
h,m
，t
j,nj
)＝0；(i≠j)。
[0095]
其中，1≤i，j≤w；b
h,m
为弧段标识，表示航天器标识为bh的卫星第m次经过任务区形成的采集弧段；t
i,ni
和t
j,nj
为终端标识，分别表示第i个分组中的第ni个采集终端和第j个分组中的第nj个采集终端。该函数表示在航天器标识为bh的卫星第m次经过任务区时令第i个分组中的各采集终端120向其发送数据，而其他组的采集终端120不发送。同样的，其他分组均有相应的不同采集弧段，并可以通过上述函数形式表示。
[0096]
可选的，地面系统110具体用于：
[0097]
获取数据采集函数对应的基函数的系数；通过卫星星座130将数据采集函数对应的基函数的系数发送给至少两个采集终端120。
[0098]
在本实施例中，当地面系统110确定数据采集函数后，将其发送给各采集终端120时，若数据采集函数的基函数预存在地面系统110和各采集终端120之内，则将数据采集函数对应的基函数的系数进行发送即可，采集终端120可以根据预存的基函数与接收到的基函数系数重新建立完整的数据采集函数。
[0099]
优选地，地面系统110可以将数据采集函数对应的基函数的系数上传到卫星星座130，使其在任务区停留时通过广播的方式将系数发送给各个采集终端120。
[0100]
在本实施例中，采集终端120可以是物联网终端，物联网终端属于传感网络层和传输网络层的中间设备，也是物联网的关键设备，通过他的转换和采集，才能将各种外部感知数据汇集和处理，并将数据通过各种网络接口方式传输到互联网中。终端之间没有相互的通信链路，因此互相不知道其他终端的存在。
[0101]
可选的，针对每一个采集终端120，采集终端120具体用于：
[0102]
接收数据采集函数；根据数据采集函数确定策略评估结果，若策略评估结果为发送，则将采集的数据发送给卫星星座130。
[0103]
其中，策略评估结果是采集终端120用于判断是否应该进行数据发送的依据，若策略评估结果为发送，则将采集的数据发送给卫星星座130，否则不发送，等待下一次卫星过境时重新判断。
[0104]
在本实施例中，采集终端120通过接受卫星星座130的广播接受地面系统110生成的数据采集函数。同时，采集终端120还可以接受到当前经过任务区的卫星的航天器标识及经过任务区的圈数，从而确定相应的采集弧段的弧段标识，并将自身的终端标识和弧段标识代入数据采集函数中，根据函数值得到策略评估结果。
[0105]
具体的，采集终端120接收到数据采集函数后，可以先判断是否有效，若无效则继续监听卫星广播。可选的，数据采集函数的卫星广播中可以附带验证码，采集终端120可以根据验证码判断数据采集函数的有效性。或者，无效的数据采集函数也可以是一个约定好的包含特殊系数组合的函数，可以用于当前卫星不参与此任务区的终端数据收集的情况。如果数据采集函数有效，则采集终端120可以根据自身的终端标识与当前采集弧段的弧段标识计算数据采集函数的值f，如果f为1或者true，则采集终端120将采集的数据发送到当前过境卫星，否则采集终端120进入休眠模式，等待下次卫星过境。
[0106]
例如，假设地面系统110发送了如下的数据采集函数：
[0107]
f(b
1,1
，t
1,1
)＝1，f(b
1,1
，t
1,2
)＝1，
…
，f(b
1,1
，t
1,n1
)＝1；
[0108]
f(b
1,1
，t
j,1
)＝0，f(b
1,1
，t
j,2
)＝0，
…
，f(b
1,1
，t
j,nj
)＝0；(j≠1)。
[0109]
则对于终端标识为t
1,1
的采集终端，当航天器标识为b1的卫星第一次经过任务区时，该采集终端计算得到f(b
1,1
，t
1,1
)＝1，则该采集终端确定策略评估结果为发送。同样，与t
1,1
同组的采集终端t
1,2
、
…
、t
1,n1
也确定策略评估结果为发送，而与t
1,1
不同组的其他采集终端的计算结果为0，策略评估结果为不发送。
[0110]
可选的，针对每一个采集终端120，采集终端120具体用于：
[0111]
接收卫星星座130的星历广播，根据星历广播与当前采集终端120的所在位置的当前位置确定数据发送的最佳时间窗口；若策略评估结果为发送，则在最佳时间窗口内将采集的数据发送给卫星星座130。
[0112]
其中，最佳时间窗口为采集终端120适宜向卫星发送数据的最佳时间段。
[0113]
在本实施例中，采集终端120还可以根据卫星星座130的星历广播确定本终端的最佳时间窗口。
[0114]
具体的，承担数据采集任务的卫星可以根据采集弧段的开始时间判断正在进入任务区，这个采集弧段的开始与结束时间实际也是由地面系统上注到卫星星座130中的卫星的，因此卫星只需简单地判断时间范围，就能知道是否正在经过任务区，并可以通过星历广播将采集弧段的开始与结束时间告知采集终端120。采集终端120收到星历广播后，进入工作模式，结合卫星星历和自身当前的位置，可以计算出数据发送的最佳时间窗口。若根据数据采集函数计算得到策略评估结果为发送，则在该最佳时间窗口内将采集的数据发送给卫星星座130。
[0115]
本发明实施例公开的卫星数据采集系统，包括：地面系统、至少两个采集终端和卫星星座；地面系统用于生成数据采集函数，并通过卫星星座将数据采集函数发送给至少两个采集终端；至少两个采集终端用于地面数据采集，并根据数据采集函数将采集的数据发送给卫星星座；卫星星座用于地面系统和至少两个采集终端之间的数据转发，其中，卫星星座包括至少一颗卫星，每颗卫星对应至少一个采集弧段。本发明实施例公开的卫星数据采集系统，通过地面系统生成地面上采集终端与卫星通信时的数据采集策略，该策略将采集终端进行分组，考虑到了卫星星座中执行任务的多颗卫星之间的任务分担，起到了将星座
的任务负载均衡作用，也考虑到了采集终端以往与卫星通信时的情况，能够提高历史上采集质量较弱的采集终端上报数据的成功概率。同时，该策略对星上载荷和终端的修改较少，容易实现，且对终端分布的限制很少，能够最大限度地适应不同应用场景地采集需求。
[0116]
实施例二
[0117]
图2为本发明实施例二提供的一种卫星数据采集方法的流程图，该方法可以由卫星数据采集系统来执行，系统包括地面系统、至少两个采集终端和卫星星座，该卫星数据采集系统可以采用硬件和/或软件的形式实现。如图2所示，该方法包括：
[0118]
s210、通过地面系统生成数据采集函数，并通过卫星星座将数据采集函数发送给至少两个采集终端。
[0119]
可选的，通过地面系统生成数据采集函数的方式可以是：通过地面系统对至少两个采集终端进行分组，得到至少一个分组结果；将至少一个分组结果进行函数拟合，将拟合满足度大于设定阈值的拟合结果确定为数据采集函数。
[0120]
在本实施例中，可以通过地面系统对任务区中的各采集终端进行分组，令同一组中的采集终端向同一采集弧段发送采集的数据，而不同组的采集终端对应的采集弧段不同。其中，采集弧段为卫星经过采集终端对应的任务区时形成的弧形轨迹，由于同一卫星可能在一个采集周期(一般为一天)之中多次经过该任务区，所以一个卫星可以对应一个或多个采集弧段。每个采集弧段可以根据对应的卫星的航天器标识与经过任务区的圈次确定它的唯一标识，例如b
h,m
可以表示航天器标识为bh的卫星第m次经过任务区形成的采集弧段，向采集弧段b
h,m
发送数据即在卫星bh第m次经过任务区时，向该卫星bh发送数据。确定分组方式后，可以将分组结果拟合成函数形式。在采集终端的个数比较多时，可能难以找到可以完美拟合的数据采集函数，由于我们分组的目的是降低各采集终端在发送数据时产生冲突的概率，因此可以设定一个满足度的阈值，只要拟合出的函数的拟合满足度大于该阈值即可将其确定为数据采集函数。
[0121]
进一步地，通过地面系统对至少两个采集终端进行分组的方式可以是：通过地面系统确定至少两个采集终端的终端数目和平均采集频次，以及卫星星座的单次采集容量；根据终端数目、平均采集频次与单次采集容量确定采集终端的分组数；根据分组数对至少两个采集终端进行划分，并分别为各组分配一个采集弧段。
[0122]
优选地，分组数与任务区内采集终端的个数、卫星在一个采集弧段中的数据接收能力及采集终端发送数据的需求大小有关。地面系统可以首先获取任务区的范围，然后获取这个任务区内的终端列表，该终端列表中包含对应任务区内的所有采集终端的终端标识(id)，每一个终端标识是全局唯一的，一般是一个正整数。根据终端列表，地面系统可以确定需要分组的采集终端的终端数目。各个采集终端发送数据的需求大小可以通过其数据采集频次表示。数据采集频次为对应采集终端向卫星上传数据的频次要求，各采集终端的数据采集频次与它的历史接收情况有关。地面系统可以统计各采集终端的历史接收情况，然后决定各采集终端本次向卫星上传数据时的数据采集频次，并计算所有采集终端的平均采集频次。卫星在一个采集弧段中的数据接收能力可以用卫星星座的单次采集容量表示，即一颗卫星在一个采集弧段中可以接收的最大数据量。令任务区内的终端数目、平均采集频次与单次采集容量分别用t、p和s表示，令采集终端的分组数用w表示，则有根据
上式，则可以确定采集终端的具体的分组数目。确定分组数之后则可以将各采集终端划分为w个组，在划分中按照位置分散原则，使同一分组中的各采集终端在地里位置上尽量分散，从而降低相互之间的通信干扰，并为每个组分配不同的采集弧段。
[0123]
进一步地，将至少一个分组结果进行函数拟合的方式可以是：获取预设的基函数，以及各组对应的采集终端的终端标识与采集弧段的弧段标识，其中，基函数预存于地面系统和至少两个采集终端内；确定基函数的系数，将基函数拟合为布尔函数，其中，布尔函数的自变量为终端标识和弧段标识。
[0124]
在本实施例中，对采集终端进行分组后，可能存在多种分组方式，可以通过函数拟合的方式，将分组结果以数据采集函数的形式表示出来。优选地，数据采集函数可以是由多个基函数组成的布尔函数，确定各基函数的系统，即可确定拟合后的函数。其中，布尔函数(boolean function)是描述如何基于对布尔输入的某种逻辑计算确定布尔值输出的函数，布尔值是“真”true或“假”false中的一个。
[0125]
可选的，通过卫星星座将数据采集函数发送给至少两个采集终端的方式可以是：获取数据采集函数对应的基函数的系数；通过卫星星座将数据采集函数对应的基函数的系数发送给至少两个采集终端。
[0126]
在本实施例中，由于基函数预存在地面系统和各采集终端之内，则将数据采集函数对应的基函数的系数进行发送即可，采集终端可以根据预存的基函数与接收到的基函数系数重新建立完整的数据采集函数。
[0127]
图3是本发明实施例提供的一种地面系统的执行过程示意图，如图所示，通过地面系统，首先获取任务区范围与任务区内采集终端的数量，然后分别对卫星星座中一颗卫星的一个采集弧段的单次采集容量和本次任务中各采集终端的平均采集频次进行计算，进而计算出采集终端的分组数，根据该分组数对采集终端进行分组。由于分组结果可能有多个，以其中一种分组方式进行函数拟合，若拟合后的满足度大于设定阈值，则可以认为拟合结果足够优秀，可以作为数据采集函数。最后地面系统将数据采集函数的基函数参数通过卫星发送给采集终端。
[0128]
s220、通过卫星星座进行地面系统和至少两个采集终端之间的数据转发，其中，卫星星座包括至少一颗卫星，每颗卫星对应至少一个采集弧段。
[0129]
s230、通过至少两个采集终端进行地面数据采集，并根据数据采集函数将采集的数据发送给卫星星座。
[0130]
进一步地，根据数据采集函数将采集的数据发送给卫星星座的方式可以是：针对至少两个采集终端中的每一个采集终端，接收数据采集函数；根据数据采集函数确定策略评估结果，若策略评估结果为发送，则将采集的数据发送给卫星星座。
[0131]
在本实施例中，采集终端通过接受卫星星座的广播接受地面系统生成的数据采集函数。同时，采集终端还可以接受到当前经过任务区的卫星的航天器标识及经过任务区的圈数，从而确定相应的采集弧段的弧段标识，并将自身的终端标识和弧段标识代入数据采集函数中计算数据采集函数的值f，如果f为1或者true，则采集终端将采集的数据发送到当前过境卫星，否则采集终端进入休眠模式，等待下次卫星过境。
[0132]
进一步地，采集终端接收到数据采集函数后，可以先判断是否有效，若无效则继续监听卫星广播。可选的，数据采集函数的卫星广播中可以附带验证码，采集终端可以根据验
证码判断数据采集函数的有效性。或者，无效的数据采集函数也可以是一个约定好的包含特殊系数组合的函数，可以用于当前卫星不参与此任务区的终端数据收集的情况。
[0133]
进一步地，若策略评估结果为发送，则将采集的数据发送给卫星星座的方式可以是：接收卫星星座的星历广播，根据星历广播与当前采集终端的所在位置确定数据发送的最佳时间窗口；若策略评估结果为发送，则在最佳时间窗口内将采集的数据发送给卫星星座。
[0134]
具体的，承担数据采集任务的卫星可以根据采集弧段的开始时间判断正在进入任务区，这个采集弧段的开始与结束时间实际也是由地面系统上注到卫星星座中的卫星的，因此卫星只需简单地判断时间范围，就能知道是否正在经过任务区，并可以通过星历广播将采集弧段的开始与结束时间告知采集终端。采集终端收到星历广播后，进入工作模式，结合卫星星历和自身当前的位置，可以计算出数据发送的最佳时间窗口。若根据数据采集函数计算得到策略评估结果为发送，则在该最佳时间窗口内将采集的数据发送给卫星星座。
[0135]
图4是本发明实施例提供的一种采集终端的执行过程示意图，如图所示，采集终端接收卫星星历广播进入工作模式后，通过采集终端接收卫星广播的数据采集函数，若判断函数有效，则对函数值进行计算，否则重新接收卫星广播。得到函数值之后，若根据函数值确定策略结果为发送，则向卫星发送数据，否则进入休眠模式，等待下一次卫星过境。
[0136]
本发明实施例公开的卫星数据采集方法可以由任一实施例所提供的卫星数据采集系统执行，并具备执行系统相应的功能模块和有益效果。
[0137]
实施例三
[0138]
图5示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
[0139]
如图5所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(rom)12、随机访问存储器(ram)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(rom)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(ram)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、rom 12以及ram 13通过总线14彼此相连。输入/输出(i/o)接口15也连接至总线14。
[0140]
电子设备10中的多个部件连接至i/o接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0141]
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如卫星
数据采集方法。
[0142]
在一些实施例中，卫星数据采集方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到ram 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的卫星数据采集的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行卫星数据采集方法。
[0143]
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0144]
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0145]
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0146]
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0147]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数
字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、区块链网络和互联网。
[0148]
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
[0149]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0150]
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种卫星数据采集系统，其特征在于，包括：地面系统、至少两个采集终端和卫星星座；所述地面系统用于生成数据采集函数，并通过所述卫星星座将所述数据采集函数发送给所述至少两个采集终端；所述至少两个采集终端用于地面数据采集，并根据所述数据采集函数将采集的数据发送给所述卫星星座；所述卫星星座用于所述地面系统和所述至少两个采集终端之间的数据转发，其中，所述卫星星座包括至少一颗卫星，每颗卫星对应至少一个采集弧段。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面系统具体用于：对所述至少两个采集终端进行分组，得到至少一个分组结果；将所述至少一个分组结果进行函数拟合，将拟合满足度大于设定阈值的拟合结果确定为所述数据采集函数。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述地面系统具体用于：确定所述至少两个采集终端的终端数目和平均采集频次，以及所述卫星星座的单次采集容量；根据所述终端数目、所述平均采集频次与所述单次采集容量确定所述采集终端的分组数；根据所述分组数对所述至少两个采集终端进行划分，并分别为各组分配一个所述采集弧段。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述地面系统具体用于：获取预设的基函数，以及各组对应的采集终端的终端标识与采集弧段的弧段标识，其中，所述基函数预存于所述地面系统和所述至少两个采集终端内；确定所述基函数的系数，将所述基函数拟合为布尔函数，其中，所述布尔函数的自变量为所述终端标识和所述弧段标识。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述地面系统具体用于：获取所述数据采集函数对应的基函数的系数；通过所述卫星星座将所述数据采集函数对应的基函数的系数发送给所述至少两个采集终端。6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，针对所述至少两个采集终端中的每一个采集终端，所述每一个采集终端具体用于：接收所述数据采集函数；根据所述数据采集函数确定策略评估结果，若所述策略评估结果为发送，则将采集的数据发送给所述卫星星座。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述每一个采集终端具体用于：接收所述卫星星座的星历广播，根据所述星历广播与当前采集终端的所在位置确定数据发送的最佳时间窗口；若所述策略评估结果为发送，则在所述最佳时间窗口内将采集的数据发送给所述卫星星座。8.一种卫星数据采集方法，其特征在于，所述方法应用于卫星数据采集系统，所述系统
包括：地面系统、至少两个采集终端和卫星星座；通过所述地面系统生成数据采集函数，并通过所述卫星星座将所述数据采集函数发送给所述至少两个采集终端；通过所述至少两个采集终端进行地面数据采集，并根据所述数据采集函数将采集的数据发送给所述卫星星座；通过所述卫星星座进行所述地面系统和所述至少两个采集终端之间的数据转发，其中，所述卫星星座包括至少一颗卫星，每颗卫星对应至少一个采集弧段。9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求8所述的卫星数据采集方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求8所述的卫星数据采集方法。

技术总结
本发明公开了一种卫星数据采集系统、方法、设备及存储介质，所述系统包括：地面系统、至少两个采集终端和卫星星座；地面系统用于生成数据采集函数，并通过卫星星座将数据采集函数发送给至少两个采集终端；至少两个采集终端用于地面数据采集，并根据数据采集函数将采集的数据发送给卫星星座；卫星星座用于地面系统和至少两个采集终端之间的数据转发，其中，卫星星座包括至少一颗卫星，每颗卫星对应至少一个采集弧段。本发明提供的卫星数据采集系统，可以执行卫星物联网采集终端的数据采集策略的生成、下发与执行方法，从而降低各采集终端通信过程中的碰撞，提高通信成功率，进而提高整个通信系统的容量。整个通信系统的容量。整个通信系统的容量。


技术研发人员：周大创 李运伟
受保护的技术使用者：北京和德宇航技术有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/8/5