阅读说明：本技术 使用轨道平面交叉来优化卫星间数据传送的简化的卫星间链路通信 (Simplified inter-satellite link communications using orbital plane crossings to optimize inter-satellite data transfer ) 是由 泰盖·罗伯特·斯派德尔 安德鲁·J·格伯 于 2018-03-02 设计创作，主要内容包括：在一种用于卫星间通信的方法和设备中,卫星和共享轨道平面的相邻卫星之间的发射经由后置天线或前置天线发生,且所述卫星和不共享轨道平面的相邻卫星之间的发射经由在轨道平面交叉期间定时的所述后置天线或所述前置天线发生。即使总路径长度和链路数目高于使用边到边传送的卫星间通信时,也发生这种情形。(In a method and apparatus for inter-satellite communication, transmissions between a satellite and an adjacent satellite sharing an orbital plane occur via a rear antenna or a front antenna, and transmissions between the satellite and an adjacent satellite not sharing an orbital plane occur via the rear antenna or the front antenna timed during orbital plane crossings. This situation occurs even when the total path length and number of links are higher than when inter-satellite communication using edge-to-edge transmission is used.)

使用轨道平面交叉来优化卫星间数据传送的简化的卫星间链 路通信

技术领域

本公开大体上涉及轨道中的卫星之间的卫星间通信。本公开更确切地说涉及用于执行多个卫星上的多链路数据传送的设备和技术，所述多个卫星中的一些可能处于不同轨道平面中。

优先权和相关申请的交叉参考

本申请要求2017年3月2日提交的标题为“用于近实时、连续和全局连接性的卫星星座网络内的低成本和低复杂性卫星间链路通信的方法(Method for Low-Cost and Low-Complexity Inter-Satellite Link Communications within a SatelliteConstellation Network for Near Real-Time,Continuous,and Global Connectivity)”的第62/465,945号美国临时专利申请的优先权且是该美国临时专利申请的非临时专利申请。该申请的整个公开内容出于所有目的特此以引用的方式并入本文中，如同在本文献中完全阐述一般。

本申请还出于所有目的以引用的方式并入了2017年12月28日提交的标题为“用于处置在轨道环境中运行的航天器和使用陆地基站通信的陆地电信装置之间的通信的方法和设备(Method and Apparatus for Handling Communications Between SpacecraftOperating in an Orbital Environment and Terrestrial TelecommunicationsDevices that Use Terrestrial Base Station Communications)”的第15/857,073号美国专利申请，如同在本文献中完全阐述一般。

背景技术

使用卫星的通信提供仅仅基于地面的通信所不具备的优点，但可能也受制于比基于地面的通信更多的约束。举例来说，卫星必须保持在地球表面上方特定距离的轨道中，一个卫星无法同时覆盖整个地球表面，且除地球同步卫星外，卫星相对于地球表面运动。因此，常常需要使用卫星的星座，并且，在一个基于地面的用户装置需要与另一基于地面的用户装置通信但它们并非都在一个卫星的覆盖面内的情况下，可能需要卫星间通信。地球同步卫星可能具有足够大的覆盖面，使得整个地球表面可被四个卫星覆盖面覆盖，但在近地轨道(LEO)卫星的情况下，覆盖面可能是具有约1,000km直径的近似圆形。在这种情况下，可能需要约1,000到2,000个卫星的星座以便具有在相异轨道平面中连续地覆盖整个地球表面的覆盖面。即使在近似在包含地球赤道的平面中沿轨道运行的地球同步卫星的情况下，完全覆盖度也不容易实现，因为极点未被地球同步卫星较好地覆盖，且可能需要使用相异轨道平面的星座，例如地球同步卫星和极卫星的星座。

如果源装置和目的地装置都在一个卫星的覆盖面内，则源装置可通过发射由卫星接收的信号而将数据发送到所述卫星，且所述卫星可通过发射由目的地装置接收的信号而将数据发送到目的地装置。如果源装置和目的地装置并非都在一个卫星的覆盖面内，则需要更多条件。在这种情况下，必须从一个覆盖面到另一覆盖面获得所述数据。更具体地，从源装置到目的地装置的链路路径不止是从源装置到卫星到目的地装置的路径。

在一些方法中，星座包括多个轨道平面，且以网格的方式进行数据通信卫星的布设，其中数据从一个卫星发射到在发射器前面(被称作北，但在发射器下方的地球表面上其可能不是与北相同的方向)的另一卫星、在发射器后面(南)的一个卫星、发射器的一侧(西)或另一侧(东)。虽然后置和前置接收器可能相对于发射器处于稳定定向，但东和西卫星处于不同轨道平面，因此其相对于发射器的定向变化。这可能需要宽带天线，宽带天线可能效率低下、昂贵且增加链路预算、重量预算和功率预算。

常常需要卫星通信系统来提供行星的全局或近全局覆盖，使得个体和企业可保持连接且在任何时间近实时地或以其它方式接收/发送信息(即，电话呼叫、消息、数据等)。

改进的卫星间链路通信可能克服上文描述的一些局限性。

发明内容

在一种用于卫星间通信的方法和设备中，卫星和共享轨道平面的相邻卫星之间的发射经由后置天线或前置天线发生，且所述卫星和不共享轨道平面的相邻卫星之间的发射经由在轨道平面交叉期间定时的所述后置天线或所述前置天线发生。即使总路径长度和链路数目高于使用边到边传送的卫星间通信时，也发生这种情形。

一种操作通信系统以将消息从源装置传送到目的地装置的方法可能包括：在卫星处获得消息；在所述卫星处获得所述消息的消息路径，其中所述消息路径考虑所述卫星和星座中的其它卫星的轨道运动；在所述卫星处基于消息路径确定星座中的选自后置卫星、前置卫星、西交叉跨平面卫星或东交叉跨平面卫星的下一卫星；以及将所述消息从所述卫星发送到所述下一卫星，其中消息路径指示所述下一卫星。消息路径可能在卫星上或地面位置上计算，所述方法进一步包括随所述消息包含消息路径的表示。

如果消息路径包含地面站，则所述方法可能包含使消息从下行链路卫星传递到地面站，以及使消息从地面站传递到上行链路卫星。在将消息发送到下一卫星之前，消息可能存储在卫星处持续预定时间周期。所述预定时间周期可能在消息路径的表示中指定和/或依据轨道参数确定且对应于跨平面卫星在卫星的波束路径中通过一次，且所述卫星将使用预定时间周期的所述表示来为消息发射定时。

在一些变化形式中，星座中的每一卫星具有相异轨道平面，且星座布置为螺旋形。

当可使用平面内天线来传达消息时，消息路径可能明确地限于仅用于跨平面卫星的链路。

一种用于将消息从源装置传递到目的地装置的系统可能包括：处理器，其用于计算消息的消息路径；星座中的多个卫星，其中一卫星被配置成向星座中的其它卫星接收和发送消息；用于消息的消息路径的存储装置，其中所述消息路径考虑所述卫星和星座中的其它卫星的轨道运动；第一天线，其用于在所述卫星和后置平面内卫星或后置跨平面卫星之间发送和接收消息；第二天线，其用于在所述卫星和前置平面内卫星或前置跨平面卫星之间发送和接收消息；用于在所述卫星处基于消息路径确定星座中的下一卫星的逻辑，所述下一卫星选自后置平面内卫星、前置平面内卫星、后置跨平面卫星或前置跨平面卫星；以及射频发射系统，其用于基于消息路径在所述卫星和所述下一卫星之间发送或接收消息。

所述系统可能包含用于重复消息的一个或多个地面站。所述系统可能包含时钟，以供至少用于为如由消息路径指定的预定周期的表示所指示的消息的存储进行定时。预定时间周期的表示可能在消息路径的表示中指定和/或依据轨道参数确定且对应于跨平面卫星在卫星的波束路径中通过一次。

消息可能包括SMS消息、数据包，或数字化音频信号(例如语音信号)的至少一部分的表示。

在一些方面中，描述一种用于在能够进行卫星间消息转发且具有轨道平面的卫星的星座中使用的卫星，所述卫星包括：处理器；用于消息的存储器存储装置；用于消息路径的至少一部分的表示的存储器存储装置，其中所述消息路径指示星座中的转发所述消息将经由的多个卫星，其中消息路径中指示的所述多个卫星中的至少两者处于相异轨道平面且因此是相对于彼此跨平面的卫星；后置天线，其用于在所述卫星和后置平面内卫星或后置跨平面卫星之间发送和接收消息；前置天线，其用于在所述卫星和前置平面内卫星或前置跨平面卫星之间发送和接收消息；射频发射系统，其用于经由后置天线或前置天线从所述卫星接收所述消息及将所述消息发送到下一卫星；以及程序代码，其存储在可由处理器访问的程序代码存储器中。

所述程序代码可能可由处理器执行，且包括：a)用于起始消息的接收的程序代码；b)用于起始消息的发送的程序代码；c)用于计算、获得或提取消息路径的至少一部分的所述表示的程序代码，其中消息路径的至少一部分的所述表示的计算考虑所述卫星和星座中的其它卫星的轨道运动；以及d)用于在所述卫星处基于消息路径确定星座中哪些卫星将为下一卫星的程序代码，所述下一卫星选自后置平面内卫星、前置平面内卫星、后置跨平面卫星或前置跨平面卫星，其中所述确定考虑轨道平面交叉。

以下详细描述连同附图一起将提供对本发明的性质和优势的更好理解。

附图说明

将参考各图描述根据本公开的各种实施例，图中：

图1示出可能与本发明的各方面一起使用的轨道平面中的卫星的星座。

图2示出卫星的相关参考帧。

图3示出可能与本发明的各方面一起使用的装置到卫星通信的实例。

图4示出类似于沃克三角型式(Walker Delta Pattern)星座的卫星的星座。

图5示出沃克星座上的传统消息路径。

图6示出可能用作图5中展示的星座中的卫星中的一个的卫星。

图7示出可处置具有沃克星座布置的星座或其它多平面星座中的卫星间通信的改进的卫星。

图8是图7中展示的卫星的元件的框图。

图9示出遵循轨道平面直到使用前置/后置天线的跨平面传送的消息路径的实例。

图10更详细地示出跨平面传送。

图11示出使用弯管链路的消息路径的实例。

图12展示存储并转发的实例，其可能也与图11的弯管方法一起使用，且具有定时的轨道平面交叉。

图13示出星座中的航天器的轨道机制。

图14示出针对图13的相同假想卫星星座的参考卫星的参考帧中的相邻卫星运动。

图15示出相邻卫星位置在其相对轨道的一个周期内的并置。

图16示出从图15和图9中展示的轨道产生的定时。

图17是可能通过卫星处置消息来执行的过程的流程图。

图18示出螺旋形星座的轨道机制的几何形状。

图19示出在螺旋形星座中相对于参考卫星的前和后方向的几何形状。

图20示出多次通过螺旋形布置。

图21是在此螺旋形星座上可能通过卫星处置消息而执行的过程的流程图。

图22是螺旋形卫星的布置的图示。

具体实施方式

在下面的描述中，将描述各种实施例。出于解释的目的，阐述特定配置和细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员还应清楚，可在无特定细节的情况下实践实施例。此外，可能省略或简化众所周知的特征以便不混淆所描述的实施例。

本文描述和提出的技术包含用于卫星间通信和地面到卫星通信的新颖布置。在本文的许多实例中，通信涉及经由一个或多个其它装置或系统从一个装置到另一装置的数据传送。在本公开中，可能使用括号(例如，“{}”)来描述路径，例如{装置1，系统A，系统B，系统C，装置2}指代在含或不含协议和/或格式化改变的情况下通过以下操作将数据经由若干节点和节点之间的链路从装置1传达/传递到装置2：装置1将数据发送到系统A(第一链路)，接着系统A将数据发送到系统B(第二链路)，接着系统B将数据发送到系统C(第三链路)，且接着系统C将数据发送到装置2(第四链路)，可能存在一些本地存储和/或延迟。所述装置和/或系统可能是固定的、便携式的或移动的，但在本文的大多数实例中通常至少一个节点处于轨道中。

移动通信涉及在移动台(MS)和收发器之间发送信号，这可提供用于MS向和从例如电信网络、因特网等其它网络资源通信的接口，以携载语音和数据通信，可能还有定位查找特征，可能用于两个移动台之间的最终通信。移动台的实例包含移动电话、蜂窝电话、智能电话和装备成以无线方式通信的其它装置。虽然本文中移动台由该名称指代，但应理解，移动台的操作、功能或特性可能也是实际上或功能上为移动台但当前并非移动的站点的操作、功能或特性。在一些实例中，移动台可能实际上被视为便携式站点，其可从一个地方移动到另一地方但在操作中为静止的，例如具有若干连接的***装置且具有蜂窝连接的膝上型计算机；或移动台可能是静止的，例如内嵌于所安装家庭安全系统中的蜂窝装置。唯一需要的是，移动台能够或被配置成以无线方式在至少一个模式中通信。

为了阐释的简单起见，在本文的许多实例中，通信被描述为在第一装置和第二装置之间，但应理解，交互可能是从第一装置到第一装置或附接到第一装置的装置的无线电路，到第一装置的天线(其各自实施于硬件、固件和/或软件中)，以及第二装置端处的对应路径。在一些变化形式中，存在一个以上第一装置和/或一个以上第二装置，因此此处的实例可能扩展到广播模式。

装置可能使用具有高斯最小移位键控(GMSK)的GSM(全球移动通信系统；由GSM联盟注册商标)2G+协议、具有GMSK的EDGE协议和8-PSK键控等。在谱带逻辑上划分成载波频谱的情况下，装置可能使用信道，所述信道使用那些载波频率中的一个(或多个)来通信。通信的其它变化形式是可能的。

通常，如本文所描述，第一装置和第二装置之间的通信路径为{装置1，卫星星座，装置2}，其中两个装置中的至少一个在地面上。本文中，“地面”指代地球表面，或足够接近地球表面以用于通信目的的地方。本文中相对于地球的教示可扩展和应用于发生电子通信的其它天体的表面。

通信指代通过例如在用于信号的天线到天线传送、光传输等的频率范围内传播电磁能来传达信号，其中所述信号将来自源装置的数据传达或传送到目的地装置。如本文中所使用，“数据”可表示二进制数据、语音、图像、视频或其它形式的数据，可能包括用于错误检测及校正的信息和冗余数据。源装置和/或目的地装置可能是移动装置(被设计成容易在运动中携带和使用)、便携式装置(被设计成容易移动，但通常在静止时使用)，或在安装的地点使用的静止装置。源装置和/或目的地装置的尺寸可能从智能电话到建筑物变动，所述建筑物具有附接或以其它方式连接到建筑物中或周围的电子器件的天线。在本文的实例中，至少一个卫星(即，在能够进行电子通信的天体周围的轨道中的人造物体)处于从源装置到目的地装置的路径中。

如本文中所使用的“消息”可由从源装置或系统传递到目的地装置或系统的数据结构表示。在某些情况下，消息的源和目的地是基于地面的，例如移动装置或到其它陆地目的地的通信网关。在其它情况下，消息为控制消息，其是到达卫星或来自卫星的消息。数据结构表示待传达的数据。在一个实例中，消息包括160个字符的序列，如同SMS消息。一些通信可能包括既定重新整合的多个消息，例如基于包的通信。在一些术语中，具有一个以上源和/或一个以上目的地的消息可能被认为是各自具有一个源和一个目的地的多个消息。

卫星在轨道中运行，所述轨道是天体周围的卫星的空间中的路径，其可至少近似地依据卫星的初始位置和速度以及依据施加到卫星或撞击在卫星上的推进力或其它力来确定，且可至少近似地且在一段时间内以天体的万有引力和卫星沿着轨道路径的切线运动之间的平衡来维持。轨道可能由少量参数指定，例如开普勒根数的集合：倾角(i)、升节点的经度(Ω)、近拱点辐角(ω)、偏心率(e)、半长轴(a)和历时的真近点角(M₀)。通常，轨道可被认为是平面的，且不处于推进力下或受除重力外的其它力影响的卫星可被视为在具有可预测路径、轨道周期等的平面中沿轨道运行。卫星可能装备有火箭或其它推进构件以允许卫星在其轨道平面中在其轨道中维持其位置。

在卫星的轨道在太空中限定的曲线为平面曲线的情况下，轨道平面是卫星运行的某一参考系中的平面。在某些情况下，轨道平面可稍微漂移，且卫星可能相对于其路径稍微变化且仍被认为在轨道平面中运行。在地球轨道中，轨道平面可能对应于大圆，且可能完全依据在该轨道平面中沿轨道运行的卫星的倾角和经度这两个参数确定。

轨道的实例包含近地轨道(LEO)，其中相对于地球表面以7.45到7.61km/秒运行的卫星在地球表面上方约500到700km遵循椭圆形路径；中地轨道(MEO)，其中相对于地球表面以5.78到6.33km/秒运行的卫星在地球表面上方约4,000到5,000km遵循椭圆形路径；或地球同步轨道，其中相对于地球表面以约3.1km/秒运行的卫星在地球表面上方约35,800km遵循椭圆形路径。

在特定时间和/或轨道位置处，表面上存在移动装置或其它装置或系统可与卫星通信的区，条件是它们在卫星的特定范围内(且按需要可能在视线内)且满足其它要求。地面上此类装置存在的区域被称作卫星的“覆盖面”。该定义不必是确切的，且可能存在对于相同地面位置、卫星位置和其它因素来说地面装置在某些情况下处于覆盖面内且在其它情况下在覆盖面外的情形。可能还存在不同覆盖面水平，例如当卫星在头顶正上方时可实现较高速度数据通信，当卫星相对于表平面处于较低角度时实现较低速度数据通信，且当卫星在地平线以下时无通信，在此情况下将存在“高速覆盖面”和“低速覆盖面”，据推测后者大于前者。如果卫星处于可能实现基于地面的装置和卫星之间的直接通信的位置，则称卫星的覆盖面覆盖某一区域或装置。

在轨道中且定位成提供比单个卫星大的通信范围的一组两个或两个以上卫星常常被称作星座。星座中个别卫星的相对位置和随时间的位置以及速度可能根据提供比一个卫星可提供的星座覆盖面大的星座覆盖面的星座覆盖规划来进行。举例来说，如果需要覆盖度来实现与具有固定定向天线的地面装置的纬度在北20度到南20度之间的连续通信，则星座覆盖规划可能需要六个地球同步卫星的星座。本文出于阐释的目的使用的星座的一个实例为沃克三角型式星座。在阅读本公开后，应显而易见，参考一个星座的实例可如何在类似星座中实施。星座可能针对成像、通信、勘探或其它任务而优化，且可能在极轨道、赤道轨道、倾斜轨道、低轨道、高轨道、偏心轨道等中定向。

图1示出可能与本发明的各方面一起使用的全部处于一个轨道平面中的十六歌卫星102(编号1到16)的星座。如果每一卫星具有直径超过2500km的覆盖面104，则连续星座覆盖面将呈带状环绕地球。所述带可能仅2500km宽且在许多地点小于2500km。可使用一个以上轨道平面中的卫星实现更完整的覆盖度。

然而，如果源装置S106和目的地装置D108均在星座覆盖面内，则通信路径可能为{装置S，卫星12，卫星13，卫星14，卫星15，装置D}。卫星到卫星通信可能是直接的或可能经由地面中继器。

基于卫星的陆地通信可能涉及从地面上的源装置到轨道中的卫星系统的数据发射，所述卫星系统接收所述数据发射，可能处理所接收数据，且将数据发射到目的地装置。源装置可能不是数据的原始源，且目的地装置可能不是数据的最终目的地，因为可能存在在源装置之前和/或目的地装置之后出现的基于地面的额外通信元件。经由卫星系统的通信可能包括卫星和/或地面中继器之间的多个链路，所述地面中继器是接收来自一个卫星的数据发射且将其转发到另一卫星的基于地面的装置。

考虑卫星的参考系常常是有用的，例如当使用定向天线、导航等定位卫星时。参考系是相对于物理对象或物理对象的方面限定的坐标空间，其中所述对象或方面为静止的(即，对象或方面上的各个点的坐标在相关时间周期内不会实质上改变)，例如地心参考系，其中地球的质量中心在地心参考系的坐标空间中为静止的，且地球和遥远星体之间的角度是恒定的(虽然地球表面当然在该参考系中不是静止的)；地球表面参考系，其中地球表面基本上为静止的；或卫星参考系，其中卫星的主要结构要素在卫星参考系的坐标空间中是静止的。

图2示出卫星202的相关参考系204。在此实例中，参考系204由三个正交向量限定：(1)v，卫星的速度向量，其处于轨道平面中且与轨道相切，(2)r，径向向量，也在轨道平面中，从卫星指向地心；以及(3)h，角动量向量，其是速度向量和径向向量的叉积且垂直于轨道平面。利用卫星202处的原点和三个正交向量，由参考系204限定坐标系。

在设计用于卫星的天线时，所述参考系可用于确定天线需求。在卫星的参考系中，在相同轨道中相同轨道平面中但在时间/位置上提前或延迟的其它卫星将或多或少呈现为静止，而东/西轨道中的卫星将呈现为在卫星的参考系中以8字形运动。通常，对于东/西轨道，这将需要广角天线或可转向天线。

图3示出可能与本发明的各方面一起使用的装置到卫星通信的实例。如此处所示，人302具有各种装置304，其包含构成移动台的元件，例如智能电话304(1)、膝上型计算机304(2)和平板计算机装置304(N)，其中的每一个配置和/或调适成与卫星306通信，所述卫星306继而可与地面站308通信，所述地面站308可能将数据消息路由到路由器310，且从那里路由到因特网312和/或因特网连接的资源314。装置的其它实例可能是经由网络交互的例如工业、汽车或家庭设备等无用户接口装置(例如，“物联网”装置)。

图4示出类似于沃克三角型式星座的卫星的星座。卫星由横跨球体的线上的点表示，且所述线表示卫星的轨道路径。一个轨道路径上的卫星被称为在平面内，因为卫星共享(即使在时间上隔开)的轨道路径至少近似地形成轨道平面。出于解释的目的，展示仅四个轨道平面402，但可能实施更多平面或更少平面。因为轨道和轨道平面至少近似地限定大圆，所以轨道平面将相交。相交点的布置可能与图4中展示的布置不同。箭头418指示卫星的大体运行方向。地球表面上轨道平面的位置借助于实例展示，且可能改为使用其它位置。

在给定卫星的参考系中，相同轨道平面中的两个邻近卫星可能被称作“前置卫星”和“后置卫星”(或分别“北卫星”和“南卫星”)，而邻近或附近轨道平面中的邻近卫星可能被称作东卫星和西卫星。如从轨道机制已知，处于与给定卫星不同的轨道平面中的东卫星和西卫星将在给定卫星的参考系中不呈现为静止。实际上，如果处于稳定轨道中，则东卫星和西卫星将在给定卫星的参考系中的轨道的路线上呈现为以宽“8字”型式运行，而相同轨道平面中的前置和后置邻近卫星将或多或少处于给定卫星的参考系中的相同位置处。

图5示出沃克星座上的传统消息路径。如图4中，可见卫星展示为表示轨道平面的线上的点。图5中还展示卫星的相应覆盖面。因为卫星覆盖面重叠，所以可在地球表面上实施连续覆盖。

如所展示，源装置502在卫星506的覆盖面504内，而目的地装置512在不同卫星516的覆盖面514内。箭头518指示卫星的运行方向。在此实例中，消息路径530为{装置S 502，卫星506，卫星532，卫星534，卫星536，卫星516，装置D 512}。从卫星506到卫星532的链路以及到卫星534和卫星536的链路在那些卫星中的每一个的参考系中处于“东”方向。从卫星536到卫星516的链路处于前向方向。

在此图示中，消息路径遵循链路序列，且卫星间链路是到邻近或相邻卫星。对于全部在一个轨道平面内的卫星的星座，可能其共同覆盖面为表面条带以及为给定卫星提供良好的覆盖度，邻近卫星在相同轨道平面中并且因此其在给定卫星的参考系中保持静止。因此，简单的极高程度定向的天线可用于卫星到卫星发射。为了获得进一步覆盖度，一个轨道平面中的卫星可能需要发射到另一轨道平面中的卫星，例如在目的地装置处于在覆盖源装置的轨道平面中的卫星的共同覆盖面外部的情况下。这在图5中展示。在图5的方法中，需要到不同轨道平面中的第二卫星的侧(在此实例中，向东)广角天线。

图6示出可能用作图5中展示的星座中的卫星中的一个的卫星602。除电子器件、太阳能发电、推进、维护和未图示的其它卫星细节外，卫星602还包含各种天线。图6(A)展示前置天线604，其面朝卫星602的运行方向(即，或多或少在卫星602的速度向量的方向上)。后置天线606面朝卫星602运行的相反方向。展示东天线608(即，或多或少面朝垂直于卫星602的径向向量且垂直于卫星602的速度向量的方向的天线，其按照惯例被称作“东”，但可能与地球表面上的向东方向不相关)，且卫星602还具有未图示的西天线610。图6(B)展示在卫星602处从下方查看的视图，其中展示西天线610。地面天线612用于卫星602和地面装置或地面站(例如地球表面620上的站点622)之间的通信，而前置天线604、后置天线606、东天线608和西天线610用于星座内的卫星间通信。

卫星和不同轨道平面中的其向西和向东相邻者之间的卫星间通信可能很麻烦，因为相邻者的位置相对于卫星的参考系改变。平面间连接通常针对东天线608和西天线610使用多个低增益宽波束宽度天线来处理向西和向东相邻者的相对运动。这可能限制数据速率和/或增加平面间链路预算中的功率要求。可经由增加的发射功率而增加数据速率，但这可能会使功率预算要求复杂化。卫星602可能使用较高增益较窄波束宽度可转向天线在当前方向中指向向西和向东相邻者，且随着那些相邻者在卫星602的参考系中运行而改变定向。此类天线的指向可在有源反馈回路中控制，或者在由根据轨道机制预测的相邻者的预测位置确定的方向中指向所述天线。相控阵列天线可用以以数字方式导引天线波束以减小航天器上机械故障的风险，但仍产生卫星602上增加的复杂性和质量，因为高增益窄波束宽度天线大于低增益宽波束宽度天线。

不同于东天线608和西天线610，前置天线604和后置天线606实施起来较简单。在合适的姿态控制系统的情况下，前置和后置卫星相邻者在卫星602的参考系中保持近似静态，且因此可使用极高增益和极窄波束宽度天线，而不需要复杂的转向能力，且其可提供两个方向上的高数据速率链路。在足够高的频率下，极高增益片状天线仍可能足够小而适配在甚至1U尺寸的纳型卫星的表面上(即，35dB增益V带，或60GHz天线，其可具有约10cm的直径)。

图7示出可处置具有沃克星座布置的星座或其它多平面星座中的卫星间通信的改进的卫星702。在编程和其它配置(此图中未图示，但在本文其它地方展示和阐述)的情况下，卫星702可使用前置天线704和后置天线706处置卫星间通信，而不需要复杂的东天线和西天线。地面天线712用于卫星702和地面装置或地面站(例如地球表面720上的站点722)之间的通信。

图8是卫星702的元件的框图。所展示的互连通常是例如经由布线或总线的电连接，且可能包含于具有安装在外部的天线的卫星内。在此实例中，后置天线706、前置天线704和地面天线712联接到RF子系统808，所述RF子系统可接收冲击在那些天线上的信号且可将信号发送到那些天线以供发射。通信接口810处置基带数据或信号到RF子系统808的发送以及基带数据或信号从RF子系统808的接收。经由通信接口810发送的数据可由处理器820指定，所述处理器根据存储在程序代码存储装置822中且可由处理器820读取的程序代码来操作。或者，处理功能性可能由FPGA或其它电路实施。

如所展示，处理器820还能够出于各种目的访问随机存取存储器826，和消息存储单元824。在一些实施方案中，程序代码存储装置822、随机存取存储器826和消息存储单元824可能是共同数据结构。所展示的元件中的一些或全部可能由电源832提供电力且由时钟830提供一个或多个时钟信号。

例如控制系统等其它元件可能由处理器820或卫星上的其它处理器处置，且其可能通信或可能不通信。程序代码存储装置822还可用于存储待由处理器820执行的指令的执行期间的临时变量或其它中间信息。程序代码可能响应于发送到卫星的命令而可更换。程序代码当存储在处理器820可访问的非暂时性存储介质中时可能将卫星的处理部分再现到经定制以执行指令中指定的操作的专用机器中。存储器组件可能是优选地能够在太空环境中操作的静态或动态存储器。可能提供维护接口。可能提供与处理器820组合以实施专用机器的定制硬连线逻辑、一个或多个ASIC或FPGA、固件和/或程序逻辑。程序代码存储装置822中所含有的指令的序列的执行可能致使处理器820执行流程图中和本文其它地方描述的过程步骤。在替代实施例中，硬连线电路可用于代替软件指令或与软件指令组合。如本文所使用的术语“存储介质”是指存储使机器以特定方式操作的数据和/或指令的任何非暂时性介质。此类存储介质可包括非易失性介质和/或易失性介质。

处理器820和/或程序代码的操作的一个方面是向地面和向其它卫星接收消息和发射消息，使得作为系统，所述系统将消息从源递送到目的地。当卫星在上行链路上经由地面天线712接收消息时，处理器可能基于具有目的地装置的既定接收方的位置确定使用什么消息路径以及因此哪一卫星间链路集合来传递所述消息。因为移动数据穿过卫星网络所花费的时间相对于卫星围绕地球的运动来说非常快，所以当在源处起始消息时停留在接收方上方的卫星在消息最后递送(或在电信行业，“终止”)时仍可具有其覆盖面内的目的地装置。即使情况不是如此，也可随着数据被递送穿过网络来计算和预期该事实。因此，传递消息或作出连接的卫星确定将使消息沿下行链路传输到接收方的目的地装置的卫星是否处于与上行链路卫星相同的轨道平面中。如果不是，则消息在跨平面传送中传送到另一轨道平面。一旦消息已到达将沿下行链路传输(或终止)消息的卫星的轨道平面中的卫星，则信号可经由卫星上的前向链路或后向链路传递经过剩余路径直至消息到达最终目的地卫星。

每一消息可具有消息路径，且消息的路径可与消息一起明确地提供，或可由在卫星上或其它地方执行的程序步骤来确定。不论如何计算，消息路径遵循轨道平面直至使用前置/后置天线可实现合适的跨平面传送。消息路径可能存储在卫星处，且用于确定使用哪一天线来重传并因此转发所接收的消息。

图9示出实例。如所展示，源装置S 902在卫星906的覆盖面904内，而目的地装置D912在不同轨道平面中的不同卫星516的覆盖面514内。消息可在装置S 902和装置D 912之间传递所经由的消息路径930遵循第一轨道平面920(1)中的卫星，直至来自其它轨道平面的卫星跨越第一轨道平面920(1)，此时消息从第一轨道平面920(1)中的卫星转发到另一轨道平面中的卫星直至其被传递到卫星516正在其中运行的轨道平面920(4)中的卫星。虽然运行路径比东/西路径长，但其与其它方式相比可以较少天线和可能较高处理量进行。在此实例中，消息路径为{装置S 902，卫星906，…，卫星910，…，卫星916，装置D912}。从卫星906到卫星910的一个或多个链路为平面间传送，但使用星座中的卫星的定向前置天线进行。

取决于设计考虑因素，平面间传送可能限于邻***面。举例来说，消息路径可能需要从轨道平面920(1)中的卫星到轨道平面920(2)中的卫星，然后到轨道平面920(3)中的卫星，然后到轨道平面920(4)中的卫星的链路。或者，消息路径可能跳过一个或多个邻近轨道平面。在一些情况下，将链路一次限于一个轨道平面可能是优选的，因为轨道平面越接近，则跨平面卫星可能在范围中保持越长时间。在一些变化形式中，消息路径可跳过邻近轨道平面，且还可视需要跳过相同轨道平面中的邻近卫星。

消息路径930受益于前和后卫星间链路的高数据速率可能性，且因为其它轨道平面中的向西和向东卫星在其它轨道平面中的一些卫星前方或后方通过，所以前置和后置天线的使用可能足够且减少或消除对于用于边到边通信的额外通信组件的需要，从而降低航天器复杂性、质量和成本，同时实际上增加网络处理量和缩短网络等待时间。

消息路径930平均来说可能具有较多链路以便发射消息。尽管所形成的链路的数目增加，但归因于数据速率增加，路径可能仍比传统卫星间链路架构中建立的典型的向东或向西链路快。取决于向东和向西链路的天线/链路规格和几何形状，前后方向(假定所有链路上每带宽相同功率)相比之下可快超过1000倍，只是因为较高增益天线和减小的指向偏移(因相对轨道运动减小)。因此，发送数据所需的链路的数目增加因缩短的网络等待时间以及网络中每一航天器的成本、复杂性、质量和功率而得到弥补。

图10更详细地示出跨平面传送。如此处所示，消息路径930部分为{…，卫星908，卫星1010，卫星1012，卫星910，卫星1016，卫星1018，卫星1020，…}，其中卫星908处于轨道平面920(1)，卫星1010处于轨道平面920(2)，卫星1012处于轨道平面920(3)，而卫星910、卫星1016、卫星1018和卫星1020处于轨道平面920(4)。

与其它链路类型的组合

如上文所描述，消息路径可从地面上的源装置沿上行链路到达卫星，按需要经过与轨道平面交叉的一个或多个卫星间链路，且沿下行链路从卫星到达目的地装置。卫星间链路还可在消息路径中与“弯管”链路和“存储并转发”链路组合。

利用弯管路径，卫星接收来自源装置的数据且将数据转发到在该卫星的覆盖面内的地面中继器。所使用的地面中继器将是也在第二卫星的覆盖面中的地面中继器，且所述地面中继器将数据转发到第二卫星。如果目的地装置在第二卫星的覆盖面内，则第二卫星可将数据发送到目的地装置。如果目的地装置不在第二卫星的覆盖面内(且源装置和目的地装置所处的任何卫星覆盖面不交叠)，则第二卫星可将数据发送到另一地面站，所述另一地面站接着将转发到第三卫星等等，直至到达具有围封目的地装置的覆盖面的卫星。这可涉及合适地放置的地面中继器站点。消息路径可能是{源装置，卫星1，地面中继器1，…，中继器N-1，卫星N，目的地装置}，其中省略号表示零个或大于零个额外卫星和中继器，且其中N>1。用于形成源-目的地链路路径的特定地面中继器和卫星可能由计算机过程确定，所述计算机过程由装置、卫星、地面中继器或其它地方执行且传达到需要了解消息路径的装置/卫星/中继器以便正确地转发或发射消息。所述计算机过程可实时运行或可事先运行以导出数据表用于基于装置/卫星位置和定时确定消息路径。

图11示出使用弯管链路的消息路径的实例。展示存在源装置S1102、一个卫星群组1120中的卫星1104和卫星1106、地面站1108、卫星群组1122中的卫星1110、卫星1112和卫星1114，以及目的地装置D1116。还展示卫星覆盖面，且值得注意的是，地面站1108在卫星1106和卫星1110两者的卫星覆盖面内。

在此实例中，源装置S1102将消息发送到目的地装置D1116，且那些装置出于某一原因或其它原因在发射时间定位，使得与完全基于卫星的链路集合相比使用地面站1108更合乎需要。在此情况下，消息路径为{源装置S1102，卫星1104，卫星1106，地面站1108，卫星1110，卫星1112，卫星1114，目的地装置D1116}。在此实例中，地面站1108可能用于基于发射的定时桥接一个或多个轨道平面，可能为了缩短路径。此考虑因素可能在计算消息路径(不论在何处计算)时计算。

可能地面站1108不桥接轨道路径。举例来说，卫星1104、卫星1106和卫星1110可能全部在一个轨道平面中。可能卫星1112和卫星1110不在相同轨道平面中，在此情况下，将基于轨道平面交叉对消息传递进行定时，且消息被传递到相同轨道平面中的其它卫星，直至所述消息到达发生轨道平面交叉的卫星。尽管未图示，但可能存在一个以上地面站。此可能用于冗余或为了简化星座。

另一方法是“存储并转发”方法。此方法考虑到卫星的覆盖面在表面(当然排除地球同步卫星)上方运行，且因此在一个时间点卫星的覆盖面可覆盖源装置但不覆盖目的地装置，但在稍后时间点，已经在其轨道中运行的卫星可覆盖目的地装置，而源装置在卫星的覆盖面外部。在此情境下，数据的发射是从源装置到卫星，而源装置在卫星的覆盖面内，卫星存储所述数据持续一段时间，且接着稍后当目的地装置在卫星的覆盖面内时，卫星将数据发送到目的地装置。归因于卫星在其轨道中运行到新位置花费的时间，这可导致发射过程中的大等待时间。从源装置的接收和到目的地装置的发射之间的特定存储并转发延迟周期可由计算机过程确定，所述计算机过程由装置、卫星或其它地方执行且传达到需要了解链路路径的装置/卫星以便为数据的转发或发射正确地定时。所述计算机过程可实时运行或可事先运行以导出数据表用于基于装置/卫星位置确定消息路径和存储时间要求。在此方法中，消息路径可能是{源装置，卫星1，内部存储装置，卫星1，目的地装置}。

图12展示使用存储并转发的实例，其可能也与图11的弯管方法一起使用，且具有定时的轨道平面交叉。这在保持消息比将消息发射穿过轨道平面中的许多链路更具有成本效益的情况下可能是有用的。如此处所说明，卫星1204、1106和1201在由1200指示的轨道中运行。源装置S1202可通过以下步骤在时间t₀将消息发送到目的地装置D1216：将消息发送到卫星1204，卫星1204将消息发送到卫星1206，卫星1206将消息发送到卫星1210。卫星1210接着在时间t₁和时间t₂期间存储所述消息，将其发射到目的地装置D1216。可能卫星1204、1206和1210并非全部在相同轨道平面中。使用存储并转发，星座利用卫星覆盖面随时间在表面上方运行的事实，因为轨道速度常常比地球表面的旋转快。因为此方法需要将数据保持在卫星网络中的航天器上，所以系统等待时间可能非常高，但这在一些情况下可能是有用的。

利用存储并转发，卫星可能还存储/保持消息以便允许跨平面卫星有时间较好地对准。可能一个轨道平面中的第一卫星将消息传送到另一轨道平面中的第二卫星，且第一卫星将保持所述消息持续短周期直至第二卫星接近第一卫星的轨道平面。在消息路径的较一般情况下，存在***的延迟，例如消息路径{源装置，卫星1，内部存储装置保持3.5秒，卫星1，卫星2，目的地装置}。可能使用的一个数据结构为具有与每一链路相关联的定时的消息路径，例如{装置1/12:00:00，卫星1/12:00:00.7，卫星2/12:00:05.15，卫星3/12:00:05.23，卫星4/12:00:07.00，目的地}，且每一卫星经编程以计算链路之间的延迟，且注意到当前时钟时间保持消息直至刚好在消息待由下一链路接收之前。如同时间独立消息路径，可在消息遇到的第一卫星处在地面上计算时间标记的消息路径，且随消息一起传递，或基于目的地、时钟时间和限定星座中的卫星的轨道路径的数据而在每一卫星处计算。这可解决轨道平面中的卫星之间的宽间隔的问题，使得消息可保持直至另一轨道平面中通过的卫星处于适当位置。

卫星间链路几何形状

当使用卫星间链路时，通信链路的几何形状由星座中的航天器的轨道机制驱动。在星座中的某一参考卫星(在本文中被称作“参考卫星”)的参考系中，前置、后置、向东和向西相邻卫星实际上围绕参考卫星沿轨道运行，从而针对围绕地球的每一轨道完成围绕参考卫星的一次绕转。

图13示出这一点，展示假想卫星星座中的参考卫星的参考系中的相邻卫星运动倾斜51.6度。通常，航天器经装备以当其在轨道中运行时维持太空中的特定定向。在沿轨道运行的航天器的参考系中，航天器主体框架的轴线维持与航天器速度向量、最低点向量(朝向地球表面，在与径向向量相反的方向中)和轨道角动量向量对准。最低点向量并不始终与径向向量相差恰好180度，但在阅读本公开后，应显而易见，参考系轴线中的一个可平行于最低点向量或平行于径向向量，只要观察到其不相同的一致性。

在此参考系中，前置、后置、向东和向西相邻卫星的相对位置围绕参考卫星在轨道中运行，其中前置和后置相邻卫星分别在参考卫星前方和后方保持处于接近静态位置。向东和向西相邻卫星以8字形运动运行-沿着四季豆形回路-其中其循环地且几乎完全在参考卫星的轨道角动量向量的方向上运行。

图14示出相同假想卫星星座的参考卫星的参考系中的相邻卫星运动倾斜51.6度。此循环运动形成向东(E)和向西(W)相邻卫星从参考卫星的速度向量上方及下方经过，分别在参考卫星前方和后方与速度向量交叉的轨迹。前置(F)和后置(A)相邻卫星在参考系中保持相对固定。在其它配置中以及可能星座中其它地方，被视为向东相邻卫星的卫星可能在后向方向中呈8字形，且被视为向西相邻卫星的卫星可能在前向方向中呈8字形。

图15示出相邻卫星位置在其相对轨道的一个周期(循环)内的并置。左列展示参考卫星以及前置、后置、向东和向西相邻卫星的地心参考系位置。第二列展示相同卫星位置，但在参考卫星的参考系中。行指示卫星随时间的相对位置，其中图15(A)表示参考卫星处于升节点的时间，图15(B)表示参考卫星从升节点过去90度的时间，图15(C)表示参考卫星处于降节点的时间，且图15(D)表示参考卫星从降节点过去90度的时间。

图16示出从图15和图9中展示的轨道产生的定时。卫星之间消息的传输仅需要在前向和后向方向中。在星座中的跨平面位置处发生跨平面通信，其可能是卫星轨道中的在其升节点和其降节点两者之前近似90度的点。空间中的这些点在图15(B)和15(D)中以图形方式示出，且还在图16(B)和16(D)中展示。因此，待经由平面间通信路由的消息或信号向前或向后传递，到达其平面中的正在其升(或降)节点之前90度飞行的卫星。此卫星处于某一位置中，使得其前置天线指向向东和前置相邻卫星的方向，且后置天线指向向西和后置相邻卫星的方向。取决于所需的平面改变，卫星将向前将其消息路由到向东卫星或向后路由到向西卫星。如果需要一个以上平面改变，则接收平面间通信的卫星可继而使用其前置或后置天线将消息传递到又一平面。一旦消息已路由到目的地平面，就可使用该平面中的前向和后向链路在所述平面内传递消息，直至消息到达既定将消息沿下行链路传输到接收方的装置的卫星。

图17是可能通过卫星处置消息来执行的过程的流程图。在步骤1701中，卫星从另一卫星或经由来自地面的上行链路获得消息。在步骤1702中，卫星获得消息路径。这可通过依据指示目的地的消息字段(例如全局坐标)而机载计算消息路径来实现。卫星中的处理器可在知晓卫星的当前位置、轨道平面等的情况下计算其自身的位置和目的地的全局坐标，以确定仅需要在卫星之间向前和向后传递消息的路径。可能通过从消息封装读取消息路径来获得所述消息路径。

在步骤1703中，卫星确定跨平面卫星是否对准且在路径中，这可能只是为了确定跨平面卫星的定时和位置。如果跨平面卫星不在那里，则在步骤1704中，卫星将消息在平面内向后或向前发送到另一卫星。如果跨平面卫星在那里，则在步骤1705中，卫星将消息向后或向前发送到跨平面卫星。

卫星接着在步骤1706处等待另一消息，和/或执行其它任务，且接着在步骤1707处检查是否接收另一消息。如果是，则过程在步骤1702处以新消息继续。

螺旋形星座

代替于相异轨道平面，卫星可能被布置以使得每一卫星处于单独平面中，但相邻卫星在卫星的参考系中静止，尽管稍微向着一侧。此星座中的卫星因此形成螺旋形，使得每个其它卫星可仅使用前向和后向链路从起始卫星到达。

螺旋形中的每一卫星可被认为在其自身的“平面”中，因为其类似于在球周围绕线，每一连续缠绕/螺旋相对于先前缠绕/螺旋稍微偏移。虽然轨道螺旋形中的卫星的真近点角跨越360度相等地间隔开，但每一卫星的升节点随着真近点角增加(即，围绕球连续缠绕)而向西偏移。结果是，任何螺旋形中的最后一个卫星近似在下一螺旋形中的第一卫星正后方(在速度向量的方向上)。

图18示出此星座配置的轨道机制的几何形状。应注意，此轨道配置可反转，使得随着真近点角增加，每一卫星的升节点在每一螺旋形内向东偏移。换句话说，围绕球的连续缠绕可向东或向西且实现类似目标。

此轨道架构是有利的，因为其创建其中所有卫星节点连接成单个全局串的卫星系统。利用此设计，每一卫星在惯性空间中在其自身的唯一平面中绕地球运行，且因此，在前向方向中传递的任何消息也在向西方向中传递，且在向后方向中传递的任何消息也在向东方向中传递。此事实意味着，决不需要卫星网络有效地决定其是否必须在平面之间传递消息来将数据有效负载递送到地球表面上的既定接收方。实际上，需要将数据有效负载沿下行链路传输到接收方的卫星仅是卫星网络中向前或向后通过的特定次数，或特定向外螺旋数目。

这对于地面系统要求也具有有利的影响。利用全局连接的卫星串，不需要各个全局地面片段来提供卫星轨道平面之间的连接。实际上，最少需要一个地面站(可能两个，用于备份/冗余)，来连接到网络中的所有卫星到达地面。当然，在一些配置中，还存在共享轨道平面且以本文中所描述的方式使用的卫星。

图19示出相对于参考卫星的前向和后向方向的几何形状。尽管此架构中的前置和后置卫星在与参考卫星不同的惯性平面中运行(与典型沃克配置中的向东和向西卫星很类似)，但真近点角的偏移足够，使得参考卫星的参考系中的飞行路径的四季豆形状仍非常窄。可在这个设计中提供冗余，因为在前置相邻卫星前方的卫星可落在参考卫星的前置高增益天线的通信锥形内。尽管到此卫星的距离是到相对于参考卫星的前置相邻卫星的距离的近似两倍，但仍可使通信链路容易地闭合。可进行对换以取决于网络中卫星的数目优化发射功率和天线设计以管理数据速率性能和网络处理量的可变性。举例来说，可能使用相控天线阵列，其中，当在参考卫星前方的航天器发生故障时，可以数字方式命令天线波束指向故障卫星前方的卫星，从而针对整个卫星星座维持围绕球体的螺旋形链路。

在第二故障使得参考卫星将需要连接到螺旋形中在其前方两个槽位的卫星的情况下，可利用RF通信设计同样允许此链路闭合。然而，如果此距离太远而不能闭合有意义的链路，在此情况下，可注意到，因为系统实际上是围绕球体的一个长通信链条，所以后向方向可实际用以为通常需要在前向方向中发送的任何通信服务。这以等待时间增加和网络处理量减小为代价，但将至少实现在不需要存储并转发活动的情况下递送数据的任务。

邻近相邻卫星确实在参考卫星的参考系中运行，但运行量较小。在螺旋形中，后置卫星在参考卫星后面且仅稍微向着一侧，且在一个轨道中其确实遵循8字形，但相对于参考卫星具有小角偏差，较好地处于参考卫星的后置天线的波束宽度内。

图20示出多次通过螺旋形布置。

图21是在此螺旋形星座上可能通过卫星处置消息而执行的过程的流程图。在步骤2101中，卫星从另一卫星或经由来自地面的上行链路获得消息。在步骤2102中，卫星获得消息路径。这可通过依据指示目的地的消息字段(例如全局坐标)而机载计算消息路径来实现。卫星中的处理器可在知晓卫星的当前位置、其自身的位置和目的地的全局坐标(其将指示螺旋形中的哪一卫星将执行下行链路)的情况下计算以确定仅需要在卫星之间向前和向后传递消息的路径。可能通过从消息封装读取消息路径来获得所述消息路径。

在步骤2103中，卫星确定当前卫星和下行链路卫星之间的链路的数目在后向方向还是前向方向中较少。如果后向路径较短，则在步骤2104中，卫星将消息向后发送到下一螺旋形卫星。如果前向路径较短，则在步骤2105中，卫星将消息向前发送到下一螺旋形卫星。卫星接着在步骤2106处等待另一消息，和/或执行其它任务，且接着在步骤2107处检查是否接收另一消息。如果是，则过程在步骤2102处以新消息继续。

可能每一卫星并不完全计算消息路径。可能卫星仅需要确定其将在继续路径中发送消息(即，如果卫星在其后置天线处接收消息，则其使用其前置天线发射所述消息，且如果卫星在其前置天线处接收消息，则其使用其后置天线发射所述消息)，还是将其发送到地面。首先接收消息的卫星可计算消息的整个消息路径，且将所述消息路径附接到所述消息。路径可能不需要完全指定，除非是为了指示螺旋形中哪一卫星将在下行链路中发送所述消息。

在一种变化形式中，确定消息路径在地面上，在一个卫星上或在多个地方的计算考虑螺旋形中的“虫洞”的可能性，其中卫星(或其它路径确定器)确定最好将消息发送到可将消息沿上行链路传输到螺旋形中的另一位置的地面站。举例来说，如果地面站在第一卫星的覆盖面内且也在与第一卫星相差60条链路的第二卫星的覆盖面内，则第一卫星将消息发送到地面，所述消息由地面站拾取且沿上行链路传输到第二卫星，从而可能加速消息的递送。在另一变化形式中，获得下行链路的地面站在地理上与形成上行链路的第二地面站分离，且两者都不需要同时处于两个卫星的覆盖面中。

图22是螺旋形卫星的布置的图示。如此处所说明，v向量方向中来自前置天线的前向波束将遍及其轨道覆盖螺旋形中的前置相邻卫星，且对于后置相邻卫星也类似。实际上，如所展示，下一相邻后置和前置天线也在波束内。

本文所描述的实施例的益处可包含维持任一时间点处网络中的每一卫星和地面之间的连接性所需的卫星网络中的航天器的技术复杂性、成本、质量和功率要求减小。通过在卫星网络中的每一节点之间有效地创建连续但操作上和技术上简单的通信连接串，完全可以遍及空间片段和全局分散的地面节点(装置、系统、用户等)以低成本递送全局知识。考虑到质量、功率和链路预算的节省以及那些节省如何经由设计、集成、测试、启动和操作等传播，空间片段的成本可能减小两到三倍。可能由于不需要许多地面站用于网络操作和TT&C而获得进一步的操作和财务益处。因此，当使用本文的教示时，与卫星网络的地面系统部分相关联的成本可减小一个数量级或更多。

正如现已描述，在新颖方法中，消息路径(其可能是消息将采取的链路和可能消息将在那些链路上行进的时间的列表)不必计算和指派到最短路径，而是沿着沿轨道平面遵循星座中的卫星的消息路径，直至另一轨道平面与第一轨道平面相交的点，此时，卫星可使用其前置或后置天线向(虽然当时处于发送卫星前方或后方的)实际处于不同轨道平面中的另一卫星进行发射。这允许卫星间链路在不需要使用侧天线或宽瓣天线的情况下发生。这可在无不能工作的等待时间的情况下进行(即使考虑到信号发射时间)，因为存在消息的可计算的最大飞行时间。在一个实例中，卫星将数据转发到前置卫星，前置卫星继而向前发送数据，直至轨道平面相交，且接着所述卫星在新轨道平面上向前或向后发送数据，这取决于哪一个是到具有覆盖目的地装置的覆盖面的卫星的最近路线。

在新颖方法的变化形式中，每一卫星在其自身的轨道平面中运行，且星座中的其它卫星在交叉的轨道平面中运行。在此布置中，发射可导向一个方向，如呈螺旋形，每次稍微改变轨道平面。虽然此可能涉及数据发射环航地球超过一次，但约140毫秒/环航的所得等待时间可以是可接受的。使用策略性放置的地面中继器站点，消息可从螺旋形的一个部分跳跃到另一部分。

新颖技术可在合适时与现有技术组合使用。在一个实施方案中，卫星可能被配置成使用包含传统技术的一些技术，直至足够的卫星填充星座且实施新颖的技术。

在用于确定消息路径的计算机过程中，此可能在一个地点通过输入源位置、发射时间、目的地位置和其它参数来进行，且接着使消息路径与源消息包含在一起，使得每一接收卫星知道如何路由每一数据发射。此卫星将被编程以在从发射读取消息路径数据字段之后引导发射，其中所述消息路径数据字段是根据本文中所描述的新颖方法计算。或者，卫星可经编程以在具有发射时间、目的地位置和其它参数的情况下计算消息路径或其部分，且使用消息路径或其部分来确定如何路由数据发射。在消息路径包含定时目标的情况下，卫星可能保持消息以用于经延迟发射，以便满足那些定时目标。定时目标可能用于提供跨平面卫星的较接近对准或考虑动态卫星覆盖面。

除非本文另有说明或另外明显与上下文相矛盾，否则本文中所描述的过程的操作可以任何合适的次序执行。本文描述的过程(或其变化形式和/或组合)可以在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可以被实施为通过硬件或其组合在一个或多个处理器上共同执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)。所述代码可存储在计算机可读存储介质上，例如呈计算机程序的形式，所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。计算机可读存储介质可以是非暂时性的。

除非另有明确说明或另外明显与上下文矛盾，否则连接语言，例如“A、B、和C中的至少一个”或“A、B和C中的至少一个”形式的短语，通过上下文以另外的方式理解为一般用于表示项目、术语等，可以是A或B或C，或者A和B和C的集合的任何非空子集。例如，在具有三个组成部分的集合的说明性实例中，连接短语“A、B、和C中的至少一个”和“A、B和C中的至少一个”指的是以下任何集合：{A}、{B}、{C}、{A，B}、{A，C}、{B，C}、{A，B，C}。因此，此类连接语言通常并不希望暗示某些实施例要求至少一个A、至少一个B和至少一个C均要存在。

除非另外要求，否则本文提供的任何和所有实例或示例性语言(如，“例如”)的使用仅希望更好地阐明本发明的实施例，且不对本发明的范围施加限制。本说明书中的任何语言都不应理解为指示任何非请求保护的元件对于实践本发明是必需的。

在前文说明书中，本发明的实施例已经参考可针对不同实施方案变化的许多特定细节进行描述。因此，说明书和图式应在说明性意义上而非限制性意义上看待。本发明范围的单一和排他性指示和由申请人预期是本发明范围的内容是以产生权利要求集合(包含任何后续校正)的特定形式产生于本申请的此类权利要求的字面且等效范围。

在阅读本公开之后所属领域的一般技术人员可设想其它实施例。在其它实施例中，可有利地进行上文所公开的本发明的组合或子组合。组件的实例配布置出于说明的目的来展示，且应理解，在本发明的替代实施例中预期组合、添加、重新布置等。因此，虽然本发明已关于示例性实施例来描述，但所属领域的技术人员将认识到大量修改是可能的。

举例来说，本文所描述的过程可使用硬件组件、软件组件及/或其任何组合来实施。因此，说明书和图式应在说明性意义上而非限制性意义上看待。然而，将显而易见，可在不脱离如权利要求书中阐述的本发明的广泛精神及范围的情况下对本发明进行各种修改及改变，且本发明意图涵盖在随附权利要求书的范围内的全部修改及等效物。

本文所引用的所有参考文献，包含公开案、专利申请和专利特此以引用的方式并入，其引用程度就如同每一参考文献单独地并且特定地指示为以引用的方式并入并且全文阐述于本文中一般。