CN103684504B - 一种小型化中继数传用户终端系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化中继数传用户终端系统及实现方法，包括接收通道、发射通道和系统控制模块，同时，本发明还提供了一种小型化中继数传用户终端系统的实现方法，采用本发明解决了用户要求的载荷数据传输的境外传输问题，提高了卫星实时数据传输能力，增大了载荷数据传输弧段，最大程度地满足用户需求，提升了卫星的执行能力。

Description

一种小型化中继数传用户终端系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种卫星中继数传用户终端系统及实现方法，属于中继卫星系统在境外的数据传输技术领域。

背景技术

由于近年来用户对小卫星系统设计要求越来越高，要求用户对载荷数据的实时性和观测弧段要求也越来越高，目前小卫星仅有的对地数传无法满足境外急需数据尽快回传地面的要求，因此在小卫星使用中继数传用户终端是大势所需。

在地面数据接收站可视范围外且在中继卫星可视范围内，小卫星中继用户数传终端系统将用户需要的某个载荷数据，经调制和功率放大后，由Ka中继天线发送至中继卫星，中继卫星再将接收到的数据转发至地面数据接收站，用户就可得到急需的信息。

我国大卫星（1100公斤以上）采用中继用户数传终端系统与中继星进行境外数据的数据传输和回放虽然有个别型号的成功经验，但是基于小卫星中继数传用户终端设计尚属首次，主要存在的问题：（1）在小卫星总体重量、功耗的限制下，如何优化终端产品系统设计，进行小型化设计；（2）在小卫星有限的总体布局上，如何寻找小卫星中继用户数传终端系统的最佳、合理安装位置；（3）使得在总体布局结构的限制下，如何进行小卫星中继数传用户终端的系统设计，使用户星与中继星更好的通信，从而满足更好的满足用户的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种小型化中继数传用户终端系统及实现方法，解决了用户要求的载荷数据传输的境外传输问题，提高了卫星实时数据传输能力，增大了载荷数据传输弧段，最大程度地满足用户需求，提升了卫星的执行能力。

本发明的技术解决方案是：一种小型化中继数传用户终端系统及其实现方法。一种小型化中继数传用户终端系统，其特点在于：依托于接收通道、发射通道、系统控制模块实现，其中，接收通道包括：接收天线、滤波模块、跟踪接收模块；发射通道包括：发射模块、功率放大模块、发射天线；

在初始工作状态，跟踪接收模块搜索通过接收天线、滤波模块接收到的中继卫星信号，发射模块持续发送引导码，经过功率放大模块，通过发射天线送给中继卫星；

在正常工作状态，系统控制模块根据外置算好的天线转动角度控制天线转动，跟踪中继卫星，同时，跟踪接收模块通过接收天线接收到的中继卫星信号，锁定中继卫星信号，中继卫星锁定用户终端引导码信号后，发射模块发送载荷数据，经过功率放大模块，经过发射天线送给中继卫星；

在故障工作状态，系统控制模块根据自身计算的天线转动角度控制天线转动，进入跟踪状态，待天线与中继卫星双向捕获后，发射模块发送载荷数据，经过功率放大模块，经过发射天线送给中继卫星。

所述系统控制模块包括：主份控制单元和备份控制单元。

一种小型化中继用户数传终端实现方法，应用于用户星与中继卫星之间载荷数据下传的功能，实现步骤如下：

（1）在初始工作状态，跟踪接收模块搜索通过接收天线接收到的中继卫星信号，发射模块持续发送引导码，经过功率放大模块，通过发射天线送给中继卫星，预置完成后，在约定的时间段到达后，转入步骤（2）；

（2）在正常工作状态，系统控制模块根据指令控制终端系统进入天线AOCC程序跟踪+自跟工作模式，接收外置算好的角度信息控制天线转动，引导天线搜索中继卫星，当跟踪接收模块数字AGC电平达到自跟门限时，进入自跟模式；若自跟过程丢失信标，则重新搜索信标信号，当信标数字AGC电平再次达到自跟门限时，重新进入自跟模式，如果无法搜索到信标信号，退回到AOCC程控跟踪模式；

在正常工作状态下，若外置的角度信息有误，则系统控制模块控制系统进入天线GPS程序跟踪+自跟工作模式，系统控制模块自身开始计算天线需要转动的角度，引导天线搜索卫星，当跟踪接收模块数字AGC电平达到自跟门限时，进入自跟模式；若自跟过程丢失信标，则重新搜索信标信号，当信标数字AGC电平再次达到自跟门限时，重新进入自跟模式，如果无法搜索到信标信号，退回到GPS程控跟踪模式；

系统控制模块控制接收天线跟踪上中继卫星后，中继卫星跟踪上中继数传终端系统，完成双向捕获后，进行载荷数据传输工作。

若天线AOCC程控跟踪+自跟工作模式和GPS程序跟踪+自跟工作模式都无法进入，则转入步骤（3）；

（3）在故障工作状态，卫星跟踪模块采用螺旋扫描的方式搜索信标，若扫描过程接收通道信标数字AGC电平达到自跟门限，则进入自跟模式，进行载荷数据传输工作。若扫描过程中，信标数字AGC电平未达到自跟门限，则持续扫描，直至跟踪结束。

本发明与现有技术相比的特点在于：

（1）本专利解决了用户要求的载荷数据传输的境外传输问题，提高了卫星实时数据传输能力，增大了载荷数据传输弧段，最大程度地满足用户需求，提升了卫星的执行能力；

（2）以系统控制模块为主要控制方式，对发射通道和接收通道主要设备进行调度管理，通过硬件上的双冗余备份设计，实现了高可靠的系统控制。在控制天线跟踪中继星的过程中，设计多种不同跟踪模式互为备份，应对卫星不同状态需求，保证了在正常工作状态和故障状态都能够跟踪中继卫星，从而减少了故障的概率，并提高了可靠性；

（3）中继数传用户终端系统发射模块采用双机、双频备份方式，接收、发射天线采用0.6m点波束天线，传输数据采用LDPC编码来提高信道增益；

（4）在保证EIRP和传输码速率的同时，系统设计更加小型化、集成化。

附图说明

图1为中继数传用户终端系统装置示意图；

图2为中继数传用户终端系统工作流程图；

图3a为正常工作状态控制天线转动策略图；

图3b为故障状态控制天线转动策略图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明具体实施方式做进一步介绍。

如图1所示，本发明系统包括发射通道、系统控制模块和接收通道，发射通道包括发射模块、功率放大模块、发射天线，系统控制模块包括主份控制单元、备份控制单元，接收通道包括接收天线、滤波模块和跟踪接收模块。系统控制模块控制双机冷备份，接收天线和发射天线共用。

如图2所示，本发明中继数传用户终端系统工作流程图，在初始工作状态，跟踪接收模块搜索通过接收天线接收到的中继卫星信号，发射模块提前3min发送引导码，经过功率放大模块和滤波模块，通过发射天线送给中继卫星；系统控制模块控制天线转动跟踪中继星，系统控制模块进行判断，若收到AOCC送来的外置转动角度，系统控制模块进入正常工作状态，控制天线转动跟踪中继卫星，待与中继星完成双向捕获跟踪后，进行载荷数据；若没有收到AOCC送来的外置转动角度，系统控制模块根据接收到的姿态信息，自身计算需转动的角度，系统控制模块进入正常工作状态，控制天线转动跟踪中继卫星，待与中继星完成双向捕获跟踪后，进行载荷数据，若系统控制模块判断计算转动角度有误，系统进入故障状态。

如图3a所示，在正常工作状态，系统控制模块根据指令控制终端系统进入天线AOCC程序跟踪+自跟工作模式，接收外置算好的角度信息控制天线转动，引导天线搜索中继卫星，当跟踪接收模块数字AGC电平达到自跟门限2.2V时，进入自跟模式；若自跟过程丢失信标，则重新搜索信标信号，当信标数字AGC电平再次达到2.2V时，重新进入自跟模式，如无法搜索到信标信号，退回到AOCC程控跟踪模式；

在正常工作状态下，若外置的角度信息有误，则系统控制模块控制系统进入天线GPS程序跟踪+自跟工作模式，系统控制模块自身开始计算天线需要转动的角度，引导天线搜索卫星，当跟踪接收模块数字AGC电平达到自跟门限时2.2V，进入自跟模式；若自跟过程丢失信标，则重新搜索信标信号，当信标数字AGC电平再次达到2.2V时，重新进入自跟模式，如无法搜索到信标信号，退回到GPS程控跟踪模式；

系统控制模块控制接收天线跟踪上中继卫星后，中继卫星跟踪上中继数传终端系统，完成双向捕获后，进行载荷数据传输工作。

如图3b所示，在故障工作状态，系统控制模块控制卫星跟踪模块，采用螺旋扫描的方式搜索信标，若扫描过程接收通道信标数字AGC电平达到自跟门限2.2V，则进入自跟模式，进行载荷数据传输工作。若扫描过程中，信标数字AGC电平未达到2.2V，则持续扫描，直至跟踪结束。

接收、发射天线为同一个天线，采用环焦双反射面天线，主反射面口径为φ600mm，馈源为波纹喇叭。在满足与星上其它设备视场兼容的前提下，设计了卫星的Ka频段天线转动范围；根据Ka天线与整星其他设备无干涉的前提下，确定Ka天线X轴功能转动：±90°，Y轴功能转动：±70°，使得与中继星通信时间最长、弧段最长。

发射通道设计码速率75Mbps/150Mbps可调，设计为双频点，低频点适用于TL-1(01)和TL-1(02)卫星，高频点适应于TL-2卫星，以增加与中继星通信机会和时间；对发射链路进行链路预算，采用7/8LDPC编码方式，在误码率为10-6时获得6dB的编码增益，来提高传输链路余量；终端传输链路设计为实时传输和回放传输两种模式。

终端系统产品安装设计，功率放大模块输出口离天线口要近，减少功率损失；发射模块、功率放大模块距离要近一些，减少功率损失；天线火工品起爆位置附件（背面）不要安装有源单机，最好距离能保持在400mm以上；天线安装在载荷舱顶板上表面，与顶板-Y面距离600mm，与顶板-Z面距离130mm；天线展开角度150°，即天线零位指向与卫星-Z轴夹角30°。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种小型化中继数传用户终端系统，其特征在于：依托于接收通道、发射通道、系统控制模块实现，其中接收通道包括：接收天线、滤波模块、跟踪接收模块；发射通道包括：发射模块、功率放大模块、发射天线；

在初始工作状态，跟踪接收模块搜索通过接收天线、滤波模块接收到的中继卫星信号，发射模块持续发送引导码，经过功率放大模块，通过发射天线送给中继卫星；

在正常工作状态，系统控制模块根据指令控制终端系统进入天线AOCC程序跟踪+自跟工作模式，接收外置算好的角度信息控制天线转动，引导天线搜索中继卫星，当跟踪接收模块数字AGC电平达到自跟门限2.2V时，进入自跟模式；若自跟过程丢失信标，则重新搜索信标信号，当信标数字AGC电平再次达到2.2V时，重新进入自跟模式，如无法搜索到信标信号，退回到AOCC程控跟踪模式；若外置的角度信息有误，则系统控制模块控制系统进入天线GPS程序跟踪+自跟工作模式，系统控制模块自身开始计算天线需要转动的角度，引导天线搜索卫星，当跟踪接收模块数字AGC电平达到自跟门限时2.2V，进入自跟模式；若自跟过程丢失信标，则重新搜索信标信号，当信标数字AGC电平再次达到2.2V时，重新进入自跟模式，如无法搜索到信标信号，退回到GPS程控跟踪模式；系统控制模块控制接收天线跟踪上中继卫星后，中继卫星跟踪上中继数传终端系统，完成双向捕获后，进行载荷数据传输工作；

在故障工作状态，系统控制模块控制卫星跟踪模块，采用螺旋扫描的方式搜索信标，若扫描过程接收通道信标数字AGC电平达到自跟门限2.2V，则进入自跟模式，进行载荷数据传输工作；若扫描过程中，信标数字AGC电平未达到2.2V，则持续扫描，直至跟踪结束。

2.根据权利要求1所述的小型化中继数传用户终端系统，其特征在于：所述系统控制模块包括：主份控制单元和备份控制单元。

3.根据权利要求1所述的小型化中继数传用户终端系统，其特征在于：所述的发射通道包括：发射模块A和发射模块B。

4.一种小型化中继用户数传终端实现方法，应用于用户星与中继卫星之间载荷数据下传的功能，其特征在于实现步骤如下：

(1)在初始工作状态，跟踪接收模块搜索通过接收天线接收到的中继卫星信号，发射模块持续发送引导码，经过功率放大模块，通过发射天线送给中继卫星，预置完成后，在约定的时间段到达后，转入步骤(2)；

(2)在正常工作状态，系统控制模块根据指令控制终端系统进入天线AOCC程序跟踪+自跟工作模式，接收外置算好的角度信息控制天线转动，引导天线搜索中继卫星，当跟踪接收模块数字AGC电平达到自跟门限时，进入自跟模式；若自跟过程丢失信标，则重新搜索信标信号，当信标数字AGC电平再次达到自跟门限时，重新进入自跟模式，如果无法搜索到信标信号，退回到AOCC程控跟踪模式；

在正常工作状态下，若外置的角度信息有误，则系统控制模块控制系统进入天线GPS程序跟踪+自跟工作模式，系统控制模块自身开始计算天线需要转动的角度，引导天线搜索卫星，当跟踪接收模块数字AGC电平达到自跟门限时，进入自跟模式；若自跟过程丢失信标，则重新搜索信标信号，当信标数字AGC电平再次达到自跟门限时，重新进入自跟模式，如果无法搜索到信标信号，退回到GPS程控跟踪模式；

系统控制模块控制接收天线跟踪上中继卫星后，中继卫星跟踪上中继数传终端系统，完成双向捕获后，进行载荷数据传输工作；

若天线AOCC程控跟踪+自跟工作模式和GPS程序跟踪+自跟工作模式都无法进入，则转入步骤(3)；

(3)在故障工作状态，卫星跟踪模块采用螺旋扫描的方式搜索信标，若扫描过程接收通道信标数字AGC电平达到自跟门限，则进入自跟模式，进行载荷数据传输工作；若扫描过程中，信标数字AGC电平未达到自跟门限，则持续扫描，直至跟踪结束。