CN107070530A - 低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置及方法，低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置包括填充帧装置等，填充帧装置、第一缓存器都位于实时通道调度单元的左侧且都与实时通道调度单元相连，实时格式化单元位于实时通道调度单元的右侧且与实时通道调度单元相连，延时通道调度单元位于第二缓存器的右侧且与第二缓存器相连，延时格式化单元位于延时通道调度单元的右侧且与延时通道调度单元相连。本发明设计方法合理、可靠，具有工程实现简单、在轨应用灵活的优点，为未来低轨卫星数传及中继系统基带处理设计提供参考和依据。
Description
技术领域
本发明属于卫星数据传输领域，具体地，涉及一种低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置及方法。
背景技术
低轨卫星数传分系统和中继分系统，装载于各类低轨卫星及其他航天器上，是低轨卫星的重要组成部分。数传分系统的主要功能是对卫星有效载荷分系统获取的数据进行复接、格式化、存储、编码、加扰、调制及功率放大，以确保数据可靠星地传输。由于低轨卫星存在连续多圈境内地面站不可见的情况，在境外工作时数传分系统接收载荷数据并记录，待卫星飞回境内地面站可见时回放存储器中数据对地下传。
为了有效提高星上数据下传至地面站的实时性，越来越多的低轨卫星装备了中继分系统。作为中继卫星系统的用户终端，中继分系统可与中继卫星系统、航天器运控系统及测控系统等协同工作，完成航天器与中继卫星系统之间的数传数据中继传输任务。当低轨卫星在境外工作时，有效载荷分系统获取的数据可通过中继终端传输至中继卫星，再通过中继卫星发送至地面站，可实现实时、连续的中继，无需等待卫星飞回境内时再对地下传数据，极大的提高了遥感任务执行的有效性。
目前，需要同时装载数传分系统和中继分系统的低轨卫星越来越多。在传统的系统设计中，往往针对实现系统功能的设备分别进行设计建造，系统间相似的功能未进行统筹考虑，但是整星的功耗、重量有一定的限制，不能无限扩展。而星载数传和中继系统在基带处理方面非常相似，所涉及的硬件设备具有通用性。如何在有限重量、功耗约束下，统筹考虑设计数 传、中继基带处理方式，在降低系统复杂度和提高系统集成度的同时应用数传、中继传输技术，成为一个重要研究内容。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置及方法，其在一台设备内同时实现数传分系统、中继分系统的复接、格式化、存储、加密、编码、加扰等基带处理，具有工程实现简单、在轨应用灵活的优点。
根据本发明的一个方面，提供一种低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置，其特征在于，其包括填充帧装置、第一缓存器、第二缓存器、实时通道调度单元、实时格式化单元、延时通道调度单元、延时格式化单元、存储器、数据流调度单元、RS编码器、加扰器、并串变换器，填充帧装置、第一缓存器都位于实时通道调度单元的左侧且都与实时通道调度单元相连，实时格式化单元位于实时通道调度单元的右侧且与实时通道调度单元相连，延时通道调度单元位于第二缓存器的右侧且与第二缓存器相连，延时格式化单元位于延时通道调度单元的右侧且与延时通道调度单元相连，存储器位于延时格式化单元的右侧且与延时格式化单元相连，实时格式化单元、存储器都位于数据流调度单元的左侧且都与数据流调度单元相连，RS编码器位于数据流调度单元的右侧且与数据流调度单元相连，加扰器位于RS编码器的右侧且与RS编码器相连，并串变换器位于加扰器的右侧且与加扰器相连，并串变换器的两端分别与数传分系统射频单机、中继分系统射频单机相连。
所述填充帧装置，用于生成填充帧，当信道空闲时，将填充帧数据发送至所述实时调度单元；
所述第一缓存器，完成实时输入载荷数据的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将实时数据发送至所述实时调度单元；
所述第二缓存器，完成延时输入载荷数据的缓存，当存满缓存设计要 求的字节数后，将延时数据发送至所述延时调度单元；
所述实时通道调度单元，用于根据载荷数据优先权和排序算法，将相应的实时载荷数据调度至所述实时格式化单元；
所述实时格式化单元，用于按照CCSDS标准建议的数据格式对实时数据进行相应的格式编排；
所述延时通道调度单元，用于根据载荷数据优先权和排序算法，将相应的延时载荷数据调度至所述延时格式化单元；
所述延时格式化单元，用于按照CCSDS标准建议的数据格式对延时数据进行相应的格式编排；
所述存储器，用于所述延时格式化单元输入数据的存储。
所述数据流调度单元，通过实时传输或延时回放指令选择传输所述实时格式化单元输入数据或存储器输入数据；
所述RS编码器，完成实时传输或延时回放数据的RS编码；
所述加扰器，完成实时传输或延时回放数据的加扰；
所述并串变换器，完成所述加扰器输出的8路并行数据至2路并行数据的转换处理。
本发明还提供一种低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一，设计基带处理一体化；
步骤二，设计数据传输硬件接口一致性；
步骤三，设计引导码差异性。
优选地，所述设计基带处理一体化是通过所述低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置同时完成数传分系统与中继分系统的基带处理，将处理后的数据流分别传输至数传分系统射频单机及中继分系统射频单机。
优选地，所述设计数据传输硬件接口一致性是令所述低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置输出至数传分系统射频单机的数据速率和中 继分系统射频单机的数据速率一致，硬件接口及协议都采用统一设计。
优选地，所述设计引导码差异性是通过指令进行设置，令所述低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置输出至数传分系统射频单机的引导码和中继分系统射频单机的引导码进行不同设计，以满足卫星与地面站、卫星与中继卫星的链路建立的不同需求。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明能够满足低轨卫星在有限功耗、重量约束下同时应用数传、中继数据传输技术的任务需求，设计方法合理、可靠，具有工程实现简单、在轨应用灵活的优点，为未来低轨卫星数传及中继系统基带处理设计提供参考和依据。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置的结构示意图。
图2为本发明数据和时钟时序的关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置包括填充帧装置2、第一缓存器3、第二缓存器4、实时通道调度单元5、实时格式化单元6、延时通道调度单元7、延时格式化单元8、存储器9、数据流调度单元10、RS(里德所罗)编码器11、加扰器12、并串变换器13，填充帧装置2、第一缓存器3都位于实时通道调度单元5的左侧且都与实时 通道调度单元5相连，实时格式化单元6位于实时通道调度单元5的右侧且与实时通道调度单元5相连，延时通道调度单元7位于第二缓存器4的右侧且与第二缓存器4相连，延时格式化单元8位于延时通道调度单元7的右侧且与延时通道调度单元7相连，存储器9位于延时格式化单元8的右侧且与延时格式化单元8相连，实时格式化单元6、存储器9都位于数据流调度单元10的左侧且都与数据流调度单元10相连，RS编码器11位于数据流调度单元10的右侧且与数据流调度单元10相连，加扰器12位于RS编码器11的右侧且与RS编码器11相连，并串变换器13位于加扰器12的右侧且与加扰器12相连，并串变换器13的两端分别与数传分系统射频单机、中继分系统射频单机相连。
所述填充帧装置2，用于生成填充帧，当信道空闲时，将填充帧数据发送至所述实时调度单元5；
所述第一缓存器3，完成实时输入载荷数据的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将实时数据发送至所述实时调度单元5；
所述第二缓存器4，完成延时输入载荷数据的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将延时数据发送至所述延时调度单元7；
所述实时通道调度单元5，用于根据载荷数据优先权和排序算法，将相应的实时载荷数据调度至所述实时格式化单元6；
所述实时格式化单元6，用于按照CCSDS标准建议的数据格式对实时数据进行相应的格式编排；
所述延时通道调度单元7，用于根据载荷数据优先权和排序算法，将相应的延时载荷数据调度至所述延时格式化单元8；
所述延时格式化单元8，用于按照CCSDS标准建议的数据格式对延时数据进行相应的格式编排；
所述存储器9，用于所述延时格式化单元8输入数据的存储。
所述数据流调度单元10，通过实时传输或延时回放指令选择传输所述实时格式化单元6输入数据或存储器9输入数据；
所述RS编码器11，完成实时传输或延时回放数据的RS编码；
所述加扰器12，完成实时传输或延时回放数据的加扰；
所述并串变换器13，完成所述加扰器12输出的8路并行数据至2路并行数据的转换处理。
本发明低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计方法包括以下步骤：
步骤一，设计基带处理一体化；
步骤二，设计数据传输硬件接口一致性；
步骤三，设计引导码差异性。
所述设计基带处理一体化是通过所述低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置同时完成数传分系统与中继分系统的基带处理，将处理后的数据流分别传输至数传分系统射频单机及中继分系统射频单机；
设计基带处理一体化是根据数传分系统与地面运控系统的信息传输约定，数传分系统需要进行AOS(高级操作系统)组帧、存储、编码、加扰等基带处理。根据中继分系统与大系统的信息传输约定，中继分系统需要进行AOS组帧、存储、编码、加扰等基带处理。由于数传分系统与中继分系统在基带处理流程及要求一致，因此可由低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置同时完成数传分系统的基带处理与中继分系统的基带处理，将处理后数据流分别传输至中继分系统射频单机和数传分系统的频单机，中继分系统不再设计进行基带处理的单机。
所述设计数据传输硬件接口一致性是令所述低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置输出至数传分系统射频单机的数据速率和中继分系统射频单机的数据速率一致，硬件接口及协议都采用统一设计；
设计数据传输硬件接口一致性是低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置将基带处理后的数据流分别传输至中继分系统射频单机和数传分系统射频单机，由于二者需要的数据速率一致，因此在硬件接口及协议上采用统一设计。
所述设计引导码差异性是通过指令进行设置，令所述低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置输出至数传分系统射频单机的引导码和中继分系统射频单机的引导码进行不同设计，以满足卫星与地面站、卫星与中继卫星的链路建立的不同需求；
低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置与中继分系统射频单机、数传分系统射频单机都采用LVDS(低电压差分信号)通信接口，数据特性如下：DATA(数据)，其码速率为150Mbps，码宽为2bits，码型为NRZ-L非归零码；CLK(时钟)，其频率为75MHz，占空比为45％～55％；数据和时钟时序的关系图如图2所示；
设计引导码差异性是在延时模式时，为了确保卫星与地面站、卫星与中继卫星的链路可靠建立，因此需要针对延时传输的情况设计引导码，针对数传直接下传和中继转发下传的不同需求，低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置输出至中继分系统射频单机的引导码和数传分系统射频单机的引导码都需要通过指令进行设置；
设置数传分系统的引导码，具体内容如下：为了确保卫星和地面站顺利建立通信链路，数传分系统在延时回放前输出引导码，持续时间为5s，数传分系统的引导码的内容为“1ACF FC1D”+“12 34 12 34 12……”+“编码校验位”，所述数传分系统的引导码是帧长为1024字节的循环数据，以确保整帧传输；
设置中继分系统的引导码，具体内容如下：为了确保用户星与中继卫星顺利建立通信链路，要求用户星提前发送引导数据，以帮助建立星—星—地同步链路，考虑到若由中继分系统提供引导数据，待数传数据要传输时，数据切换中存在衔接问题，会导致地面失锁，由低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置提供中继分系统的引导码，持续时间为1min或3min，可通过指令选择，所述中继分系统的引导码的格式和内容等要求都与所述数传引导码保持一致。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不 局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (6)
1.一种低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置，其特征在于，其包括填充帧装置、第一缓存器、第二缓存器、实时通道调度单元、实时格式化单元、延时通道调度单元、延时格式化单元、存储器、数据流调度单元、RS编码器、加扰器、并串变换器，填充帧装置、第一缓存器都位于实时通道调度单元的左侧且都与实时通道调度单元相连，实时格式化单元位于实时通道调度单元的右侧且与实时通道调度单元相连，延时通道调度单元位于第二缓存器的右侧且与第二缓存器相连，延时格式化单元位于延时通道调度单元的右侧且与延时通道调度单元相连，存储器位于延时格式化单元的右侧且与延时格式化单元相连，实时格式化单元、存储器都位于数据流调度单元的左侧且都与数据流调度单元相连，RS编码器位于数据流调度单元的右侧且与数据流调度单元相连，加扰器位于RS编码器的右侧且与RS编码器相连，并串变换器位于加扰器的右侧且与加扰器相连，并串变换器的两端分别与数传分系统射频单机、中继分系统射频单机相连。
2.根据权利要求1所述的低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置，其特征在于，所述填充帧装置，用于生成填充帧，当信道空闲时，将填充帧数据发送至所述实时调度单元；
所述第一缓存器，完成实时输入载荷数据的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将实时数据发送至所述实时调度单元；
所述第二缓存器，完成延时输入载荷数据的缓存，当存满缓存设计要求的字节数后，将延时数据发送至所述延时调度单元；
所述实时通道调度单元，用于根据载荷数据优先权和排序算法，将相应的实时载荷数据调度至所述实时格式化单元；
所述实时格式化单元，用于按照CCSDS标准建议的数据格式对实时数据进行相应的格式编排；
所述延时通道调度单元，用于根据载荷数据优先权和排序算法，将相应的延时载荷数据调度至所述延时格式化单元；
所述延时格式化单元，用于按照CCSDS标准建议的数据格式对延时数据进行相应的格式编排；
所述存储器，用于所述延时格式化单元输入数据的存储。
所述数据流调度单元，通过实时传输或延时回放指令选择传输所述实时格式化单元输入数据或存储器输入数据；
所述RS编码器，完成实时传输或延时回放数据的RS编码；
所述加扰器，完成实时传输或延时回放数据的加扰；
所述并串变换器，完成所述加扰器输出的8路并行数据至2路并行数据的转换处理。
3.一种低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一，设计基带处理一体化；
步骤二，设计数据传输硬件接口一致性；
步骤三，设计引导码差异性。
4.根据权利要求3所述的低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计方法，其特征在于，所述设计基带处理一体化是通过所述低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置同时完成数传分系统与中继分系统的基带处理，将处理后的数据流分别传输至数传分系统射频单机及中继分系统射频单机。
5.根据权利要求3所述的低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计方法，其特征在于，所述设计数据传输硬件接口一致性是令所述低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置输出至数传分系统射频单机的数据速率和中继分系统射频单机的数据速率一致，硬件接口及协议都采用统一设计。
6.根据权利要求3所述的低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计方法，其特征在于，所述设计引导码差异性是通过指令进行设置，令所述低轨卫星数传及中继基带处理一体化设计装置输出至数传分系统射频单机的引导码和中继分系统射频单机的引导码进行不同设计，以满足卫星与地面站、卫星与中继卫星的链路建立的不同需求。
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