CN107770856A - 用于航天器间通信信号的功率控制方法 - Google Patents

用于航天器间通信信号的功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于航天器间通信信号的功率控制方法，包括：S1.从航天器获取主航天器发送的前向参考信号，以及根据所述前向参考信号获取前向参考功率Pr；S2.所述从航天器根据所述前向参考功率Pr设定返向初始功率Pi，并且所述从航天器以所述返向初始功率Pi向所述主航天器发射返向信号，以请求建立通信连接；S3.所述主航天器根据所接收到的所述返向信号，并与所述从航天器建立通信连接；S4.通信连接建立，所述主航天器对接收到的所述从航天器发射的返向信号的返向功率Pf进行评估，并根据所述评估结果向所述从航天器发送功率控制信号。主航天器通过自动控制各从航天器反射返向信号的功率，降低了主航天器和从航天器之间通信链路的能耗。

Description

用于航天器间通信信号的功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种通信信号的功率控制方法，尤其涉及一种用于航天器间通信信号的功率控制方法。
背景技术
随着空间科学技术的发展，航天任务的复杂度不断提高。针对一些复杂的航天任务，面临一对多的航天器之间的邻近空间通信的需求，即一个主航天器同时与多个从航天器进行邻近空间通信。由于从航天器的活动范围不同，信道环境不同，信号衰减程度不一致，会导致主航天器接收到的多个从航天器的信号的信干比不同，可能引起返向信号接收解调不均衡，即远近效应。国际空间站虽然采用时分多址(TDMA)解决了多用户邻近空间通信带来的远近效应问题，但具有功耗大、通信效率低的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于航天器间通信信号的功率控制方法，解决航天器在邻近空间之间通信功耗高的问题。
为实现上述发明目的，本发明提供一种用于航天器间通信信号的功率控制方法，包括：
S1.从航天器获取主航天器发送的前向参考信号，以及根据所述前向参考信号获取前向参考功率Pr；
S2.所述从航天器根据所述前向参考功率Pr设定返向初始功率Pi，并且所述从航天器以所述返向初始功率Pi向所述主航天器发射返向信号，以请求建立通信连接；
S3.所述主航天器根据所接收到的所述返向信号，并与所述从航天器建立通信连接；
S4.通信连接建立，所述主航天器对接收到的所述从航天器发射的返向信号的返向功率Pf进行评估，并根据所述评估结果向所述从航天器发送功率控制信号。
根据本发明的一个方面，根据所述前向参考信号获取前向参考功率Pr的步骤中，基于所述前向参考信号利用预先设定的自动增益控制值计算出所述前向参考功率Pr。
根据本发明的一个方面，所述从航天器根据所述前向参考功率Pr进行返向初始功率Pi的设定的步骤包括：
S21.所述从航天器获取预先设定的所述主航天器的前向初始功率Pt；
S22.根据获取的所述前向参考功率Pr和所述前向初始功率Pt计算出衰减功率Ploss，其中，Ploss＝Pt-Pr；
S23.所述从航天器获取预先设定的所述主航天器需要接收的返回期望功率Pe，以及功率余量Ps；
S24.根据所述衰减功率Ploss、所述返回期望功率Pe和所述功率余量Ps计算出返向初始功率Pi，其中，Pi＝Pe+Ploss-Ps。
根据本发明的一个方面，所述主航天器中预先设定的返向期望功率Pe需要满足：Pmin≤Pe≤Pmax；其中，Pmin和Pmax分别为所述主航天器允许接收的信号的最小返回功率和最大返回功率。
根据本发明的一个方面，所述主航天器根据所接收到的所述返向信号，并与所述从航天器建立通信连接的步骤中包括：
S31.所述主航天器接收所述返向信号，以及根据所述返向信号获取返向功率Pf，其中，返向功率Pf是所述从航天器发射的返向信号被所述主航天器接收后的信号功率；
S32.将所述返向功率Pf与所述最小返回功率Pmin比较；
S33.当满足Pf≥Pmin，所述主航天器向所述从航天器发送确认信息，以建立通信连接。
根据本发明的一个方面，所述主航天器根据所接收到的所述返向信号，并与所述从航天器建立通信连接的步骤中还包括：
当Pf＜Pmin，则所述返向初始功率Pi增加预先设定的第一步进功率ΔP1作为第二返向初始功率，所述从航天器以所述第二返向初始功率向所述主航天器发送第二返向信号，以请求建立通信连接；
直至Pf≥Pmin，所述主航天器向所述从航天器发送确认信息，以建立通信连接。
根据本发明的一个方面，通信连接建立，所述主航天器对接收到的所述从航天器发射的返向信号的返向功率Pf进行评估，并根据所述评估结果向所述从航天器发送功率控制信号的步骤中包括：
S41.设定控制周期t，获取所述控制周期t内接收的所述返向信号的误码率，并基于所述误码率设定门限信干比St；
S42.所述主航天器获得所述控制周期t内接收的所述返向信号的返向信干比Sa；
S42.所述主航天器根据所述返向信干比Sa与所述门限信干比St的比较结果对所述从航天器发射所述返向信号的所述返向初始功率Pi控制。
根据本发明的一个方面，所述主航天器根据所述返向信干比Sa与所述门限信干比St的比较结果对所述从航天器发射所述返向信号的所述返向初始功率Pi控制的步骤中包括：
当Sa＞St时，所述主航天器发送前向控制信号控制所述从航天器降低所述返向初始功率Pi；
当Sa＜St时，所述主航天器发送前向控制信号控制所述从航天器升高所述返向初始功率Pi；
当Sa＝St时，所述主航天器发送前向控制信号控制所述从航天器保持所述返向初始功率Pi。
根据本发明的一个方面，所述功率控制信号的信号帧嵌入有控制码；
其中，控制码为“00”表示增加功率，控制码为“01”表示减小功率，控制码为“11”表示功率不变。
根据本发明的一个方面，所述主航天器对所述从航天器进行功率控制的过程中，所述从航天器的所述返向初始功率Pi按照第二功率步进ΔP2进行调整，其满足：
Pi(n)＝Pi(n-1)+ΔP2×Tpc
式中：Pi(n)为当前控制周期t内的返向初始功率，Pi(n-1)为前一控制周期t内的返向初始功率，Tpc为与所述控制码相对应的值，
其中，控制码为“00”时，Tpc＝1；控制码为“01”时，Tpc＝-1；控制码为“11”时，Tpc＝0。
根据本发明的一个方案，根据接收返向信号的信号帧中的控制码，调整从航天器的发射返向信号的返向初始功率，从而保证主航天器接收到的返向信号的返向功率与主航天器中设定的最小返回功率接近相等，即保证了主航天器接收的从航天器的返向信号的返向信干比与主航天器中的门限信干比相等，从而避免主航天器和从航天器之间通信的远近效应。进一步保证了通信链路的稳定性。
根据本发明的一个方案，可实现主航天器与多个从航天器之间进行通信，主航天器通过自动控制各从航天器反射返向信号的功率，有效控制了主航天器与从航天器之间的通信功率，避免了能源的浪费，降低了主航天器和从航天器之间通信链路的能耗。同时，控制主航天器与从航天器之间的通信功率处在合理的范围内，有利于保证主航天器与从航天器的通信设备的使用寿命，进一步保证了主航天器和从航天器的使用寿命。
根据本发明的一个方案，可实现主航天器与多个从航天器之间进行通信，主航天器通过自动控制各从航天器反射返向信号的功率，避免由于多个从航天器的活动位置不同导致通信不均衡及互相干扰，杜绝远近效应的影响，提升了主航天器和从航天器之间通信的可靠性。
根据本发明的一个方案，根据本发明的方法，通过从航天器向主航天器发射返向信号，并且从航天器自动调整发射返向信号的返向初始功率，提高了主航天器和从航天器之间通信链路连接效率。同时，通过从航天器自适应的调整返向初始功率，避免了主航天器对发射前向参考信号的前向初始功率的调整，保证了主航天器能够同时向多个从航天器发射前向参考信号，提高了主航天器与多个从航天器之间通信链路的连接效率。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的步骤框图；
图2示意性表示根据本发明的流程图；
图3示意性表示根据本发明的返向信号的返向初始功率变化图；
图4示意性表示根据本发明的控制信号的帧结构图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
如图1所示，根据发明的一种用于航天器间通信信号的功率控制方法，包括：
S1.从航天器获取主航天器发送的前向参考信号，以及根据所述前向参考信号获取前向参考功率Pr；
S2.所述从航天器根据所述前向参考功率Pr设定返向初始功率Pi，并且所述从航天器以所述返向初始功率Pi向所述主航天器发射返向信号，以请求建立通信连接；
S3.所述主航天器根据所接收到的所述返向信号，并与所述从航天器建立通信连接；
S4.通信连接建立，所述主航天器对接收到的所述从航天器发射的返向信号的返向功率Pf进行评估，并根据所述评估结果向所述从航天器发送功率控制信号。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，从航天器获取主航天器发送的前向参考信号。在本实施方式中，主航天器向从主航天器发送信号的方向规定为前向，从航天器向主航天器发送信号的方向规定为返向。在主航天器和从航天器的初始同步过程中，主航天器和从航天器之间尚未建立通信连接，主航天器无法对从航天器发射返向信号的返向初始功率Pi进行控制。同时，从航天器不能确定返向传输条件的优劣。因此从航天器基于前向参考信号，以及利用预先设定的自动增益控制值计算得出获取的前向参考信号的前向参考功率Pr。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，从航天器根据获取的前向参考功率Pr进行返向信号的返向初始功率Pi的设定。在本实施方式中，主航天器发射前向参考信号的前向初始功率Pt为恒定值，并且为已知的。因此，从航天器可以直接获取预先设定的主航天器的前向初始功率Pt。在本实施方式中，从航天器通过获取的前向参考功率Pr和前向初始功率Pt计算得出主航天器向从航天器发送前向参考信号的过程中，前向参考信号的衰减功率Ploss。衰减功率Ploss可以通过公式Ploss＝Pt-Pr得出。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，主航天器中设定有返回期望功率Pe，即主航天期望接收到的返向信号的功率。以及主航天器中还设有功率余量Ps，即表示在从航天器返向信号初始接入主航天器时为尽量降低对其他从航天器的影响而预留的余量功率值。在本实施方式中，根据上述衰减功率Ploss、返回期望功率Pe和功率余量Ps计算出从航天器发射返回信号的返向初始功率Pi。公式如下：
Pi＝Pe+Ploss-Ps
在本实施方式中，从航天器以计算出的返向初始功率Pi向主航天器发射返向信号，以请求建立通信连接。
根据本发明的一种实施方式，主航天中预先设定的返向期望功率Pe需要满足：
Pmin≤Pe≤Pmax
其中，Pmin为主航天器允许接收的返向信号的最小返回功率；Pmax为主航天器允许接收的返向信号的最大返回功率。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，主航天器根据所接收到的返向信号，并与从航天器建立通信连接。在本实施方式中，主航天器接收从航天器发射的返向信号，并且根据接收的返向信号获取返向功率Pf。需要指出的是，从航天器以返向初始功率Pi发射返向信号，返向信号经过传输到达主航天器后的信号功率则变为返向功率Pf。在本实施方式中，在主航天器中通过对比获取的返向功率Pf和最小返回功率Pmin的大小，确认从航天器的通信链路是否接入主航天器。需要指出的是，采用最小返回功率Pmin与返向功率Pf比较，减小了对其他从航天器的通信链路接入的影响。在本实施方式中，当返向功率Pf大于等于最小返回功率Pmin时，主航天器向从航天器发送确认信息，从而实现主航天器与从航天器建立通信连接。当然，返向功率Pf还需要小于等于最大返回功率Pmax，避免对其他从航天器通信链路接入的影响。在本实施方式中，当返向功率Pf小于最小返回功率Pmin时，则从航天器按照预先设定的第一步进功率ΔP1使返向初始功率Pi增加为第二初始功率，从航天器重新以第二初始功率向主航天器发送第二返向信号，以请求建立通信连接。直到主航天器接收到的第二返向信号的返向功率Pf大于等于最小返回功率Pmin，主航天器向从航天器发送确认信息，以建立通信连接。
根据本发明的方法，通过从航天器向主航天器发射返向信号，并且从航天器自动调整发射返向信号的返向初始功率Pi，提高了主航天器和从航天器之间通信链路连接效率。同时，通过从航天器自适应的调整返向初始功率Pi，避免了主航天器对发射前向参考信号的前向初始功率Pt的调整，保证了主航天器能够同时向多个从航天器发射前向参考信号，提高了主航天器与多个从航天器之间通信链路的连接效率。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，通信连接建立，主航天器对接收到的从航天器发射的返向信号的返向功率Pf进行评估，并根据评估结果向从航天器发送功率控制信号。在本实施方式中，通过在主航天器中设定一个控制周期t。主航天器在控制周期t中，从接收到的返向信号中获取返向信号的误码率。同时，主航天器通过获取的误码率自动设定接入从航天器通信链路的门限信干比St。在相同的控制周期t中，主航天器根据获得的返向信号测量出返向信号的返向信干比Sa。在本实施方式中，主航天器通过比较门限信干比St和返向信干比Sa的大小，从而进一步对从航天器的返向初始功率Pi进行控制。
在本实施方式中，主航天器根据返向信干比Sa与门限信干比St的比较结果对从航天器发射返向信号的返向初始功率Pi进行控制的过程中包括：
当Sa＞St时，主航天器发送前向控制信号控制从航天器降低返向初始功率Pi；
当Sa＜St时，主航天器发送前向控制信号控制从航天器升高返向初始功率Pi；
当Sa＝St时，主航天器发送前向控制信号控制从航天器保持返向初始功率Pi。
在本实施方式中，如图4所示，功率控制信号的信号帧中包括有业务数据和导频信号，并且还嵌入有控制码。其中，控制码为“00”表示增加功率，控制码为“01”表示减小功率，控制码为“11”表示功率不变。通过改变控制码实现从航天器中返向初始功率Pi的控制。从航天器接收到主航天器发送的功率控制信号，并且根据功率控制信号中的控制码对发射返向信号的返向初始功率Pi进行改变。在本实施方式中，结合图2和图3所示，从航天器的返向初始功率Pi按照第二功率步进ΔP2进行变化调整，其满足：
Pi(n)＝Pi(n-1)+ΔP2×Tpc
式中：Pi(n)为当前控制周期t内的返向初始功率，Pi(n-1)为前一控制周期t内的返向初始功率，Tpc为与所述功率控制字相对应的值，其中，控制码为“00”时，Tpc＝1；控制码为“01”时，Tpc＝-1；控制码为“11”时，Tpc＝0。
根据本发明的方法，根据接收返向信号的信号帧中的控制码，调整从航天器的发射返向信号的返向初始功率Pi，从而保证主航天器接收到的返向信号的返向功率Pf与主航天器中设定的最小返回功率Pmin接近相等，即保证了主航天器接收的从航天器的返向信号的返向信干比Sa与主航天器中的门限信干比St相等，从而避免主航天器和从航天器之间通信的远近效应。进一步保证了通信链路的稳定性。
根据本发明的方法，可实现主航天器与多个从航天器之间进行通信，主航天器通过自动控制各从航天器反射返向信号的功率，有效控制了主航天器与从航天器之间的通信功率，避免了能源的浪费，降低了主航天器和从航天器之间通信链路的能耗。同时，控制主航天器与从航天器之间的通信功率处在合理的范围内，有利于保证主航天器与从航天器的通信设备的使用寿命，进一步保证了主航天器和从航天器的使用寿命。
根据本发明的方法，可实现主航天器与多个从航天器之间进行通信，主航天器通过自动控制各从航天器反射返向信号的功率，避免由于多个从航天器的活动位置不同导致通信不均衡及互相干扰，杜绝远近效应的影响，提升了主航天器和从航天器之间通信的可靠性。
上述内容仅为本发明的具体方案的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于航天器间通信信号的功率控制方法，包括：
S1.从航天器获取主航天器发送的前向参考信号，以及根据所述前向参考信号获取前向参考功率Pr；
S2.所述从航天器根据所述前向参考功率Pr设定返向初始功率Pi，并且所述从航天器以所述返向初始功率Pi向所述主航天器发射返向信号，以请求建立通信连接；
S3.所述主航天器根据所接收到的所述返向信号，并与所述从航天器建立通信连接；
S4.通信连接建立，所述主航天器对接收到的所述从航天器发射的返向信号的返向功率Pf进行评估，并根据所述评估结果向所述从航天器发送功率控制信号。
2.根据权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于，根据所述前向参考信号获取前向参考功率Pr的步骤中，基于所述前向参考信号利用预先设定的自动增益控制值计算出所述前向参考功率Pr。
3.根据权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于，所述从航天器根据所述前向参考功率Pr进行返向初始功率Pi的设定的步骤包括：
S21.所述从航天器获取预先设定的所述主航天器的前向初始功率Pt；
S22.根据获取的所述前向参考功率Pr和所述前向初始功率Pt计算出衰减功率Ploss，其中，Ploss＝Pt-Pr；
S23.所述从航天器获取预先设定的所述主航天器需要接收的返回期望功率Pe，以及功率余量Ps；
S24.根据所述衰减功率Ploss、所述返回期望功率Pe和所述功率余量Ps计算出返向初始功率Pi，其中，Pi＝Pe+Ploss-Ps。
4.根据权利要求3所述的功率控制方法，其特征在于，所述主航天器中预先设定的返向期望功率Pe需要满足：Pmin≤Pe≤Pmax；其中，Pmin和Pmax分别为所述主航天器允许接收的信号的最小返回功率和最大返回功率。
5.根据权利要求4所述的功率控制方法，其特征在于，所述主航天器根据所接收到的所述返向信号，并与所述从航天器建立通信连接的步骤中包括：
S31.所述主航天器接收所述返向信号，以及根据所述返向信号获取返向功率Pf，其中，返向功率Pf是所述从航天器发射的返向信号被所述主航天器接收后的信号功率；
S32.将所述返向功率Pf与所述最小返回功率Pmin比较；
S33.当满足Pf≥Pmin，所述主航天器向所述从航天器发送确认信息，以建立通信连接。
6.根据权利要求5所述的功率控制方法，其特征在于，所述主航天器根据所接收到的所述返向信号，并与所述从航天器建立通信连接的步骤中还包括：
当Pf＜Pmin，所述返向初始功率Pi增加预先设定的第一步进功率ΔP1作为第二返向初始功率，所述从航天器以所述第二返向初始功率向所述主航天器发送第二返向信号，以请求建立通信连接；
直至Pf≥Pmin，所述主航天器向所述从航天器发送确认信息，以建立通信连接。
7.根据权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于，通信连接建立，所述主航天器对接收到的所述从航天器发射的返向信号的返向功率Pf进行评估，并根据所述评估结果向所述从航天器发送功率控制信号的步骤中包括：
S41.设定控制周期t，获取所述控制周期t内接收的所述返向信号的误码率，并基于所述误码率设定门限信干比St；
S42.所述主航天器获得所述控制周期t内接收的所述返向信号的返向信干比Sa；
S42.所述主航天器根据所述返向信干比Sa与所述门限信干比St的比较结果对所述从航天器发射所述返向信号的所述返向初始功率Pi控制。
8.根据权利要求7所述的功率控制方法，其特征在于，所述主航天器根据所述返向信干比Sa与所述门限信干比St的比较结果对所述从航天器发射所述返向信号的所述返向初始功率Pi控制的步骤中包括：
当Sa＞St时，所述主航天器发送前向控制信号控制所述从航天器降低所述返向初始功率Pi；
当Sa＜St时，所述主航天器发送前向控制信号控制所述从航天器升高所述返向初始功率Pi；
当Sa＝St时，所述主航天器发送前向控制信号控制所述从航天器保持所述返向初始功率Pi。
9.根据权利要求8所述的功率控制方法，其特征在于，所述功率控制信号的信号帧嵌入有控制码，
其中，控制码为“00”表示增加功率，控制码为“01”表示减小功率，控制码为“11”表示功率不变。
10.根据权利要求9所述的功率控制方法，其特征在于，所述主航天器对所述从航天器进行功率控制的过程中，所述从航天器的所述返向初始功率Pi按照第二功率步进ΔP2进行调整，其满足：
Pi(n)＝Pi(n-1)+ΔP2×Tpc
式中：Pi(n)为当前控制周期t内的返向初始功率，Pi(n-1)为前一控制周期t内的返向初始功率，Tpc为与所述控制码相对应的值，
其中，控制码为“00”时，Tpc＝1；控制码为“01”时，Tpc＝-1；控制码为“11”时，Tpc＝0。
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