CN108449126B - 一种多星地面组网远程对接测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多星地面组网远程对接测试系统，属于航天任务大型地面试验领域。该系统包括L颗待测卫星、K套卫星模拟器、空间信道模拟器、J套地面测试设备，所述待测卫星与空间信道模拟器之间远程连接，两者之间传输的射频信号延时为固定延迟T；空间信道模拟器，计算得到K+L颗卫星、J套地面测试设备间的上行、下行和星间链路时延和频偏，采用计算得到的频偏，修正待测卫星、卫星模拟器和地面测试设备之间的射频信号的频偏，同时，采用计算到的时延T1减去固定延迟T，修正每颗待测卫星与卫星模拟器、地面测试设备之间的射频信号的时延，按照修正后延时T1‑T，将所收到的射频信号延时之后，转发至相应的卫星模拟器、地面测试设备或者待测卫星。

Description

一种多星地面组网远程对接测试系统

技术领域

本发明一种多星地面组网远程对接测试系统，适用于北斗三号系统星间链路地面试验，以及其他航天任务大型地面试验，属于卫星导航测试技术领域。

背景技术

随着中国北斗卫星导航系统的建设，逐步从服务亚太地区的北斗二号区域导航系统发展成为服务全球的北斗三号全球导航系统，其最大的变化就是引入星间链路技术，将多颗卫星互联在一起，实现卫星之间的信息传输和交换，其功能主要是让星与星之间实现了通信、测距，进而提升导航系统的自主可控能力。通过星间链路，将实现北斗卫星全球系统自主导航。提供测定轨道和授时精度，并减少对地面布站的依赖，有效降低系统的运行管理成本，极大提高战时系统抗摧毁能力。

由于卫星发射成本高昂，社会影响大，为了确保北斗型号任务万无一失，在卫星发射前需要开展大量地面试验，全部试验开销可以达到型号总经费的一半左右，地面试验在北斗型号任务中的地位举足轻重。两家卫星总体单位航天五院和上海微小卫星创新研究院研制的北斗卫星技术状态存在差异，需要两种技术状态的真实卫星互联互通开展星间链路试验，才能充分验证星间链路网络层协议的匹配性；需要多个卫星节点组网构成一定规模的星座，与星间链路管理系统、运行控制系统、测控系统等地面测控设备进行实时信号信息交互，才能充分验证系统间接口及信息处理流程的匹配性和协调性和自主导航等功能的可行性。

传统的单星单链路地面综合对接试验，两家卫星总体单位分别研制代表各自真实卫星部分单机技术状态的卫星模拟器，搬移到对方卫星厂房开展针对特定功能的对接试验。单独研制卫星模拟器成本高，只能实现部分真实卫星功能，可验证项目有限；卫星模拟器与真实卫星的技术状态存在差异，对接试验的真实性有限；由于总经费有限，卫星厂房面积有限，不宜研制生产多套卫星模拟器和大量地面测试设备放置在卫星厂房与待测真实卫星开展多星组网对接试验。因此，传统的单星单链路地面综合对接试验只能完成星间链路接口匹配性验证和链路层验证；不能实现网络层协议层验证。

传统的单星单链路地面综合对接试验无法完成上述验证任务，必须开展有两家卫星厂房中真实卫星参加的多星多链路综合对接试验。然而北斗系统的两家卫星总体单位航天五院、上海微小卫星创新研究院分别位于北京和上海，将卫星总装厂房的待测卫星及大量配套保障设备在发射前进行上千公里的搬移开展综合对接试验并不现实，需要解决射频信号远距离(上千公里)传输才能实现多星多链路异地综合对接试验。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提出一种多星地面组网远程对接测试系统，解决北斗三号系统星间链路地面试验问题。

本发明的技术解决方案是：一种多星地面组网远程对接测试系统，该系统包括L颗待测卫星、K套卫星模拟器、空间信道模拟器、J套地面测试设备，所述卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备之间有线连接，待测卫星与空间信道模拟器之间远程连接，L≥1，K≥1，J≥1，其中：

K套卫星模拟器，每套卫星模拟器用于实时模拟一颗导航卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；

J套地面测试设备，每套地面测试设备用于实时模拟地面运控站、地面测控站、星间链路运管站或者用户终端，发送地面射频信号至空间信道模拟器；

L颗待测卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；

L颗待测卫星、K套卫星模拟器、J套地面测试设备接收经空间信道模拟器转发的其他设备发送的射频信号，对其进行下变频、解扩、解调，得到数据，完成多星多链路对接测试；

待测卫星与空间信道模拟器之间传输的射频信号延时为固定延迟T；

空间信道模拟器，接收K套卫星模拟器、J套地面测试设备和L颗被测卫星发送的射频信号，仿真K+L颗卫星、J套地面测试设备间的全部上行、下行、星间链路的信道特性，计算得到K+L颗卫星、J套地面测试设备间的上行、下行和星间链路时延和频偏，采用计算得到的频偏，修正待测卫星、卫星模拟器和地面测试设备之间的射频信号的频偏，同时，采用计算到的时延T1减去固定延迟T，修正每颗待测卫星与卫星模拟器、地面测试设备之间的射频信号的时延，按照修正后延时T1-T，将所收到的射频信号延时T1-T之后，转发至相应的卫星模拟器、地面测试设备或者待测卫星。

所述的待测卫星、卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备具备同步的基准时频信号，所述基准时频信号包括基准时钟信号和秒脉冲信号。

基准时频信号同步方法为：所述卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备使用同一个原子钟分频得到同步的基准时钟信号和秒脉冲信号；待测卫星采用与地面测试设备相同规格的原子钟分频得到时钟信号得到基准时钟信号，该采样信号与地面测试设备同频；待测卫星输出本地秒脉冲信号，并通过有线通信传输至地面测试设备，地面测试设备测量待测卫星输出秒脉冲信号与本地秒脉冲信号的钟差，根据该钟差信息，生成调钟指令，将调钟指令通过L频段上行注入链路发送给待测卫星，待测卫星据此调整秒脉冲信号，实现待测卫星与卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备的秒脉冲信号同步。

所述待测卫星通过如下方法与空间信道模拟器通信，实现固定延时T，具体包括发送端的步骤和接收端的步骤：

发送端的步骤如下：

(1)、将N个通道待传输的射频信号进行下变频获得中频信号，之后对中频信号进行模/数转换、低通滤波、抽取、数字AGC、量化处理，得到N个通道数字信号，N≥1；

(2)、将N个通道数字信号打包构成N个通道数据包，每个通道数据包包括包头和对应通道数字信号，其中包头包括包序号、通道号、时间戳、量化位数，所述时间戳为通道数据包打包时刻，所述包序号顺序递增；

(3)、发送端将N个通道数据包通过时分复用方法组成串行数据，并将其发送至接收端；

接收端的解析接收到的串行数据，得到N个通道数据包，并根据通道号，将同一通道数据包存储至接收缓冲区中，之后，接收端对每个通道的通道数据包执行如下步骤：

(4)、解析通道数据包，得到包序号，根据包序号，对接收缓冲区中的通道数据包先进行乱序重排处理再进行丢包填充，得到无丢包乱序的连续数据包，并将其存储至输出缓冲区；

(5)、轮询输出缓冲区中的通道数据包，解析出时间戳信息和量化位数，以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定时间T，根据量化位数提取相应的通道数字信号，对其依次进行插值、低通滤波、数/模转换和上变频处理，恢复出传输的射频信号。

所述固定时间T大于串行数据从发送端到接收端的最大传输时间。

所述发送端和接收端通过光纤或者商用数据线通信。

步骤(4)中的乱序重排处理过程为：

(4.1)、按照先入先出的原则，将接收缓冲区中的通道数据包提取出来，存入可容纳M个通道数据包的第一临时缓冲区中，所述M大于相邻两个包序号的通道数据包乱序后的最大间距，并初始化所期待包序号的值为0；

(4.2)、根据所期待包序号的值，遍历第一临时缓冲区中各个通道数据包的包头，以查看所期待包序号对应的通道数据包是否在第一临时缓冲区中，如果所期待包序号对应的通道数据包在第一临时缓冲区中，则将该通道数据包从第一临时缓冲区中读出存入第二临时缓冲区中，则从接收缓冲区中读取下一个通道数据包填入第一临时缓冲区中，填入位置即为最新读出通道数据包的位置，进入步骤(4.3)，否则，直接进入步骤(4.3)；

(4.3)、更新所期待包序号，重复步骤(4.2)～步骤(4.3)，直至接收缓冲区中的全部通道数据包全部处理完毕。

步骤(4)中所述丢包填充处理过程为：

(4.4)、从第二临时缓冲区依次读取通道数据包，判断当前通道数据包序号与期待包序号是否相同，相同，则将当前通道数据包存入输出缓冲区，进入步骤(4.5)；否则，将认为有丢包情况出现，此时填入一包数据为全0的数据包至输出缓冲区，进入步骤(4.5)；

(4.5)、更新所期待包序号，重复步骤(4.4)～步骤(4.5)，直至将第二缓冲区中的通道数据包全部排列在输出缓冲区中。

所述步骤(5)中以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定时间T的具体方法为：首先，在同一时刻，分别向发送端和接收端发送发送控制指令数据包和接收指令数据包，发送端在接收到发送控制指令数据包之后收到一个秒脉冲信号时，开始采集AD转化后的数据并组包发送；接收端则接受到接收控制指令后收到一个秒脉冲信号后，以秒脉冲为基准，等待固定时延T再开始将输出缓冲区中的通道数字信号送往DA转换器进行DA转换，在等待的这段时间内，如接收端接收到了发送端发来的数据，则暂存在输出缓冲区中而不送往DA转换器进行DA转换。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明通过射频信号远程传输方法，实现了异地的多个测试系统间多条射频链路互联互通，共同构建一个包含多个真实系统、多个卫星节点、功能完善的综合仿真测试系统；

(2)、本发明通过固定时延的处理方法，解决了通信中的传输时延不稳定问题，实现处于异地卫星厂房的真实卫星在地面互联互通，解决了北斗三号系统在地面开展多星多链路异地综合对接试验的难题；

(3)、本发明提出了一种丢包填充方法，解决了传输数据包丢包问题；

(4)、本发明提出了一种乱序重排方法，解决了传输数据包乱序问题。

附图说明

图1为本发明实施例一种多星地面组网远程对接测试系统组成框图；

图2为本发明实施例基于光纤传输的采样恢复设备原理图；

图3为本发明实施例基于商用数据传输的采样恢复设备原理图；

图4为本发明实施例传输数据包乱序重排流程；

图5为本发明实施例传输数据包丢包填充流程；

图6为本发明实施例基于光纤的射频信号远距离传输系统组成；

图7为本发明实施例基于商用数据专线的射频信号远距离传输系统组成。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种多星地面组网远程对接测试系统，该系统包括L颗待测卫星、K套卫星模拟器、空间信道模拟器、J套地面测试设备，所述卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备之间有线连接，待测卫星与空间信道模拟器之间远程连接，L≥1，K≥1，J≥1，其中：

K套卫星模拟器，每套卫星模拟器用于实时模拟一颗导航卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；所述卫星射频信号包括：RNSS下行导航信号、Ka频段星间链路信号、S频段非相干遥测信号、S频段扩跳遥测信号；

J套地面测试设备，每套地面测试设备用于实时模拟地面运控站、地面测控站、星间链路运管站或者用户终端，发送地面射频信号至空间信道模拟器；所述地面射频信号包括L频段上行注入信号、Ka频段星间链路信号、S频段非相干遥控信号、S频段扩跳遥控信号；

L颗待测卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；

L颗待测卫星、K套卫星模拟器、J套地面测试设备接收经空间信道模拟器转发的相应的射频信号，对其进行下变频、解扩、解调，得到数据，完成多星多链路对接测试；

待测卫星与空间信道模拟器之间传输的射频信号延时为固定延迟T；

空间信道模拟器，接收K套卫星模拟器、J套地面测试设备和L颗被测卫星发送的射频信号，仿真K+L颗卫星、J套地面测试设备间的全部上行、下行、星间链路的信道特性，如卫星和地面收发设备间相对运动引起的多普勒效应、电离层延迟、对流层延迟、多径效应等，以及卫星与卫星之间相对运动引起的星间链路多普勒效应等，计算得到K+L颗卫星、J套地面测试设备间的上行、下行和星间链路时延和频偏，采用计算得到的频偏，修正待测卫星、卫星模拟器和地面测试设备之间的射频信号的频偏，同时，采用计算到的时延T1减去固定延迟T，修正每颗待测卫星与卫星模拟器、地面测试设备之间的射频信号的时延，按照修正后延时T1-T，将所收到的射频信号延时T1-T之后，转发至相应的卫星模拟器、地面测试设备或者待测卫星。例如，空间信道模拟器计算出来的某待测卫星与地面测试设备间的延时为76ms，固定延时为20ms时，空间信道模拟器收到待测卫星的信号之后，延时56ms之后，再将信号转发给地面测试设备，相应地，地面测试设备的射频信号需要通过空间信道模拟器转发至该待测卫星时，空间信道模拟器也将该射频信号延时56ms之后，再将其转发至待测卫星。

所述的待测卫星、卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备具备同步的基准时频信号，所述基准时频信号包括基准时钟信号和秒脉冲信号。

基准时频信号同步方法为：所述卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备使用同一个原子钟分频得到同步的基准时钟信号和秒脉冲信号；待测卫星采用与地面测试设备相同规格的原子钟分频得到时钟信号得到基准时钟信号，该采样信号与地面测试设备同频；待测卫星输出本地秒脉冲信号，并通过有线通信传输至地面测试设备，地面测试设备测量待测卫星输出秒脉冲信号与本地秒脉冲信号的钟差，根据该钟差信息，生成调钟指令，将调钟指令通过L频段上行注入链路发送给待测卫星，待测卫星据此调整秒脉冲信号，实现待测卫星与卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备的秒脉冲信号同步。

如图2所示和图3所示，所述待测卫星通过如下方法与空间信道模拟器通信，实现固定延时T，具体包括发送端的步骤和接收端的步骤：

发送端的步骤如下：

(1)、将N个通道待传输的射频信号进行下变频获得中频信号，之后对中频信号进行模/数转换、低通滤波、抽取、数字AGC、量化处理，得到N个通道数字信号，N≥1；

(2)、将N个通道数字信号打包构成N个通道数据包，每个通道数据包包括包头和对应通道数字信号，其中包头包括包序号、通道号、时间戳、量化位数，所述时间戳为通道数据包打包时刻，所述包序号顺序递增；

(3)、发送端将N个通道数据包通过时分复用方法组成串行数据，并将其发送至接收端；

接收端的解析接收到的串行数据，得到N个通道数据包，并根据通道号，将同一通道数据包存储至接收缓冲区中，之后，接收端对每个通道的通道数据包执行如下步骤：

(4)、解析通道数据包，得到包序号，根据包序号，对接收缓冲区中的通道数据包先进行乱序重排处理再进行丢包填充，得到无丢包乱序的连续数据包，并将其存储至输出缓冲区；

(5)、轮询输出缓冲区中的通道数据包，解析出时间戳信息和量化位数，以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定时间T，根据量化位数提取相应的通道数字信号，对其依次进行插值、低通滤波、数/模转换和上变频处理，恢复出传输的射频信号。

所述固定时间T大于串行数据从发送端到接收端的最大传输时间。

所述发送端和接收端通过光纤或者商用数据线通信。

如图4所示，步骤(4)中的乱序重排处理过程为：

(4.1)、按照先入先出的原则，将接收缓冲区中的通道数据包提取出来，存入可容纳M个通道数据包的第一临时缓冲区中，所述M大于相邻两个包序号的通道数据包乱序后的最大间距，并初始化所期待包序号的值为0；

(4.2)、根据所期待包序号的值，遍历第一临时缓冲区中各个通道数据包的包头，以查看所期待包序号对应的通道数据包是否在第一临时缓冲区中，如果所期待包序号对应的通道数据包在第一临时缓冲区中，则将该通道数据包从第一临时缓冲区中读出存入第二临时缓冲区中，则从接收缓冲区中读取下一个通道数据包填入第一临时缓冲区中，填入位置即为最新读出通道数据包的位置，进入步骤(4.3)，否则，直接进入步骤(4.3)；

(4.3)、更新所期待包序号，重复步骤(4.2)～步骤(4.3)，直至接收缓冲区中的全部通道数据包全部处理完毕。

如图5所示，步骤(4)中所述丢包填充处理过程为：

(4.4)、从第二临时缓冲区依次读取通道数据包，判断当前通道数据包序号与期待包序号是否相同，相同，则将当前通道数据包存入输出缓冲区，进入步骤(4.5)；否则，将认为有丢包情况出现，此时填入一包数据为全0的数据包至输出缓冲区，进入步骤(4.5)；

(4.5)、更新所期待包序号，重复步骤(4.4)～步骤(4.5)，直至将第二缓冲区中的通道数据包全部排列在输出缓冲区中。

所述步骤(5)中以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定时间T的具体方法为：首先，在同一时刻，分别向发送端和接收端发送发送控制指令数据包和接收指令数据包，发送端在接收到发送控制指令数据包之后收到一个秒脉冲信号时，开始采集AD转化后的数据并组包发送；接收端则接受到接收控制指令后收到一个秒脉冲信号后，以秒脉冲为基准，等待固定时延T再开始将输出缓冲区中的通道数字信号送往DA转换器进行DA转换，在等待的这段时间内，如接收端接收到了发送端发来的数据，则暂存在输出缓冲区中而不送往DA转换器进行DA转换。

实施例

北斗系统的专用大型地面测试系统与北斗系统同步建设、同步发展。作为综合试验验证平台，对体制、接口、业务流程等开展综合对接试验，可以优化方案，确认总体技术状态，大幅减少系统建设过程中的状态更改与反复，提升工程建设质量、降低建设风险。北斗系统的软硬件设备直接或等效集成于地面测试系统中，以一定的设备规模代表北斗系统的技术状态，在传统的单星单链路地面对接试验完成点对点接口验证后，通过综合对接试验闭环验证多星多站间的路由协议、信号流、信息流和控制流，验证星地一体化网络拓扑及业务流程，确认系统的总体技术状态，并反馈于北斗系统研制、进一步固化技术状态。

北斗系统的专用大型地面测试系统建设的航天九院机房，距离航天五院卫星厂房几公里，距离上海卫星厂房一千余公里，为本发明的一个实施例，可以实现航天九院北斗地面测试系统与航天五院卫星厂房、上海卫星厂房待测卫星的多星多链路异地综合对接试验，完成星间链路网络层和协议层验证。

如图6和图7所示，北斗系统的专用大型地面测试系统包括卫星厂房待测卫星、远端采样恢复设备、本地端采样恢复设备、传输线路(G652单模光纤或商用数据专线)、k个卫星模拟器、空间信道模拟器、j个地面测试设备，其中远端采样恢复设备和本地端采样恢复设备用来实现远程射频传输的发送端或者接收端的步骤，k个卫星模拟器、空间信道模拟器、j个地面测试设备都在本地机房。

(1)、远端卫星厂房1(距离本地端几十千米以内)待测卫星的n路下行信号和1PPS时钟信号通过基于光纤(G652单模光纤)传输至本地机房，将本地机房m路上行信号传输至卫星厂房1待测卫星；将远端卫星厂房2(距离本地端几百千米以外)待测卫星的n路下行信号和1PPS时钟信号通过商用数据专线(交换机和长途商用数据专线)传输至本地机房，将本地机房m路上行信号传输至卫星厂房1待测卫星；使卫星厂房1和卫星厂房2的待测卫星在地面测试系统中等效于2套放置在本地机房的卫星模拟器，并且与其他卫星模拟器有互换性。

(2)、卫星厂房1的待测卫星与卫星厂房2的待测卫星技术状态不一致，分别代表两家卫星总体单位研制卫星的技术基线；本地机房的k套卫星模拟器有的与卫星厂房1待测卫星对外技术状态一致，有的与卫星厂房2待测卫星对外技术状态，分别代表两家卫星总体单位研制卫星的技术基线，与组网卫星的组成、功能划分、内部协议、硬件设计、软件代码、对外接口保持一致。

(3)、本地机房的空间信道模拟器能同时模拟(k+2)颗卫星与j套地面测试设备间的全部上行、下行、星间链路的信道特性，如卫星和地面设备间相对运动引起的多普勒效应、电离层延迟、对流层延迟、多径效应等，以及卫星与卫星之间相对运动引起的星间链路多普勒效应等。

(4)、本地机房地面测试设备与北斗系统地面设备技术状态一致，代表北斗系统地面控制设备，包括：运行控制模拟设备、测控模拟设备、星间链路运行管理模拟设备、用户终端。

运行控制模拟设备，代表真实运控系统的技术状态，形成由主控站、注入站和监测站组成的地面运行控制网，实现与之相关的系统间接口和业务流程。

测控模拟设备，代表真实测控系统在星座长期运行段的技术状态，主要实现星座组网阶段、星座正常运行阶段和星座补网阶段等多种空间段状态下的星座管理。

星间链路运行管理模拟设备，可从网络层、应用层对星间链路系统进行演示验证。

用户终端，包括北斗接收机等，接收卫星信号进行导航定位。

(5)、卫星厂房1和卫星厂房2的待测卫星分别将其输出1PPS信号传输至本地机房，在本地机房分别测得卫星厂房1和卫星厂房2的待测卫星与本地机房地面测试系统之间的钟差，作为修正量通过上行信号链路分别上注给卫星厂房1和卫星厂房2的待测卫星，使卫星厂房1和卫星厂房2的待测卫星与本地机房地面测试系统的时间同步。

(6)、通过射频信号远距离传输方法，该系统将异地卫星厂房待测卫星的输入输出信号接入本地机房，(k+2)颗卫星和j套地面测试设备共同构建的地面测试系统，实现两家卫星总体单位分别研制的北斗系统真实组网卫星在地面互联互通，使卫星节点数量和链路条数能够完成北斗系统星间链路网络层和协议层的验证需求。

上述系统利用基于光纤的射频信号远距离传输方法传递北斗导航卫星L上行注入信号、RNSS下行导航信号、Ka星间链路收发信号、S非相关遥控遥测收发信号、S扩跳遥控遥测信号、1PPS时钟信号，实现了航天九院北斗地面测试系统与航天五院卫星厂房待测卫星的对接测试；利用基于商用数据专线的射频信号远距离传输技术传递北斗导航卫星L上行注入信号、RNSS下行导航信号、Ka星间链路收发信号、S非相干遥控遥测收发信号、S扩跳遥控遥测信号、1PPS时钟信号，实现航天九院北斗地面测试系统与上海卫星厂房待测卫星的对接测试。使卫星厂房待测卫星可以等效为放置在本地机房的卫星模拟器，并且与其他卫星模拟器有互换性，通过放置在航天九院北斗地面测试系统机房的空间信道模拟器，实现两家卫星厂房待测卫星互联互通。

另外，上述系统用代表北斗系统真实卫星对外技术状态的卫星模拟器、代表北斗系统地面设备技术状态的地面测试设备、卫星厂房待测卫星、模拟全部上行、下行、星间链路信道特性的空间信道模拟器，统一时间体系，共同构建一个包含多个真实系统、多个卫星节点、功能完善的综合近实时仿真测试系统，全面仿真模拟北斗系统真实运行状态，能够开展北斗系统星间链路网络层和协议层验证任务。

由此可见，本发明不仅能够实现异地卫星厂房待测卫星之间互联互通，扩大参试设备规模，可以完成北斗系统传统单链路对接试验所不能验证的多星系统级试验项目，验证北斗系统星间链路的网络层与协议层；降低对接专用设备需求，节约研制经费，缩短对接试验研制周期；减少参试设备拆卸组装，参试人员差旅；可推广至其他航天任务，对航天器研发和航天任务组织模式产生革命性影响。

本发明未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于包括L颗待测卫星、K套卫星模拟器、空间信道模拟器、J套地面测试设备，所述卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备之间有线连接，待测卫星与空间信道模拟器之间远程连接，互为发送端和接收端，L≥1，K≥1，J≥1，其中：

K套卫星模拟器，每套卫星模拟器用于实时模拟一颗导航卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；

J套地面测试设备，每套地面测试设备用于实时模拟地面运控站、地面测控站、星间链路运管站或者用户终端，发送地面射频信号至空间信道模拟器；

L颗待测卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；

L颗待测卫星、K套卫星模拟器、J套地面测试设备接收经空间信道模拟器转发的其他设备发送的射频信号，对其进行下变频、解扩、解调，得到数据，完成多星多链路对接测试；

待测卫星与空间信道模拟器之间传输的射频信号延时为固定延迟T；

空间信道模拟器，接收K套卫星模拟器、J套地面测试设备和L颗被测卫星发送的射频信号，仿真K+L颗卫星、J套地面测试设备间的全部上行、下行、星间链路的信道特性，计算得到K+L颗卫星、J套地面测试设备间的上行、下行和星间链路时延和频偏，采用计算得到的频偏，修正待测卫星、卫星模拟器和地面测试设备之间的射频信号的频偏，同时，采用计算到的延时T1减去固定延迟T，修正每颗待测卫星与卫星模拟器、地面测试设备之间的射频信号的时延，按照修正后延时T1-T，将所收到的射频信号延时T1-T之后，转发至相应的卫星模拟器、地面测试设备或者待测卫星；所述固定延迟T大于串行数据从发送端到接收端的最大传输时间。

2.根据权利要求1所述的一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于：所述的待测卫星、卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备具备同步的基准时频信号，所述基准时频信号包括基准时钟信号和秒脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于基准时频信号同步方法为：所述卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备使用同一个原子钟分频得到同步的基准时钟信号和秒脉冲信号；待测卫星采用与地面测试设备相同规格的原子钟分频得到时钟信号得到基准时钟信号，该基准时钟信号与地面测试设备同频；待测卫星输出本地秒脉冲信号，并通过有线通信传输至地面测试设备，地面测试设备测量待测卫星输出秒脉冲信号与本地秒脉冲信号的钟差，根据该钟差信息，生成调钟指令，将调钟指令通过L频段上行注入链路发送给待测卫星，待测卫星据此调整秒脉冲信号，实现待测卫星与卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备的秒脉冲信号同步。

4.根据权利要求1所述的一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于：所述待测卫星通过如下方法与空间信道模拟器通信，实现固定延迟T，具体包括发送端的步骤和接收端的步骤：

发送端的步骤如下：

(1)、将N个通道待传输的射频信号进行下变频获得中频信号，之后对中频信号进行模/数转换、低通滤波、抽取、数字AGC、量化处理，得到N个通道数字信号，N≥1；

(2)、将N个通道数字信号打包构成N个通道数据包，每个通道数据包包括包头和对应通道数字信号，其中包头包括包序号、通道号、时间戳、量化位数，所述时间戳为通道数据包打包时刻，所述包序号顺序递增；

(3)、发送端将N个通道数据包通过时分复用方法组成串行数据，并将其发送至接收端；

接收端的解析接收到的串行数据，得到N个通道数据包，并根据通道号，将同一通道数据包存储至接收缓冲区中，之后，接收端对每个通道的通道数据包执行如下步骤：

(4)、解析通道数据包，得到包序号，根据包序号，对接收缓冲区中的通道数据包先进行乱序重排处理再进行丢包填充，得到无丢包乱序的连续数据包，并将其存储至输出缓冲区；

(5)、轮询输出缓冲区中的通道数据包，解析出时间戳信息和量化位数，以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定延迟T，根据量化位数提取相应的通道数字信号，对其依次进行插值、低通滤波、数/模转换和上变频处理，恢复出传输的射频信号。

5.根据权利要求4所述的一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于所述发送端和接收端通过光纤或者商用数据线通信。

6.根据权利要求4所述的一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于步骤(4)中的乱序重排处理过程为：

(4.1)、按照先入先出的原则，将接收缓冲区中的通道数据包提取出来，存入可容纳M个通道数据包的第一临时缓冲区中，所述M大于相邻两个包序号的通道数据包乱序后的最大间距，并初始化所期待包序号的值为0；

(4.2)、根据所期待包序号的值，遍历第一临时缓冲区中各个通道数据包的包头，以查看所期待包序号对应的通道数据包是否在第一临时缓冲区中，如果所期待包序号对应的通道数据包在第一临时缓冲区中，则将该通道数据包从第一临时缓冲区中读出存入第二临时缓冲区中，则从接收缓冲区中读取下一个通道数据包填入第一临时缓冲区中，填入位置即为最新读出通道数据包的位置，进入步骤(4.3)，否则，直接进入步骤(4.3)；

(4.3)、更新所期待包序号，重复步骤(4.2)～步骤(4.3)，直至接收缓冲区中的全部通道数据包全部处理完毕。

7.根据权利要求4所述的一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于步骤(4)中所述丢包填充处理过程为：

(4.4)、从第二临时缓冲区依次读取通道数据包，判断当前通道数据包序号与期待包序号是否相同，相同，则将当前通道数据包存入输出缓冲区，进入步骤(4.5)；否则，将认为有丢包情况出现，此时填入一包数据为全0的数据包至输出缓冲区，进入步骤(4.5)；

(4.5)、更新所期待包序号，重复步骤(4.4)～步骤(4.5)，直至将第二缓冲区中的通道数据包全部排列在输出缓冲区中。

8.根据权利要求4所述的一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于所述步骤(5)中以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定延迟T的具体方法为：首先，在同一时刻，分别向发送端和接收端发送控制指令数据包和接收指令数据包，发送端在接收到发送控制指令数据包之后收到一个秒脉冲信号时，开始采集AD转化后的数据并组包发送；接收端则接收到接收控制指令后收到一个秒脉冲信号后，以秒脉冲为基准，等待固定延迟T再开始将输出缓冲区中的通道数字信号送往DA转换器进行DA转换，在等待的这段时间内，如接收端接收到了发送端发来的数据，则暂存在输出缓冲区中而不送往DA转换器进行DA转换。

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