CN108880665B - 一种全双工卫星通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全双工卫星通信系统，包括：一个或多个应答机，其具有：通信信道模块，其被配置为以第一频率接收其它卫星发送的星间信息以及以第二频率向其它卫星发送星间信息，其中第一频率不同于第二频率；测控信道模块，其被配置为以测控频率从地面接收遥控指令以及向地面发送遥测数据，其中测控频率不同于接收频率和发送频率；以及基带处理模块，其被配置为执行S频段信号的基带处理；微波网络，其被配置为执行测控和中继以及进行分路及合路；星地通信天线，其被配置为从地面接收信号和向地面发射信号；以及星间通信天线，其被配置为从其它卫星接收信号和向其它卫星发射信号。通过本发明，可以实现星间全双工通信并且同时实现星间测距和测速。

Description

一种全双工卫星通信系统

技术领域

本发明总体上涉及卫星通信领域，具体而言涉及一种全双工卫星通信系统。

背景技术

星间微波通信已成为信息快速传递的重要手段，由于诸多优点，它在通信、导航等领域中得到了广泛应用，并已成为许多卫星和星座系统的标准和主流配置。现有星间微波通信主要通过VHF、S或Ka等频段的广播分发来进行信息传递和交互。

然而，现有微波星间通信大多需要通过专用的星间通信终端来实现，这将增加卫星的重量、功耗和体积资源。此外，通信以轮流广播分发为主，难以实现实时的全双工数据通信，且不具备星间测距和测速功能。

发明内容

本发明的任务是提供一种全双工卫星通信系统，通过该全双工卫星通信系统，可以实现星间全双工通信并且同时实现星间测距和测速。

根据本发明，该任务通过一种全双工卫星通信系统来实现，该系统包括：

一个或多个应答机，其具有：

通信信道模块，其被配置为以第一频率接收其它卫星发送的星间信息以及以第二频率向其它卫星发送星间信息，其中第一频率不同于第二频率；

测控信道模块，其被配置为以测控频率从地面接收遥控指令以及向地面发送遥测数据，其中测控频率不同于接收频率和发送频率；以及

基带处理模块，其被配置为执行S频段信号的基带处理；

微波网络，其被配置为执行测控和中继以及对星间链路的射频信号进行分路及合路，以保证不同射频信号进入正确的接收和发射通道；

星地通信天线，其被配置为从地面接收信号和向地面发射信号；以及

星间通信天线，其被配置为从其它卫星接收信号和向其它卫星发射信号。

在本发明的一个优选方案中规定，所述一个或多个应答机包括第一应答机和第二应答机，其中第一应答机的通信信道模块和第二应答机的通信信道模块分别被配置为：

以第一频率接收其它卫星发送的星间信息以及以第二频率向其它卫星发送星间信息；和/或

以第二频率接收其它卫星发送的星间信息以及以第一频率向其它卫星发送星间信息。

通过设置多个应答机，可以互不影响地接收和发送信息并且进行测控操作、例如星间测距和测速。在此应当指出，在本发明的教导下，其它数目的应答机也是可设想的。此外，通过由应答机在发送和接收信号时在两个频率之间切换，不仅实现了发送接收的隔离，而且实现了星间通信频率资源占用的最小化。

在本发明的另一优选方案中规定，第一频率和第二频率相差至少50MHz。通过该优选方案，可以良好地实现发射信号与接收信号之间的隔离，从而实现更好的双工通信。

在本发明的一个扩展方案中规定，微波网络还被配置为：

对信号进行低噪声放大；和/或

对信号进行合路和分路；和/或

将接收信号与发送信号进行隔离以实现双工通信。

通过该扩展方案，可以实现更高效的信号接收和信号发射。在本发明的教导下，其它信号处理方案、例如滤波也是可设想的。

在本发明的另一扩展方案中规定，星地通信天线包括：

第一星地接收天线和第一星地发射天线，其放置在卫星的对地面上；以及

第二星地接收天线和第二星地发射天线，其放置在卫星的对天面上。

通过所述扩展方案，可以实现具有良好信号强度的星地通信。

在本发明的又一扩展方案中规定，星间通信天线包括两个星间收发共用天线。通过该扩展方案，可以实现具有良好信号强度的星间通信。

本发明至少具有下列有益效果：(1)通过专用通信基带模块和全双工的通信方式，实现了星间通信的同时兼具星间测距、测速功能，大大提高卫星综合应用效能；(2)采用星地、星间模块一体化设计的方式节约了卫星的质量、功耗和体积资源，节约卫星研制成本；(3)通过在发送和接收信号时在两个频率之间灵活切换，实现了星间通信频率资源占用的最小化，同时保持了星载终端设计的一致化和标准化。

附图说明

下面结合附图参考具体实施例来进一步阐述本发明。

图1示出了根据本发明的全双工卫星通信系统的框图。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。

另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

本发明提供了一种全双工卫星通信系统。在本发明中，通过微波网络优化设计，实现了收发频点的灵活切换，从而达到只利用一组频点即实现多颗卫星全双工通信的目的，在满足信息快速传递的同时，节省了大量频率资源。通过在已有成熟应答机上增加一层通信基带的方式，实现了星间、星地通信的一体化和小型化，同时兼具星间测距、测速功能，提高卫星的可用性。

下面参考附图和实施例进一步阐述本发明。

图1示出了根据本发明的全双工卫星通信系统100的框图。

如图1所示，根据本发明的全双工卫星通信系统100包括应答机101、102、微波网络103和多个天线104-109。在本实施例中，给全双工卫星通信系统100配备了两个应答机、即第一应答机101和第二应答机102，它们分别被配置为以第一频率(或称频点)f1接收其它卫星发送的星间信息以及以第二频率f2向其它卫星发送星间信号并且以第二频率f2接收其它卫星发送的星间信息以及以第一频率f1向其它卫星发送星间信息，其中第一频率f1不同于第二频率f2。应答机101、102在此为一体化应答机。

一体化应答机101、102配置了基带模块、电源、测控信道模块和通信信道模块。测控信道模块负责接收地面发送的遥控指令和发送对地的遥测数据。通信信道模块负责接收其它卫星发送的星间信息和发送对其它卫星的数据信息。测控信道模块和通信信道模块采用小型化设计，例如可完成S频段信号与中频信号的变换、以及滤波放大等功能。独立的测控信道和通信能够保证对地通信和星间通信互不影响，同时应用。在进行星间通信时，采用与测控信道收发频率不同的工作频段，不会影响天、地基测控功能。

基带模块主要完成S频段收发信号的模数转换、基带处理，包括对接收信号进行载波、伪码的快速捕获与跟踪，并完成测距信号的非相干转发。对解扩后的指令数据流进行位同步，将数据和位同步信号送卫星平台，并对卫星平台遥测数据流进行组帧、扩频，数字调制，最后送发射信道。

此外，全双工卫星通信系统100配备了6个天线104-109：其中星地通信天线例如共4个，分别为：两个接收天线、即第一星地接收天线104和第二星地接收天线105；两个发射天线、即第一发射天线105和第二星地发射天线。4个天线104-107分别置于卫星的对地和对天面，形成对地通信的全向覆盖。星间通信天线例如共2个、即第一星间通信天线108和第二星间通信天线109，它们采用收发共用天线，形成星间通信的全向覆盖。

微波网络103例如包括用于信号发射的功放、用于信号接收的低噪放(LNA)和S频段环形器、合路器、分路器及双工器等。微波网络103例如可以完成中继收发信号、地基收发信号及星间通信收发信号的合路及分路，同时实现传输通道的备份功能。

微波网络103通过配备分路器、合路器、环形器和LNA，能够接收和发送例如两路不同频率(f1和f2)的微波信号。两个星间通信天线108-109均为收发共用天线，为避免不同频率的信号间干扰，两个频点保持例如至少约50MHz的频段间隔。当卫星收到其中的一路频率信号时，微波网络将信号传送到通信信道。信道能够自适应识别信号频率，并将接收信号发送给基带模块。基带模块完成信号的处理后发送给卫星综合电子110，以进行接收信息的处理。例如当要进行接收信息的反馈时，选择与接收信息载波频率相异的频点(例如接收频率为f1，则发送频率为f2；接收频率为f2，则发送频率为f1)，进行信息的发送，从而实现与其它卫星的全双工星间微波通信。由于全双工卫星通信系统100使用独立的频率进行全双工通信，因此采用该系统100的卫星在进行星间通信的同时，能够同时实现测距和测速功能。

通过微波网络103的双频点信号接收和发送设计，以及系统100的频率自适应选择设计，使用该系统100的卫星能够自适应地通过f1和f2两个频率与外部的其它卫星进行全双工星间通信。通过系统100，多颗卫星间的全双工通信可以只占用了2个频点资源，大大节省了频率资源。并且由于单机星间通信的频率相同，所有的应答机在通信信道和基带模块及微波网络和天线能够进行标准化和通用化设计，可以提高产品研制效率，降低研制成本。

通过微波网络103，实现了收发频点的灵活切换，从而达到只利用一组频点即实现多颗卫星全双工通信的目的，在满足信息快速传递的同时，节省了大量频率资源。

通过在已有成熟应答机上增加一层通信基带的方式，实现了星间、星地通信的一体化和小型化，同时兼具星间测距、测速功能，提高卫星的可用性。

本发明至少具有下列有益效果：(1)通过专用通信基带模块和全双工的通信方式，实现了星间通信的同时兼具星间测距、测速功能，大大提高卫星综合应用效能；(2)采用星地、星间模块一体化设计的方式节约了卫星的质量、功耗和体积资源，节约卫星研制成本；(3)通过在发送和接收信号时在两个频率之间灵活切换，实现了星间通信频率资源占用的最小化，同时保持了星载终端设计的一致化和标准化。

虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (5)

1.一种全双工卫星通信系统，包括：

第一和第二应答机，其分别具有：

通信信道模块，其中第一应答机的通信信道模块被配置为以第一频率接收其它卫星发送的星间信息以及以第二频率向其它卫星发送星间信息，并且第二应答机的通信信道模块被配置为以第二频率接收其它卫星发送的星间信息以及以第一频率向其它卫星发送星间信息，其中第一频率不同于第二频率；

测控信道模块，其被配置为以测控频率从地面接收遥控指令以及向地面发送遥测数据，其中测控频率不同于接收频率和发送频率，其中星间通信的工作频段不同于测控信道的收发频率；以及

基带处理模块，其被配置为执行S频段信号的基带处理；

微波网络，其被配置为执行测控和中继以及对星间链路的射频信号进行分路及合路，以保证不同射频信号进入正确的接收和发射通道，其中所述微波网络还被配置为将接收信号与发送信号进行隔离以实现双工通信；

星地通信天线，其被配置为从地面接收信号和向地面发射信号；以及

星间通信天线，其被配置为从其它卫星接收信号和向其它卫星发射信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中第一频率和第二频率相差至少50MHz。

3.根据权利要求1所述的系统，其中微波网络还被配置为：

对信号进行低噪声放大；和/或

对信号进行合路和分路。

4.根据权利要求1所述的系统，其中星地通信天线包括：

第一星地接收天线和第一星地发射天线，其放置在卫星的对地面上；以及

第二星地接收天线和第二星地发射天线，其放置在卫星的对天面上。

5.根据权利要求1所述的系统，其中星间通信天线包括两个星间收发共用天线。

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