CN109379167B - 近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输系统及方法，属于卫星总体设计领域。本发明提供了一种基于DVB‑S2协议的可变编码调制数据传输系统及方法，充分利用近地遥感卫星数据传输的链路资源，采用可变编码调制(VCM)体制，充分利用系统链路余量，提高卫星星地数据传输效能；利用DVB‑S2协议，在满足误码率和链路余量的条件下，选择最优的编码调制方式，使得单位时间内所传输的有效信息量最大。本发明提出的方法可以最大限度地适应由于近地遥感卫星的轨道变化所带来的不断变化的信道条件和信道容量，在有限的频谱资源上传输更多的数据信息，十分适合应用于近地遥感卫星对地数据传输。

Description

近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输系统及方法

技术领域

本发明涉及近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输系统及方法，属于卫星总体设计领域。

背景技术

近年来，随着我国遥感技术的发展，各类型载荷的技术飞跃和空间应用为遥感卫星对地观测任务的实现奠定了基础。在高分辨率对地观测任务中，卫星载荷会产生海量的观测数据，这些数据需要通过星-地数传链路传输回地面站。执行对地观测任务的低轨遥感卫星，大多采用太阳同步轨道，通常每天过境圈数仅约15圈，每圈过境的时间也非常短，仅约7～10min，这就决定了能用于进行星-地数据传输的时间很短，因此，需要不断的提高下行数传链路的传输速率，才能满足日益增长的海量载荷数据的传输需求。

目前，我国遥感卫星普遍采用X频段进行星地数据传输，常用的调制方式为QPSK，调制速率约150～450Mbps。为满足遥感卫星对数据传输能力的需求，卫星数传链路设计主要从两个方面进行技术改进：一方面向提升传统X频段带宽利用率方向发展，如X频段双圆极化复用技术，通过利用不同极化的正交特性，将2路不同数据在同一频带内分隔开来，从而将带宽内的通信容量提升一倍，这种方式已在2012年发射的资源三号卫星上得到了在轨验证，达到国际领先水平，且被后续的遥感卫星普遍采用；再如采用更高阶的调制方式，同时配合LDPC等具有高编码增益的信道编码，可在带宽不变的情况下传输更高的码速率。这些方式的优点是地面站X频段接收技术成熟，但局限之处依然在于X频段带宽十分有限。另一方面向新的、更高的工作频段拓展，如Ka频段，相比于X频段的375MHz带宽，Ka频段可达到1.5GHz以上的带宽，这使其在遥感卫星对地数传的应用上具有显著优势，但将地面站改造成为Ka波段需要投入大量的经费和时间成本。综上，研究通过新型数传体制以进一步提高X频段数传链路的传输效能十分必要。

在传统低轨遥感卫星数据传输系统设计中，为了保证链路可用度，往往按照最差的信道条件来设计系统，即在最大的传播距离损耗和雨天时最低仰角的降雨衰减情况下，链路余量仍需要满足不小于3dB的要求。依此条件确定了调制编码方式、码速率、发射EIRP等传输体制和参数后，在任务过程中这些设置往往是恒定不变的，即数据传输系统采取的是固定编码调制体制(constant coding modulation，CCM)。根据低轨遥感卫星的轨道特点，在卫星单次对地面站传输的过程中，地面站的接收仰角先增大再减少，对应的传输距离先减小再增大。当接收仰角最大时，传输距离最小，信号空间衰减、大气损耗、雨衰等也最小。因此，CCM的传输体制虽然实现简单，但是信道条件由差变好时，仍然按照信道条件最坏时的方式来进行数据传输，就极大的浪费了宝贵的链路资源。

以一颗轨道高度为505km的某遥感卫星为例，星地最远传输距离为2090km，若考虑在一轨传输过程中由于仰角和距离变化产生的系统余量，单次传输过程中，由于空间衰减、雨衰等减小带来的链路余量的波动可高达约15dB，如图1所示(图中曲线中的拐点是由于雨衰参数分段选取造成的)，即随着地面站天线接收仰角的增大，相应的链路余量也不断增大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于DVB-S2协议的可变编码调制数据传输方案，可以应用于近地遥感卫星的星地数据传输系统，充分利用了近地遥感卫星系统星地数据传输链路余量，提高了数据传输效能。

本发明的技术解决方案是：近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输系统，包括卫星系统和地面系统；

所述卫星系统包括星载导航接收机、星载计算机和可变编码调制器，所述星载计算机包括轨道计算模块、链路计算模块、编码调制方式选择模块和存储模块；星载导航接收机接收本卫星的位置信息并传输至轨道计算模块；所述轨道计算模块根据接收到的位置信息和预先存储在存储模块中的地面站位置参数计算卫星运行信息，并将卫星运行信息输出至链路计算模块；所述链路计算模块接收卫星运行信息和地面站位置参数，结合预先存储在存储模块中的预设链路参数计算地面接收载噪比，并输出至编码调制方式选择模块；所述编码调制方式选择模块根据载噪比选择并确定最优的调制编码方式，可变编码调制器切换至该最优的调制编码方式，向地面系统传输数据，使得当前传输数据的链路最小限度满足传输误码率和链路余量的要求；所述数据包括用于识别调制编码方式的编码调制参数；

所述地面系统包括地面接收天线、自适应解调器，所述地面接收天线接收数据，经低噪声放大和下变频后，输出至自适应解调器，所述自适应解调器根据数据中的编码调制参数识别编码调制方式，选择并切换至对应的解调方式对数据进行解调，然后输出至后续设备进行处理。

进一步地，所述编码调制方式选择模块根据载噪比选择并确定最优的调制编码方式，具体为：根据载噪比计算每种编码调制方式所对应的链路余量，筛选出满足链路余量要求的编码调制方式，再计算每种满足链路余量要求的编码调制方式的信息率，选择信息率最大的编码调制方式作为最优的调制编码方式。

进一步地，所述编码调制方式选择模块根据载噪比计算每种编码调制方式所对应的链路余量M_i，具体为：

其中，

C/N₀为载噪比，R_S为调制符号率，T_i为满足误码率要求的解调门限，Loss_demo为调制解调损耗。

进一步地，所述编码调制方式选择模块根据载噪比选择并确定最优的调制编码方式，载噪比C/N₀为：

其中，EIRP为有效全向辐射功率，Loss_point为指向损耗，Loss_space为空间衰减，Loss_a为大气损耗，Loss_rain为雨衰，Loss_polar为极化损耗，G/T为地面站参数值，Boltzmann为波尔兹曼常数。

进一步地，所述调制编码方式为满足DVB-S2协议的VCM方式。

进一步地，所述调制编码方式为BCH-LDPC级联编码。

近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输方法，包括如下步骤：

S1，接收本卫星的位置信息，并根据接收到的位置信息和预先存储的地面站位置参数计算卫星运行信息；

S2，接收卫星运行信息和地面站位置参数，并结合预先存储的预设链路参数计算地面接收载噪比；

S3，根据载噪比选择并切换至最优的调制编码方式向地面传输数据，使得当前传输数据的链路最小限度满足传输误码率和链路余量的要求；所述数据包括用于识别调制编码方式的编码调制参数；

S4，接收数据，经低噪声放大和下变频后，根据数据中的编码调制参数识别编码调制方式，选择并切换至对应的解调方式对数据进行解调，然后将解调后的数据输出至后续设备进行处理。

进一步地，所述的选择最优的调制编码方式的方法为：根据载噪比计算每种编码调制方式所对应的链路余量，筛选出满足链路余量要求的编码调制方式，再计算每种满足链路余量要求的编码调制方式的信息率，选择信息率最大的编码调制方式作为最优的调制编码方式。

进一步地，所述计算每种编码调制方式所对应的链路余量M_i的方法为：

其中，

C/N₀为载噪比，R_S为调制符号率，T_i为满足误码率要求的解调门限，Losss_demo为调制解调损耗。

进一步地，所述载噪比的计算方法为：

其中，Loss_point为指向损耗，Loss_space为空间衰减，Loss_a为大气损耗，Loss_rain为雨衰，Loss_polar为极化损耗，G/T为地面站参数值，Boltzmann为波尔兹曼常数。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供了一种基于DVB-S2协议的可变编码调制数据传输系统及方法，充分利用近地遥感卫星数据传输的链路资源，采用可变编码调制(VCM)体制，充分利用系统链路余量，提高卫星星地数据传输效能；

(2)本发明方法利用DVB-S2协议，在满足误码率和链路余量的条件下，选择最优的编码调制方式，使得单位时间内所传输的有效信息量最大；

(3)本发明提出的方法可以最大限度地适应由于近地遥感卫星的轨道变化所带来的不断变化的信道条件和信道容量，在有限的频谱资源上传输更多的数据信息，十分适合应用于近地遥感卫星对地数据传输。

附图说明

图1是卫星单次数据传输过程中的链路余量变化；

图2是本发明提出的一种星地间自适应编码调制数据传输方案的系统配置及原理框图；

图3是本发明提出的一种星地间自适应编码调制数据传输方案中卫星系统(1)工作流程图；

图4是本发明提出的一种星地间自适应编码调制数据传输方案中卫星系统(1)VCM物理层数据帧结构示意图；

图5是本发明提出的一种星地间自适应编码调制数据传输方案中地面系统(2)工作流程图；

图6是卫星一次数据传输过程中的仰角变化示意图；

图7是卫星一次数据传输过程中的距离变化示意图；

图8是卫星一次数据传输过程中地面接收C/N₀变化示意图；

图9是卫星一次数据传输过程中编码调制方式切换过程示意图；

图10是VCM模式下卫星一次数据传输过程中信道容量变化曲线图。

具体实施方式

本发明的技术解决方案是：如图1，在有限的数据传输时间和信道带宽内，同时在满足传输误码率要求和链路余量要求的条件下，充分利用由于卫星轨道位置的变化带来的链路余量的变化，通过选取不同的调制编码方式进行切换使用，以获得尽可能大的信息吞吐量，地面系统根据调制编码协议进行自适应解调。实际应用中，系统设计的重点在于卫星如何结合其轨道和链路信息，选择最优的调制编码方式，并通过切换指令驱动不同方式之间的切换。

考虑到常规传输体制在一次数据传输任务过程中，系统余量的变化主要是由于空间衰减(由星地距离决定)和雨衰(由地面站位置、传输仰角决定)等引起的，因此，可在卫星上预先配置好数据传输链路模型，将载波频率、星上发射EIRP、指向损耗、极化损耗、地面站G/T值、调制解调损耗等作为模型中的可预设参数，将实时的当前时刻、轨道位置、地面站位置等作为模型中的时变参数，以固定的时间步距进行星地接收仰角、星地距离、雨衰以及地面接收载噪谱密度比的计算，从而在满足误码率和链路余量的条件下，选择最优的编码调制方式，使得有效信息速率尽可能大。

综上，星地间自适应调制编码数据传输方案的系统配置图如图2所示。该方案由卫星系统1和地面系统2两大部分组成。

如图3，在卫星系统1中，星载导航接收机3通过星载导航接收天线4接收GPS导航卫星或北斗导航卫星的导航信号，完成卫星的实时定位和定轨，并将卫星当前的位置、速度和时间PVT数据输出至星载计算机5。星载计算机5中的轨道计算模块6利用接收到的PVT数据和事前存储在存储模块9中的预设参数地面站位置参数进行轨道计算和外推，将计算得到的星地位置信息输出至星载计算机5的链路计算模块7，链路计算模块7利用该位置信息和事前存储在存储模块9中的预设链路参数载波频率、星上发射EIRP、指向损耗、极化损耗、地面站G/T值、调制解调损耗等进行链路估计，将估计结果输出至编码调制方式选择模块8进行最优调制编码方式的选择，并输出切换指令至可变编码调制器12。编码调制器12根据指令要求的编码调制方式对来自待调制信号源11的基带数字信号进行调制后，发送至后端滤波器113、功率放大器14和滤波器215进行信号滤波和放大，最终通过星载数传天线16形成无线射频信号，并将其辐射至地面系统2。星载数传天线16通常为机械转动点波束天线，其波束指向角度可以通过星载计算机4中的天线伺服控制模块10进行控制。

在地面系统2中，地面接收天线17接收星载数传天线16辐射出的无线射频信号，送至低噪声放大器18。地面接收天线17自带伺服控制系统，可以自动跟踪并锁定由卫星发送的无线射频信号。低噪声放大器18对射频信号进行低噪声放大之后，送至下变频器19进行下变频，并将变频后的中频信号送至自适应解调器20进行解调。自适应解调器20可以对解调得到的基带数据进行误码率测量，同时将基带数据输出至基带数据处理设备21进行后续处理。

基于图2的系统配置下，其工作流程按照卫星系统1和地面系统2两部分分别描述下。

(1)卫星系统工作流程描述

卫星系统工作流程如图3所示。

第1步，星载导航接收机3通过星载导航接收天线4接收来自GPS导航卫星或北斗导航卫星的L频段导航信号，并对导航信号进行捕获和跟踪，获得原始观测数据，并进行定位解算，得到以Δt1为周期的卫星PVT数据，并将该PVT数据以相同的周期Δt1输出至星载计算机5。

第2步，星载计算机5中的轨道计算模块利用周期为Δt1的PVT数据进行轨道计算和外推，并根据事先预存在存储模块9中的地面站位置参数，得到以Δt2为周期的星-地间距离S(单位为km)、接收仰角ε(单位为°)以及星载数传天线16的指向信息，其中星-地间距离S和接收仰角信息ε用于星地间数据传输链路计算和评估，星载数传天线16的指向信息用于天线伺服控制模块10对天线波束指向的控制。

第3步，星载计算机5中的链路计算模块7根据接收到的星地距离S、接收仰角ε等信息，结合事先预存在存储模块9中的载波频率f₀(单位为MHz)、星上发射EIRP(单位为dBW)、指向损耗Losspoint(单位为dB)、大气损耗Lossa(单位为dB)、极化损耗Losspolar(单位为dB)、地面站G/T(单位为dB/K)值、调制解调损耗Lossdemo(单位为dB)等参数，按照公式(1)进行以Δt2为周期的地面接收载噪谱密度比C/N₀(单位为dBHz)计算，从而进行数据传输质量的估计。

式中：

Loss_space——空间衰减，单位为dB，利用载波频率f₀和星地距离S，按公式(2)计算；

Loss_space＝32.4+20×lg(f₀×S) (2)

Loss_rain——雨衰，单位为dB，利用按ITU-R P6.18-10中推荐的方法计算；

Boltzmann——波尔兹曼常数，取值-228.6，单位为dbW/HzK。

第4步，星载计算机5中的编码调制方式选择模块6利用地面接收载噪谱密度比，根据调制码速率RS(单位为sps；工程应用中，通常设计为固定值)，在满足误码率BER和链路余量Mthreshold(单位为dB)的前提下，在DVB-S2协议推荐的编码调制方式集A＝{a_i，i＝1，2，3...28}(如表1所示，以帧长为64800bit的普通FEC帧和工程中常用的BER＝10-7为例，编码方式采用BCH-LDPC级联编码，其中外码为BCH码，内码为LDPC码)中选择最优的编码调制方式，使得当前链路的有效信息速率Ri(单位为bps)最大。表1DVB-S2中推荐的编码调制组合及其解调特性(帧长64800bit的普通FEC帧，BER＝10^-7)

具体计算流程为：

利用公式(3)计算当调制符号率为RS时，各种编码调制模式所对应的信息速率Ri。

R_i＝R_b×η_i (3)

式中，i用来表示所对应的编码调制方式序号，i＝1,2,3…28。

利用公式(4)计算在当前计算周期中，地面接收载噪谱密度比为C/N₀时，所对应的

利用公式(5)计算各种编码调制模式所对应的链路余量Mi。

求取集合M＝{M_i，i＝1，2，3...28}的子集M′＝{M_j，j＝n₁，n₂...n_N}，N≤28，使得M中的各元素均满足M_j≥M_threshold；于是可以组成集合R＝{R_j，j＝n₁，n₂...n_N}，求该集合中元素的极大值

则序号为n_k所对应的编码调制方式

即为当前计算周期所选取的最优编码调制方式。

若当前计算周期所得的最优编码调制方式与上一周期结果相同，则无需进行切换，仍维持上一周期的最优编码调制方式进行调制；若当前计算周期所得的最优编码调制方式与上一周期结果不同，则先维持执行中的编码调制方式不变，同时标记当前周期的最优编码调制方式代码和启动计数器清零并加1操作，直至计数器累计连续P个计算周期所得的最优编码调制方式均与标记中的编码调制方式一致，则将当前周期的最优编码调制方式代码写入切换指令，发送至可变编码调制器12，以完成其编码调制方式的切换控制。

第5步，可变编码调制器12接收到切换指令后，根据指令要求对来自待调制信号源11的信号进行相应的BCH-LDPC级联编码和星座映射，并形成满足DVB-S2协议的VCM物理层帧，具体帧格式见图4所示。再经过成形滤波、D/A和微波矢量调制后，形成已调信号，最终通过由滤波器一13、功率放大器14、滤波器二13和星载数传天线16组成的射频通道，辐射至地面系统的地面接收天线17。

(2)地面系统工作流程描述

地面系统工作流程如图5所示。

第1步，地面接收天线17在其自身的伺服控制系统的控制下，首先根据预先设置的卫星轨道，进行对卫星的程控跟踪，即控制地面接收天线波束始终指向卫星系统来波方向。当接收到射频信号后，对信号进行自动跟踪并锁定，转入自跟踪模式。地面接收天线17将接收到的射频信号向后输出。

第2步，低噪声放大器18对接收到的射频信号进行低噪声放大，并输出至下变频器9进行下变频，得到中频信号并向后输出。

第3步，自适应解调器20对接收到的中频信号进行自适应解调。首先对信号进行A/D转换，并进行BPSK解调，得到帧头数据，从中识别出编码调试方式，再对信息数据进行相应的解调、均衡和译码，得到基带数据信号，送至后端基带数据处理设备12进行后续的处理和存储。

下面结合轨道高度为505km的某传输型光学测绘卫星的可变编码调制数据传输系统方案的具体实施案例对本发明做进一步详细的说明。

该卫星的可变编码调制数据传输系统方案采用图2所示的配置，由卫星系统1和地面系统2两大部分组成。

在卫星系统1中，星载导航接收机3采用双频GPS接收机，通过L频段的星载导航接收天线4接收来自GPS导航卫星的L1和L2频段导航信号，并对其进行捕获、跟踪和实时定位解算。导航接收机3将卫星在每个整秒时刻的位置数据输出至星载计算机5，即Δt1＝1s。星载计算机5的轨道计算模块6利用接收到的卫星整秒位置数据进行轨道计算和外推，并结合所选地面站的经纬度和高程信息，计算卫星与地面站之间的距离S和接收仰角ε。链路计算模块7利用该距离信息，以及预先存储在存储模块9中链路参数进行链路估计，将估计结果输出至编码调制方式选择模块8进行最优调制编码方式的选择，并输出切换指令至可变编码调制器12。可变编码调制器12根据指令要求的编码调制方式对来自待调制信号源11的基带数字信号进行调制后，发送至后端滤波器一13、功率放大器14和滤波器二15进行信号滤波和放大，最终通过星载数传天线16形成无线射频信号，并将其辐射至地面系统2。星载数传天线16为机械转动点波束天线，其波束指向角度可以通过星载计算机4中的天线伺服控制模块10进行控制。

在地面系统2中，地面接收天线17接收星载数传天线16辐射出的无线射频信号，送至低噪声放大器18。地面接收天线17自带伺服控制系统，可以自动跟踪并锁定由卫星发送的无线射频信号。低噪声放大器18对射频信号进行低噪声放大之后，送至下变频器19进行下变频，并将变频后的中频信号送至自适应解调器20进行解调。自适应解调器20可以对解调得到的基带数据进行误码率测量，同时将基带数据输出至基带数据处理设备21进行后续处理。

下面以建立完成图2的系统搭建后，一次飞经国内密云地面站、时长约为560s的数据传输弧段为算例，将卫星系统1和地面系统2的工作流程分别进行描述。

(1)卫星系统工作流程描述

第1步，星载导航接收机3通过L频段星载导航接收天线4接收来自GPS导航卫星的L1和L2频段导航信号，并对其进行捕获、跟踪和实时定位解算，同时将卫星在每个整秒时刻的PVT数据通过1553B总线输出至星载计算机5，即Δt1＝1s，位置精度可达10m(3轴，1σ)。

第2步，星载计算机5中的轨道计算模块利用周期为Δt1＝1s的PVT数据进行轨道计算和外推，并根据事先预存在存储模块9中的密云地面站经纬度及高程信息，得到以Δt2＝5s为周期的星-地间距离S(单位为km)和接收仰角ε(单位为°)和星载数传天线16的指向信息，其中星-地间距离S和接收仰角信息ε用于星地间数据传输链路计算和评估。下图6和图7所示即为本算例的全弧段S及ε的计算结果。星载数传天线16的指向信息用于天线伺服控制模块10对天线波束指向的控制。

第3步，星载计算机5的链路计算模块7根据接收到的星地距离S、接收仰角ε等信息，结合事先预存在存储模块9中的链路参数，按照公式(1)进行Δt2＝5s的地面接收载噪谱密度比C/N₀的预算。本算例中的链路参数取值具体为：

载波载波频率f_Q＝8212MHz(设计值)；

发射ERIP＝24.5dBW(设计值)；

指向损耗Loss_point＝1dB(设计值)；

大气损耗Loss_Q＝1dB(估计值)；

极化损耗Loss_polar＝2dB(估计值)；

地面站G/T＝33dB/K(设计值)；

调制解调损耗取Loss_demo＝6dB(实测值)。

另外，从简化计算量的角度考虑，工程中可将公式(1)中的雨衰Loss_rain预先按照ITU-R P6.18-10中推荐的方法进行计算后，根据接收仰角的范围进行分段定值选取，本算例中，按照密云地面站，取：

Loss_rain＝3.5dB，当5°≤ε≤10°；

Loss_rain＝2dB，当10°≤ε＜20°；

Loss_rain＝1dB，当20°≤ε＜30°；

Loss_rain＝0.8dB，当30°≤ε≤90°。

根据以上参数，得到本算例的全弧段C/N₀计算结果见图8所示。

第4步，星载计算机5中的编码调制方式选择模块6利用每周期C/N₀的预算结果，根据调制码速率R_S＝300Msps，在满足误码率BER＝10^-7和链路余量M_threshold＝4dB的条件下，在DVB-S2协议推荐的编码调制方式集A＝{a_i，i＝1，2，3...28}(如表1所示)中选择最优的编码调制方式，使得当前链路的有效信息速率R_i(单位为bps)最大。

首先，利用公式(3)计算当R_S＝300Msps时，各种编码调制模式所对应的信息率Ri，结果见表2所示。

利用公式(4)计算在当前周期中，地面接收载噪比密度为C/N₀时，各种编码调制模式所对应的

以弧段起始时刻为T₀＝0s,取本算例中的T＝50s为例，即第11个计算周期，此时的C/N₀＝103.06dBHz，则

的计算结果为18.29dBHz。再利用公式(5)计算各种编码调制模式所对应的链路余量集合M_i，结果见表2所示。

表2卫星系统流程第4步计算结果(以第11个计算周期为例)

求取集合M＝{M_i，i＝1，2，3...28}的子集M′＝{M_j，j＝n₁，n₂...n_N}，使得M′中的各元素均满足M_i≥4dB，则可得到M′＝{M_j，j＝1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14}，且N＝14。于是可组成集合R＝{M_j，j＝1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14}，求该集合中元素的极大值

即n_k＝14，其所对应的编码调制方式为8PSK(3/4BCH-LDPC级联编码)，即为当前第11个计算周期所选取的最优编码调制方式。

以上述方法可计算得到各计算周期的最优编码调制方式。

若当前计算周期所得的最优编码调制方式与上一周期结果相同，则无需进行切换，仍维持上一周期的最优编码调制方式进行调制；若当前计算周期所得的最优编码调制方式与上一周期结果不同，则从系统效率最优的角度考虑，星载计算机将即时向可变编码调制器12发出编码调制方式切换指令，即P＝1。

按照上述步骤，得到卫星本次数据传输过程中的编码调制切换过程如图9所示。

如图10所示，按此过程切换，随着卫星飞行过程中轨道位置的变化和编码调制方式的切换，数据传输信道容量呈现先增大，再减小的变化，其整轨所传输的信息总量较传统CCM模式下所能传输的总量提升近36.5％。

第5步，可变编码调制器12接收到切换指令后，根据指令要求对来自待调制信号源11的信号进行相应的BCH-LDPC级联编码和星座映射，并形成满足DVB-S2协议的VCM物理层帧，具体帧格式见图4所示。再经过成形滤波、D/A和微波矢量调制后，形成已调信号，最终通过由滤波器一13、功率放大器14、滤波器二13和星载数传天线16组成的射频通道，辐射至地面系统的地面接收天线17。

(2)地面系统工作流程描述

第1步，地面接收天线17在其自身的伺服控制系统的控制下，首先根据预先设置的卫星轨道，进行对卫星的程控跟踪，即控制地面接收天线波束始终指向卫星系统来波方向。当接收到射频信号后，对信号进行自动跟踪并锁定，转入自跟踪模式。地面接收天线17将接收到的射频信号向后输出。

第2步，低噪声放大器18对接收到的射频信号进行低噪声放大，并输出至下变频器9进行下变频，得到中频信号并向后输出。

第3步，自适应解调器20对接收到的中频信号进行自适应解调。首先对信号进行A/D转换，并进行BPSK解调，得到帧头数据，从中识别出编码调试方式，再对信息数据进行相应的解调、均衡和译码，得到基带数据信号，送至后端基带数据处理设备12进行后续的处理和存储。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输系统，其特征在于：包括卫星系统(1)和地面系统(2)；

所述卫星系统(1)包括星载导航接收机(3)、星载计算机(5)和可变编码调制器(12)，所述星载计算机(5)包括轨道计算模块(6)、链路计算模块(7)、编码调制方式选择模块(8)和存储模块(9)；星载导航接收机(3)接收本卫星的位置信息并传输至轨道计算模块(6)；所述轨道计算模块(6)根据接收到的位置信息和预先存储在存储模块(9)中的地面站位置参数计算卫星运行信息，并将卫星运行信息输出至链路计算模块(7)；所述链路计算模块(7)接收卫星运行信息和地面站位置参数，结合预先存储在存储模块(9)中的预设链路参数计算地面接收载噪比，并输出至编码调制方式选择模块(8)；所述编码调制方式选择模块(8)根据载噪比选择并确定最优的调制编码方式，可变编码调制器(12)切换至该最优的调制编码方式，向地面系统(2)传输数据，使得当前传输数据的链路最小限度满足传输误码率和链路余量的要求；所述数据包括用于识别调制编码方式的编码调制参数；

所述地面系统(2)包括地面接收天线(17)、自适应解调器(20)，所述地面接收天线(17)接收数据，经低噪声放大和下变频后，输出至自适应解调器(20)，所述自适应解调器(20)根据数据中的编码调制参数识别编码调制方式，选择并切换至对应的解调方式对数据进行解调，然后输出至后续设备进行处理；

所述编码调制方式选择模块(8)根据载噪比选择并确定最优的调制编码方式，具体为：根据载噪比计算每种编码调制方式所对应的链路余量，筛选出满足链路余量要求的编码调制方式，再计算每种满足链路余量要求的编码调制方式的信息率，选择信息率最大的编码调制方式作为最优的调制编码方式；

所述编码调制方式选择模块(8)根据载噪比计算每种编码调制方式所对应的链路余量M_i，具体为：

其中，

C/N₀为载噪比，R_S为调制符号率，T_i为满足误码率要求的解调门限，Loss_demo为调制解调损耗，

为符号信噪比。

2.根据权利要求1所述的近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输系统，其特征在于：所述编码调制方式选择模块(8)根据载噪比选择并确定最优的调制编码方式，载噪比C/N₀为：

其中，EIRP为有效全向辐射功率，Loss_point为指向损耗，Loss_space为空间衰减，Loss_a为大气损耗，Loss_rain为雨衰，Loss_polar为极化损耗，G/T为地面站参数值，单位为dB/K，Boltzmann为波尔兹曼常数。

3.根据权利要求1所述的近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输系统，其特征在于：所述调制编码方式为满足DVB-S2协议的VCM方式。

4.根据权利要求3所述的近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输系统，其特征在于：所述调制编码方式为BCH-LDPC级联编码。

5.近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1，接收本卫星的位置信息，并根据接收到的位置信息和预先存储的地面站位置参数计算卫星运行信息；

S2，接收卫星运行信息和地面站位置参数，并结合预先存储的预设链路参数计算地面接收载噪比；

S3，根据载噪比选择并切换至最优的调制编码方式向地面传输数据，使得当前传输数据的链路最小限度满足传输误码率和链路余量的要求；所述数据包括用于识别调制编码方式的编码调制参数；

S4，接收数据，经低噪声放大和下变频后，根据数据中的编码调制参数识别编码调制方式，选择并切换至对应的解调方式对数据进行解调，然后将解调后的数据输出至后续设备进行处理；

所述的选择最优的调制编码方式的方法为：根据载噪比计算每种编码调制方式所对应的链路余量，筛选出满足链路余量要求的编码调制方式，再计算每种满足链路余量要求的编码调制方式的信息率，选择信息率最大的编码调制方式作为最优的调制编码方式；

所述计算每种编码调制方式所对应的链路余量M_i的方法为：

其中，

C/N₀为载噪比，R_S为调制符号率，T_i为满足误码率要求的解调门限，Loss_demo为调制解调损耗，

为符号信噪比。

6.根据权利要求5所述的近地遥感卫星自适应可变编码调制数据传输方法，其特征在于：所述载噪比的计算方法为：

其中，Loss_point为指向损耗，Loss_space为空间衰减，Loss_a为大气损耗，Loss_rain为雨衰，Loss_polar为极化损耗，G/T为地面站参数值，单位为dB/K，Boltzmann为波尔兹曼常数。

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