CN110356595B - 一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统 - Google Patents

一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统 Download PDF

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CN110356595B CN201910500387.XA CN201910500387A CN110356595B CN 110356595 B CN110356595 B CN 110356595B CN 201910500387 A CN201910500387 A CN 201910500387A CN 110356595 B CN110356595 B CN 110356595B
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Abstract

本发明提供一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，位置条件计算单元按照被测航天器和通信目标的真实运动轨道信息、被测航天器和干扰源之间的真实运动轨道信息，模拟航天器与通信目标之间的相对运动、航天器与干扰源之间的相对运动，形成模拟的位置条件组；然后轨道动态模拟单元采用位置条件组模拟干扰信号与基带信号，同时传输信道模拟单元采用位置条件组模拟由于航天器与通信目标、干扰源之间的位置变化引入的信号功率动态变化过程，使得被测航天器与其在轨实际工作条件一致，有效减小了现有模拟条件与被测航天器在轨运动过程中的误差，使被测航天器工作于更真实的干扰场景中，提高了抗干扰测试的准确性。

Description

一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统
技术领域
本发明属于通信抗干扰领域，尤其涉及一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统。
背景技术
复杂的电磁干扰环境对航天器通信系统工作性能提出了严峻挑战，包括单频、脉冲、扫频、窄带、宽带及各种组合干扰等多种干扰类型。抗干扰性能是航天器的一个重要指标，因此在航天器测试中，抗干扰性能测试是一个重要的测试项目。抗干扰性能包括通信抗干扰性能和测距抗干扰性能。被测航天器作为接收端，需要测试设备模拟与之通信的其他目标发射信号，通信信息及测距信息调制于发射信号上，发射信号经过受扰信道传输至被测航天器，被测航天器使用抗干扰算法对接收到信号进行解析，恢复通信信息及测距信息。其中由测试设备模拟的通信目标与被测航天器需具有位置相对变化，此定义为目标位置条件，同样干扰源与被测航天器需具有位置相对变化，定义为干扰位置条件，两者共同构成为位置条件组。抗干扰性能测试所涉及的目标位置条件主要有静态条件、线性动态模拟条件、三角波动态模拟条件、正弦波动态模拟条件等。上述目标位置条件针对航天器接收设备动态接收性能具备一定的模拟验证能力，但航天器实际在轨运动场景远复杂于上述目标位置条件所能模拟的运动场景，使用该目标位置条件下测得的抗干扰性能结果对航天器在轨实际工作性能进行预示仍存在一定的不确定性。同样，由于抗干扰性能测试场景中干扰源可能来自于地面或轨道上，被测航天器受此类具有强目的性的干扰的影响由干扰位置条件直接影响，在不考虑干扰位置条件时干扰场景模拟准确度降低。另外，由于位置条件算法复杂耗时较长，在进行细颗粒度的时间步进轨道动态干扰场景模拟时不利于实时性数据处理。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，能够准确模拟航天器与通信目标之间的相对运动、航天器与干扰源之间的相对运动，使被测航天器工作于更真实的干扰场景中，提高了抗干扰测试的准确性。
一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，包括干扰信号源、基带信息模拟单元、位置条件获取单元、轨道动态模拟单元、传输信道模拟单元、第一变频器、第二变频器以及合路器；
所述干扰信号源与基带信息模拟单元分别作为干扰源和通信目标，且分别用于生成干扰信号与基带信号；
所述位置条件获取单元用于获取两组以上的位置条件组，其中，所述位置条件组包括被测航天器与通信目标的模拟距离、被测航天器与干扰源的模拟距离、被测航天器与通信目标的径向相对速度以及被测航天器与干扰源的径向相对速度；
所述轨道动态模拟单元用于根据所述位置条件组生成被测航天器与通信目标的传输时延与多普勒频偏、被测航天器与干扰源的传输时延与多普勒频偏；还用于将被测航天器与通信目标的传输时延与多普勒频偏加载到所述基带信号上、将被测航天器与干扰源的传输时延与多普勒频偏加载到所述干扰信号上；
所述第一变频器用于将加载了传输时延与多普勒频偏的干扰信号上变频至被测航天器所在测试场景的所需频点；
所述第二变频器用于将加载了传输时延与多普勒频偏的基带信号上变频至被测航天器的通信频点；
所述传输信道模拟单元用于分别根据被测航天器与通信目标的模拟距离、被测航天器与干扰源的模拟距离生成被测航天器与通信目标的空间衰减系数、被测航天器与干扰源的空间衰减系数；还用于分别按照两个空间衰减系数将上变频后的干扰信号和基带信号作对应的衰减；
所述合路器用于将衰减后的干扰信号和基带信号合成一路后发送给被测航天器，实现干扰场景的模拟。
进一步地，所述被测航天器与通信目标的模拟距离的获取方法包括以下步骤：
S101：在地心第一坐标系中，分别在任意连续的4个时间点tj-1，tj，tj+1，tj+2获取被测航天器的位置三轴分量(x1,y1,z1)、通信目标的位置三轴分量(x2,y2,z2)；
S102：根据如下公式计算被测航天器与通信目标的待拟合模拟距离rs：
Figure BDA0002090009010000031
S103：采用二次曲线分别对时间点tj-1，tj，tj+1对应的待拟合模拟距离rs、时间点tj，tj+1，tj+2对应的待拟合模拟距离rs进行拟合，得到两条拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)；
S104：根据拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)确定[tj,tj+1)时间段内的插值曲线
Figure BDA0002090009010000032
Figure BDA0002090009010000041
S105：以(tj+1-tj)/N为步长，对插值曲线
Figure BDA0002090009010000046
进行插值，得到N个插值量，其中，N至少为2；
S106：将N个插值量作为最终的被测航天器与通信目标的模拟距离，其中，一个插值量对应一组位置条件组。
进一步地，所述被测航天器与干扰源的模拟距离的获取方法包括以下步骤：
S201：在地心第一坐标系中，分别在任意连续的4个时间点tj-1，tj，tj+1，tj+2获取被测航天器的位置三轴分量(x1,y1,z1)、干扰源的位置三轴分量(x3,y3,z3)；
S202：根据如下公式计算被测航天器与干扰源的待拟合模拟距离rN：
Figure BDA0002090009010000042
S203：采用二次曲线分别对时间点tj-1，tj，tj+1对应的待拟合模拟距离rN、时间点tj，tj+1，tj+2对应的待拟合模拟距离rN进行拟合，得到两条拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)；
S204：根据拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)确定[tj,tj+1)时间段内的插值曲线
Figure BDA0002090009010000043
Figure BDA0002090009010000044
S205：以(tj+1-tj)/N为步长，对插值曲线
Figure BDA0002090009010000045
进行插值，得到N个插值量，其中，N至少为2；
S206：将N个插值量作为最终的被测航天器与干扰源的模拟距离，其中，一个插值量对应一组位置条件组。
进一步地，所述被测航天器与通信目标的径向相对速度的获取方法包括以下步骤：
S301：在地心第一坐标系中，分别在任意连续的4个时间点tj-1，tj，tj+1，tj+2获取被测航天器的位置三轴分量(x1,y1,z1)与速度三轴分量(x'1,y'1,z'1)、通信目标的位置三轴分量(x2,y2,z2)与速度三轴分量(x'2,y'2,z'2)；
S302：根据如下公式计算被测航天器与通信目标的待拟合径向相对速度vs：
Figure BDA0002090009010000051
S303：采用二次曲线分别对时间点tj-1，tj，tj+1对应的待拟合径向相对速度vs、时间点tj，tj+1，tj+2对应的待拟合径向相对速度vs进行拟合，得到两条拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)；
S304：根据拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)确定[tj,tj+1)时间段内的插值曲线
Figure BDA0002090009010000052
Figure BDA0002090009010000053
S305：以(tj+1-tj)/N为步长，对插值曲线
Figure BDA0002090009010000054
进行插值，得到N个插值量，其中，N至少为2；
S306：将N个插值量作为最终的被测航天器与通信目标的径向相对速度，其中，一个插值量对应一组位置条件组。
进一步地，所述被测航天器与干扰源的径向相对速度的获取方法包括以下步骤：
S401：在地心第一坐标系中，分别在任意连续的4个时间点tj-1，tj，tj+1，tj+2获取被测航天器的位置三轴分量(x1,y1,z1)与速度三轴分量(x'1,y'1,z'1)、干扰源的位置三轴分量(x3,y3,z3)与速度三轴分量(x'3,y'3,z'3)；
S402：根据如下公式计算被测航天器与通信目标的待拟合径向相对速度vN：
Figure BDA0002090009010000061
S403：采用二次曲线分别对时间点tj-1，tj，tj+1对应的待拟合径向相对速度vN、时间点tj，tj+1，tj+2对应的待拟合径向相对速度vN进行拟合，得到两条拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)；
S404：根据拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)确定[tj,tj+1)时间段内的插值曲线
Figure BDA0002090009010000062
Figure BDA0002090009010000063
S405：以(tj+1-tj)/N为步长，对插值曲线
Figure BDA0002090009010000064
进行插值，得到N个插值量，其中，N至少为2；
S406：将N个插值量作为最终的被测航天器与干扰源的径向相对速度，其中，一个插值量对应一组位置条件组。
进一步地，被测航天器与通信目标的传输时延ds与多普勒频偏Δfs、被测航天器与干扰源的传输时延dN与多普勒频偏ΔfN具体计算方法如下：
Figure BDA0002090009010000065
其中，fs为通信目标传输中频信号的中心频率，fN为干扰源发射中频信号的中心频率，
Figure BDA0002090009010000066
为被测航天器与通信目标的模拟距离，
Figure BDA0002090009010000067
为被测航天器与干扰源的模拟距离，
Figure BDA0002090009010000071
为被测航天器与通信目标的径向相对速度，
Figure BDA0002090009010000072
为被测航天器与干扰源的径向相对速度，c为光速。
进一步地，被测航天器与通信目标的空间衰减系数Ls、被测航天器与干扰源的空间衰减系数LN具体计算方法如下：
Figure BDA0002090009010000073
其中，λs为第一变频器与第二变频器输出信号的波长，λN为干扰信号载波波长，
Figure BDA0002090009010000074
为被测航天器与通信目标的模拟距离，
Figure BDA0002090009010000075
为被测航天器与干扰源的模拟距离。
有益效果：
1、本发明提供一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，位置条件计算单元按照被测航天器和通信目标的真实运动轨道信息、被测航天器和干扰源之间的真实运动轨道信息，模拟航天器与通信目标之间的相对运动、航天器与干扰源之间的相对运动，形成模拟的位置条件组，从而创新性地将轨道动态条件应用于复杂干扰源运动场景；然后轨道动态模拟单元接收位置条件计算单元发送的位置条件组对干扰信号与基带信号进行模拟，同时传输信道模拟单元接收位置条件计算单元发送的位置条件组，模拟由于航天器与通信目标、干扰源之间的位置变化引入的信号功率动态变化过程，使得被测航天器与其在轨实际工作条件一致，有效减小了现有模拟条件与被测航天器在轨运动过程中的误差，使被测航天器工作于更真实的干扰场景中，提高了抗干扰测试的准确性；
由此可见，本发明提供的干扰场景模拟系统，使用软件式的运行方式，通过配置轨道信息匹配被测航天器及其通信目标，将基带信息内容模拟为与被测航天器通信协议相一致，即可完成工作场景的测试配置，减少了测试过程中的人为干预，适用于不同航天器的抗干扰性能测试，尤其适用于被测航天器与其他航天器之间、被测航天器与地面目标之间的干扰场景模拟，被测航天器受其他航天器干扰、被测航天器受地面目标干扰的干扰场景模拟，推广应用范围广，实用性好，可复用性强，可集成于通用测试软件中，易于实现自动化测试，并降低了测试成本。
2、本发明提供一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，采用二次曲线模拟方法分别对被测航天器与通信目标的模拟距离、被测航天器与干扰源的模拟距离、被测航天器与通信目标的径向相对速度以及被测航天器与干扰源的径向相对速度进行插值，细化了模拟过程颗粒度，提高位置条件计算单元计算结果实时性，进而保证轨道动态模拟单元对干扰信号和基带信号的模拟精度，传输动态模拟单元对空间衰减系数的模拟精度。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统的原理框图；
图2为本发明提供的地心第一坐标系示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，该图为本实施例提供的一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统的原理框图。一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，包括干扰信号源、基带信息模拟单元、位置条件获取单元、轨道动态模拟单元、传输信道模拟单元、第一变频器、第二变频器以及合路器。
所述干扰信号源与基带信息模拟单元分别作为干扰源和通信目标，且分别用于生成干扰信号与基带信号；其中，干扰信号源基于任意波形发生器生成在传输信道上叠加的多类型干扰信号，且干扰类型、干扰功率等干扰信号设置参数由外部参数控制；基带信息模拟单元用于模拟与被测航天器通信的通信目标，基带信号包括通信基带数据和测距基带数据，且通信基带数据和测距基带数据包含具体通信帧及测距帧的详细格式，该格式及内容可编辑。
所述位置条件获取单元用于获取位置条件组，其中，所述位置条件组包括被测航天器与通信目标的模拟距离、被测航天器与干扰源的模拟距离、被测航天器与通信目标的径向相对速度以及被测航天器与干扰源的径向相对速度。
所述轨道动态模拟单元用于根据所述位置条件组生成被测航天器与通信目标的传输时延与多普勒频偏、被测航天器与干扰源的传输时延与多普勒频偏；还用于将被测航天器与通信目标的传输时延与多普勒频偏加载到基带信号上、被测航天器与干扰源的传输时延与多普勒频偏加载到干扰信号上。
由此可见，轨道动态模拟单元接收位置条件计算单元发送的位置条件组，并将接收到的基带信号调制于中频载波上形成中频信号，将目标位置条件(即按照被测航天器和通信目标的真实运动轨道信息，模拟的航天器与通信目标之间的相对运动，其中相对运动由被测航天器与通信目标的模拟距离与径向相对速度表征)通过传输时延动态调整方式在中频信号上体现，然后发往第二上变频器；将接收到的干扰信号调制于中频载波上形成中频干扰，将干扰位置条件(即按照被测航天器和干扰源之间的真实运动轨道信息，模拟的航天器与干扰源之间的相对运动，其中相对运动由被测航天器与干扰源的模拟距离与径向相对速度表征)通过传输时延动态调整方式在中频干扰上体现，然后发往第一上变频器。
所述第一变频器用于将加载了传输时延与多普勒频偏的干扰信号上变频至被测航天器所在测试场景的所需频点。
所述第二变频器用于将加载了传输时延与多普勒频偏的基带信号上变频至被测航天器的通信频点。
所述传输信道模拟单元用于分别根据被测航天器与通信目标的模拟距离、被测航天器与干扰源的模拟距离生成被测航天器与通信目标的空间衰减系数、被测航天器与干扰源的空间衰减系数；还用于分别按照两个空间衰减系数将上变频后的干扰信号和基带信号作对应的衰减。
由此可见，传输信道模拟单元接收位置条件计算单元发送的位置条件组，然后模拟由于被测航天器与通信目标、干扰源之间的位置变化引入的信号功率动态变化过程，其中空间衰减系数由外部参数，如第一变频器与第二变频器输出信号的波长、干扰信号载波波长等控制，从而使得本系统能够模拟背景噪声环境和多径传输环境。
所述合路器用于将衰减后的干扰信号和基带信号合成一路后发送给被测航天器，实现干扰场景的模拟。
需要说明的是，以上各模块采用参数控制，不同被测航天器的测试只需修改相应参数，以此达到了通用化；同时，采用轨道动态模拟单元对发射信号进行处理，能够提高抗干扰测试场景的模拟真实性以及测试结果准确度。
进一步地，所述位置条件组的获取方法包括以下步骤：
S1：参见图2，该图为本实施例提供的地心第一坐标系示意图，在地心第一坐标系中，分别在任意连续的4个时间点tj-1，tj，tj+1，tj+2执行待拟合位置条件组获取操作，得到4个时间点对应的待拟合位置条件组，其中，j表示任意选取的一个时刻，则该时刻对应的时间点为tj，所述待拟合位置条件组获取操作包括以下步骤：
S101：获取被测航天器的位置三轴分量(x1,y1,z1)与速度三轴分量(x'1,y'1,z'1)、通信目标的位置三轴分量(x2,y2,z2)与速度三轴分量(x'2,y'2,z'2)、干扰源的位置三轴分量(x3,y3,z3)与速度三轴分量(x'3,y'3,z'3)；
其中，x1为被测航天器位置的x轴分量，y1为被测航天器位置的y轴分量；z1为被测航天器位置的z轴分量；x2为通信目标位置的x轴分量；y2为通信目标位置的y轴分量；z2为通信目标位置的z轴分量；x3为干扰源位置的x轴分量；y3为干扰源位置的y轴分量；z3为干扰源位置的z轴分量；x1'为被测航天器速度的x轴分量；y1'为被测航天器速度的y轴分量；z1'为被测航天器速度的z轴分量；x'2为通信目标速度的x轴分量；y'2为通信目标速度的y轴分量；z'2为通信目标速度的z轴分量；x'3为干扰源速度的x轴分量；y'3为干扰源速度的y轴分量；z'3为干扰源速度的z轴分量。
需要说明的是，获取位置三轴分量与速度三轴分量的通用方法如下：
步骤(1.1)求t时刻偏近点角E
使用迭代法解开普勒方程：
Figure BDA0002090009010000111
当|Ei+1-Ei|<ε，取E＝Ei+1，迭代初值取
Figure BDA0002090009010000121
其中，E为偏近点角；μ为地球引力常数；a为轨道半长轴；τ为过近地点时刻；t为计算时刻；e为偏心率；ε为给定的计算精度，i为迭代次数。
步骤(1.2)求t时刻地心距r
Figure BDA0002090009010000122
其中，r为地心距；
步骤(1.3)求t时刻地心第一坐标系中的卫星位置三分量x,y,z，其中，本实施例中卫星为被测航天器、通信目标和干扰源：
Figure BDA0002090009010000123
Figure BDA0002090009010000124
其中，x为位置x轴分量；y为位置y轴分量；z为位置z轴分量；Ω为升交点赤经；u为纬度幅角；θ为轨道倾角；ω为近地点幅角；
步骤(1.4)求t时刻地心第一坐标系中的卫星速度三分量x'，y'，z'：
Figure BDA0002090009010000125
其中
Figure BDA0002090009010000126
x'为速度x轴分量；y'为速度y轴分量；z'为速度z轴分量。
由此可见，根据被测航天器轨道六根数，即半长轴(a)、偏心率(e)、轨道倾角(θ)、近地点幅角(ω)、升交点赤经(Ω)、过近地点时刻(τ)执行上述步骤(1.1)～(1.3)，能够得到t时刻被测航天器位置三轴分量(x1,y1,z1)、速度三轴分量(x'1，y'1，z'1)；当通信目标为航天器时，根据通信目标轨道六根数，按照上述步骤(1.1)～(1.3)得到t时刻地心第一坐标系中通信目标位置三轴分量(x2,y2,z2)、速度三轴分量(x'2，y'2，z'2)；当通信目标为地面目标时，由于地面目标的位置三轴分量由经纬度换算得到，然后速度三轴分量在地面上变化不大，因此可以直接获取t时刻地心第一坐标系中通信目标位置三轴分量(x2,y2,z2)、速度三轴分量(x'2，y'2，z'2)；当干扰源为航天器时，根据干扰源轨道六根数，按照上述步骤(1.1)～(1.3)得到t时刻地心第一坐标系中干扰源位置三轴分量(x3,y3,z3)、速度三轴分量(x'3，y'3，z'3)；当干扰源为地面目标时，直接获取t时刻地心第一坐标系中干扰源位置三轴分量(x3,y3,z3)、速度三轴分量(x'3，y'3，z'3)。
S102：根据如下公式计算被测航天器与通信目标的待拟合模拟距离rs、被测航天器与干扰源的待拟合模拟距离rN：
Figure BDA0002090009010000131
S103：根据如下公式计算被测航天器与通信目标的待拟合径向相对速度vs、被测航天器与干扰源的待拟合径向相对速度vN：
Figure BDA0002090009010000132
需要说明的是，4个时间点对应的待拟合位置条件组可以表示如下：
(rs(tj-1),vs(tj-1)),(rN(tj-1),vN(tj-1))
(rs(tj),vs(tj)),(rN(tj),vN(tj))
(rs(tj+1),vs(tj+1)),(rN(tj+1),vN(tj+1))
(rs(tj+2),vs(tj+2)),(rN(tj+2),vN(tj+2))
其中，rs(tj-1)、rs(tj)、rs(tj+1)、rs(tj+2)分别为4个时间点tj-1，tj，tj+1，tj+2对应的被测航天器与通信目标的待拟合模拟距离，rN(tj-1)、rN(tj)、rN(tj+1)、rN(tj+2)分别为4个时间点(tj-1，tj，tj+1，tj+2)对应的被测航天器与干扰源的待拟合模拟距离；vs(tj-1)、vs(tj)、vs(tj+1)、vs(tj+2)分别为4个时间点(tj-1，tj，tj+1，tj+2)对应的被测航天器与通信目标的待拟合径向相对速度；vN(tj-1)、vN(tj)、vN(tj+1)、vN(tj+2)分别为4个时间点tj-1，tj，tj+1，tj+2对应的被测航天器与干扰源的待拟合径向相对速度。
S2：分别将被测航天器与通信目标的待拟合模拟距离rs、被测航天器与干扰源的待拟合模拟距离rN、被测航天器与通信目标的待拟合径向相对速度vs以及被测航天器与干扰源的待拟合径向相对速度vN作为拟合元素，然后分别对各拟合元素执行拟合插值操作，得到各拟合元素的插值量；
其中，所述拟合插值操作包括以下步骤：
S201：采用二次曲线分别对时间点tj-1，tj，tj+1对应的拟合元素、时间点tj，tj+1，tj+2对应的拟合元素进行拟合，得到两条拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)；其中，A1和A2分别为两条拟合曲线的二次项系数，B1和B2分别为两条拟合曲线的一次项系数，C1和C2分别为两条拟合曲线的常数项系数；
需要说明的是，拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)可以用矩阵表示如下：
Figure BDA0002090009010000151
Figure BDA0002090009010000152
S202：根据拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)确定[tj,tj+1)时间段内的插值曲线
Figure BDA0002090009010000153
Figure BDA0002090009010000154
S203：以(tj+1-tj)/N为步长，对插值曲线
Figure BDA0002090009010000155
进行插值，得到N个差值量，其中，N至少为2，且各差值量
Figure BDA0002090009010000156
具体为：
Figure BDA0002090009010000157
其中，k表示第k个插值点，且k＝1,2,…,N；
S3：将各拟合元素的插值量作为地心第一坐标系中最终的位置条件组。
也就是说，待拟合位置条件组包括四个分量，即被测航天器与通信目标的待拟合模拟距离、被测航天器与干扰源的待拟合模拟距离、被测航天器与通信目标的待拟合径向相对速度以及被测航天器与干扰源的待拟合径向相对速度，步骤S2中就是采用二次曲线依次对每个分量进行拟合；
下面以对被测航天器与通信目标的待拟合模拟距离进行拟合进行举例说明。首先利用时间点tj-1，tj，tj+1对应的rs(tj-1)、rs(tj)、rs(tj+1)得到第一条拟合曲线L1(t)，然后利用时间点tj，tj+1，tj+2对应的rs(tj)、rs(tj+1)、rs(tj+2)得到第二条拟合曲线L2(t)；然后利用L1(t)与L2(t)的系数得到被测航天器与通信目标的待拟合模拟距离对应的插值曲线
Figure BDA0002090009010000161
再取N＝10，以(tj+1-tj)/10为步长，在区间[tj,tj+1)插入10个插值点，得到10个插值量，这10个插值量即为最终的位置条件组中，包含的10个被测航天器与通信目标的模拟距离；同理，可以分别得到10个被测航天器与干扰源的模拟距离、被测航天器与通信目标的径向相对速度以及被测航天器与干扰源的径向相对速度，则最终可以得到10个位置条件组，且每个位置条件组均包括四个分量，即被测航天器与通信目标的待拟合模拟距离、被测航天器与干扰源的待拟合模拟距离、被测航天器与通信目标的待拟合径向相对速度以及被测航天器与干扰源的待拟合径向相对速度。
后续步骤中，依次根据这10组位置条件组生成被测航天器与通信目标的传输时延与多普勒频偏、被测航天器与干扰源的传输时延与多普勒频偏、被测航天器与通信目标的空间衰减系数、被测航天器与干扰源的空间衰减系数，可以实现被测航天器轨道受扰过程精确的动态模拟。也就是说，每一组位置条件组均对应生成一组传输时延、多普勒频偏以及空间衰减系数，将根据本步骤得到的插值细化后的各位置条件组
Figure BDA0002090009010000162
作为轨道动态模拟单元和传输信道模拟单元的具体参数，实现被测航天器在区间[tj,tj+1)内轨道动态受扰过程的精确模拟。
进一步地，被测航天器与通信目标的传输时延ds与多普勒频偏Δfs、被测航天器与干扰源的传输时延dN与多普勒频偏ΔfN具体计算方法如下：
Figure BDA0002090009010000171
其中，fs为通信目标传输中频信号的中心频率，fN为干扰源发射中频信号的中心频率，
Figure BDA0002090009010000172
为被测航天器与通信目标的模拟距离，
Figure BDA0002090009010000173
为被测航天器与干扰源的模拟距离，
Figure BDA0002090009010000174
为被测航天器与通信目标的径向相对速度，
Figure BDA0002090009010000175
为被测航天器与干扰源的径向相对速度，c为光速。
由此可见，可以通过获取不同且连续时间的位置条件组，根据上述方法实时计算被测航天器与通信目标的传输时延ds与多普勒频偏Δfs、被测航天器与干扰源的传输时延dN与多普勒频偏ΔfN，然后按照计算结果(ds，dN)设置t时刻轨道动态模拟单元信号发射的干扰信号和基带信号的延迟时长，按照计算结果(Δfs，ΔfN)设置t时刻轨道动态模拟单元发出的干扰信号和基带信号的发射频率相对于预设中频发射频率的偏移量，从而实现被测航天器受扰过程的动态模拟。
进一步地，被测航天器与通信目标的空间衰减系数Ls、被测航天器与干扰源的空间衰减系数LN具体计算方法如下：
Figure BDA0002090009010000176
其中，λs为第一变频器与第二变频器输出信号的波长，λN为干扰信号载波波长，
Figure BDA0002090009010000181
为被测航天器与通信目标的模拟距离，
Figure BDA0002090009010000182
为被测航天器与干扰源的模拟距离。
同理，可以通过获取不同且连续时间的位置条件组，根据上述方法实时计算被测航天器与通信目标的空间衰减系数Ls、被测航天器与干扰源的空间衰减系数LN，然后按照计算结果(Ls，LN)设置t时刻传输信道模拟单元中的通道衰减器的空间衰减系数，从而实现被测航天器受扰过程的动态模拟。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，其特征在于，包括干扰信号源、基带信息模拟单元、位置条件获取单元、轨道动态模拟单元、传输信道模拟单元、第一变频器、第二变频器以及合路器；
所述干扰信号源与基带信息模拟单元分别作为干扰源和通信目标，且分别用于生成干扰信号与基带信号；
所述位置条件获取单元用于根据二次曲线模拟方法获取两组以上的位置条件组，其中，所述位置条件组包括被测航天器与通信目标的模拟距离、被测航天器与干扰源的模拟距离、被测航天器与通信目标的径向相对速度以及被测航天器与干扰源的径向相对速度；
所述轨道动态模拟单元用于根据所述位置条件组生成被测航天器与通信目标的传输时延与多普勒频偏、被测航天器与干扰源的传输时延与多普勒频偏；还用于将被测航天器与通信目标的传输时延与多普勒频偏加载到所述基带信号上、将被测航天器与干扰源的传输时延与多普勒频偏加载到所述干扰信号上；
所述第一变频器用于将加载了传输时延与多普勒频偏的干扰信号上变频至被测航天器所在测试场景的所需频点；
所述第二变频器用于将加载了传输时延与多普勒频偏的基带信号上变频至被测航天器的通信频点；
所述传输信道模拟单元用于分别根据被测航天器与通信目标的模拟距离、被测航天器与干扰源的模拟距离生成被测航天器与通信目标的空间衰减系数、被测航天器与干扰源的空间衰减系数；还用于分别按照两个空间衰减系数将上变频后的干扰信号和基带信号作对应的衰减；
所述合路器用于将衰减后的干扰信号和基带信号合成一路后发送给被测航天器，实现干扰场景的模拟。
2.如权利要求1所述的一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，其特征在于，所述被测航天器与通信目标的模拟距离的获取方法包括以下步骤：
S101：在地心第一坐标系中，分别在任意连续的4个时间点tj-1，tj，tj+1，tj+2获取被测航天器的位置三轴分量(x1,y1,z1)、通信目标的位置三轴分量(x2,y2,z2)；
S102：根据如下公式计算被测航天器与通信目标的待拟合模拟距离rs：
Figure FDA0002725591440000021
S103：采用二次曲线分别对时间点tj-1，tj，tj+1对应的待拟合模拟距离rs、时间点tj，tj+1，tj+2对应的待拟合模拟距离rs进行拟合，得到两条拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)；
S104：根据拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)确定[tj,tj+1)时间段内的插值曲线
Figure FDA0002725591440000022
Figure FDA0002725591440000023
S105：以(tj+1-tj)/N为步长，对插值曲线
Figure FDA0002725591440000024
进行插值，得到N个插值量，其中，N至少为2；
S106：将N个插值量作为最终的被测航天器与通信目标的模拟距离，其中，一个插值量对应一组位置条件组。
3.如权利要求1所述的一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，其特征在于，所述被测航天器与干扰源的模拟距离的获取方法包括以下步骤：
S201：在地心第一坐标系中，分别在任意连续的4个时间点tj-1，tj，tj+1，tj+2获取被测航天器的位置三轴分量(x1,y1,z1)、干扰源的位置三轴分量(x3,y3,z3)；
S202：根据如下公式计算被测航天器与干扰源的待拟合模拟距离rN：
Figure FDA0002725591440000031
S203：采用二次曲线分别对时间点tj-1，tj，tj+1对应的待拟合模拟距离rN、时间点tj，tj+1，tj+2对应的待拟合模拟距离rN进行拟合，得到两条拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)；
S204：根据拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)确定[tj,tj+1)时间段内的插值曲线
Figure FDA0002725591440000032
Figure FDA0002725591440000033
S205：以(tj+1-tj)/N为步长，对插值曲线
Figure FDA0002725591440000034
进行插值，得到N个插值量，其中，N至少为2；
S206：将N个插值量作为最终的被测航天器与干扰源的模拟距离，其中，一个插值量对应一组位置条件组。
4.如权利要求1所述的一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，其特征在于，所述被测航天器与通信目标的径向相对速度的获取方法包括以下步骤：
S301：在地心第一坐标系中，分别在任意连续的4个时间点tj-1，tj，tj+1，tj+2获取被测航天器的位置三轴分量(x1,y1,z1)与速度三轴分量(x'1,y'1,z'1)、通信目标的位置三轴分量(x2,y2,z2)与速度三轴分量(x'2,y'2,z'2)；
S302：根据如下公式计算被测航天器与通信目标的待拟合径向相对速度vs：
Figure FDA0002725591440000041
S303：采用二次曲线分别对时间点tj-1，tj，tj+1对应的待拟合径向相对速度vs、时间点tj，tj+1，tj+2对应的待拟合径向相对速度vs进行拟合，得到两条拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)；
S304：根据拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)确定[tj,tj+1)时间段内的插值曲线
Figure FDA0002725591440000042
Figure FDA0002725591440000043
S305：以(tj+1-tj)/N为步长，对插值曲线
Figure FDA0002725591440000044
进行插值，得到N个插值量，其中，N至少为2；
S306：将N个插值量作为最终的被测航天器与通信目标的径向相对速度，其中，一个插值量对应一组位置条件组。
5.如权利要求1所述的一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，其特征在于，所述被测航天器与干扰源的径向相对速度的获取方法包括以下步骤：
S401：在地心第一坐标系中，分别在任意连续的4个时间点tj-1，tj，tj+1，tj+2获取被测航天器的位置三轴分量(x1,y1,z1)与速度三轴分量(x'1,y'1,z'1)、干扰源的位置三轴分量(x3,y3,z3)与速度三轴分量(x'3,y'3,z'3)；
S402：根据如下公式计算被测航天器与通信目标的待拟合径向相对速度vN：
Figure FDA0002725591440000045
S403：采用二次曲线分别对时间点tj-1，tj，tj+1对应的待拟合径向相对速度vN、时间点tj，tj+1，tj+2对应的待拟合径向相对速度vN进行拟合，得到两条拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)；
S404：根据拟合曲线A1t2+B1t+C1＝L1(t)和A2t2+B2t+C2＝L2(t)确定[tj,tj+1)时间段内的插值曲线
Figure FDA0002725591440000051
Figure FDA0002725591440000052
S405：以(tj+1-tj)/N为步长，对插值曲线
Figure FDA0002725591440000053
进行插值，得到N个插值量，其中，N至少为2；
S406：将N个插值量作为最终的被测航天器与干扰源的径向相对速度，其中，一个插值量对应一组位置条件组。
6.如权利要求1所述的一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，其特征在于，被测航天器与通信目标的传输时延ds与多普勒频偏Δfs、被测航天器与干扰源的传输时延dN与多普勒频偏ΔfN具体计算方法如下：
Figure FDA0002725591440000054
其中，fs为通信目标传输中频信号的中心频率，fN为干扰源发射中频信号的中心频率，
Figure FDA0002725591440000055
为被测航天器与通信目标的模拟距离，
Figure FDA0002725591440000056
为被测航天器与干扰源的模拟距离，
Figure FDA0002725591440000057
为被测航天器与通信目标的径向相对速度，
Figure FDA0002725591440000058
为被测航天器与干扰源的径向相对速度，c为光速。
7.如权利要求1所述的一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统，其特征在于，被测航天器与通信目标的空间衰减系数Ls、被测航天器与干扰源的空间衰减系数LN具体计算方法如下：
Figure FDA0002725591440000061
其中，λs为第一变频器与第二变频器输出信号的波长，λN为干扰信号载波波长，
Figure FDA0002725591440000062
为被测航天器与通信目标的模拟距离，
Figure FDA0002725591440000063
为被测航天器与干扰源的模拟距离。
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