CN110501734B - 双星编队sar卫星联合测试系统及方法 - Google Patents

双星编队sar卫星联合测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种卫星地面测试系统内的双星编队SAR卫星联合测试系统及方法，系统由双星动力学模拟器、双用户GNSS模拟器、双用户雷达目标回波模拟器及微波开关系统组成，其中，双星动力学模拟器提供双星在轨模拟飞行的时间、轨道及姿态信息；双用户GNSS模拟器接收双星动力学模拟器提供的时间起点、位置及速度信息后实时生成导航射频信号提供星上GNSS接收机；双用户雷达目标回波模拟器接收GNSS模拟器的时频信息后向星上雷达发送回波并被星上SAR系统接收；微波开关系统建立双星间的星间通信链路、载荷相位同步链路连接并具备链路切换功能。本发明可真实模拟双星编队SAR卫星在轨联合工作的方式，可用于实施双星编队SAR卫星的地面双星功能、性能联合测试。

Description

双星编队SAR卫星联合测试系统及方法
技术领域
本发明涉及一种卫星地面测试系统，具体地，涉及一种双星编队SAR卫星联合测试系统及方法。
背景技术
双星编队SAR卫星以两颗编队卫星为平台，以高分辨率的合成孔径雷达以及高精度的星间相对状态测量设备等为有效载荷，通过配置星间通信链路和相位同步链路，可以使两颗卫星同时对地面进行观测，可以全天候、全天时、快速获取全球雷达影像和辅助测量数据，是一种有效的天基对地观测系统。
双星编队SAR卫星具有星间通信、星间相对状态测量、星间时间同步、星间相位同步、双星编队控制、双星SAR干涉等功能，在地面需对上述功能进行测试并进行指标考核。如何真实有效模拟在轨两颗卫星的工作方式，实现两颗星的姿态协同、时频协同成为地面测试系统设计需要重点考虑的问题。
以往单SAR天基系统测试设计时，由于卫星的姿态控制功能、导航功能、载荷成像功能是相对独立的，无需进行综合统筹考虑，所配置的导航模拟器、动力学模拟器、回波模拟器均可独立设计，相互之间无信号、数据连接。而在双星编队SAR天基系统测试设计时，由于编队控制、雷达干涉等功能的实现均需要导航信息的支持，且两颗星还要实现实时时频同步，使得测试系统配置的导航模拟器、动力学模拟器、回波模拟器需作为一个整体的测试系统来综合考虑，并建立统一的时频基准。
目前，尚未查见双星编队SAR卫星联合测试系统设计。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双星编队SAR卫星联合测试系统及方法。
根据本发明提供的一种双星编队SAR卫星联合测试系统，包括被测卫星A、被测卫星B、双星动力学模拟器、双用户GNSS模拟器、双用户雷达目标回波模拟器、微波开关系统；
所述双星动力学模拟器与所述被测卫星A、所述被测卫星B进行动力学信号激励与采集，模拟所述被测卫星A、所述被测卫星B在轨运行于轨道A、轨道B的姿态与位置、速度；
所述双用户GNSS模拟器接收所述双星动力学模拟器提供的时间起点、位置及速度信息后实时生成导航射频信号分别送所述被测卫星A和所述被测卫星B上的GNSS接收机；
所述双用户雷达目标回波模拟器接收双用户GNSS模拟器的时频信息后向所述被测卫星A、所述被测卫星B上雷达发送回波并被星上SAR系统接收；
所述微波开关系统建立所述被测卫星A与所述被测卫星B间的星间链路连接并可进行链路切换。
一些实施例中，所述微波开关系统的星间链路包括星间通信链路、相位同步链路。
一些实施例中，所述GNSS接收机将接收到的导航射频信号进行处理生成导航原始数据，辅以星间链路的配合，实现被测卫星A与被测卫星B的绝对定位、相对定位、绝对时间同步和相对时间同步。
一些实施例中，所述双星编队SAR卫星联合测试系统的频率基准由双用户GNSS模拟器提供，所述双用户GNSS模拟器配置高精度频率基准。
一些实施例中，所述双用户GNSS模拟器将配置的高精度频率基准送所述双星动力学模拟器，实现所述双用户GNSS模拟器与所述双星动力学模拟器的时频同步。
一些实施例中，所述双用户GNSS模拟器提供一路高精度频率基准信号给所述双用户雷达目标回波模拟器，实现双用户GNSS模拟器与双用户雷达目标回波模拟器的时频同步。
一种双星编队SAR卫星联合测试方法，包括以下步骤：
步骤一，地面确定测试时间起点，双星动力学模拟器从该时间起点运行，模拟被测卫星A、被测卫星B运行在两条轨道，编队飞行；
步骤二，双用户GNSS模拟器实时接收双星动力学模拟器的时间、位置及速度信息，双用户GNSS模拟器基于该时间起点以及动力学后续的位置速度信息，实时产生导航射频信号送被测卫星A、被测卫星B上的GNSS接收机；
步骤三，被测卫星A、被测卫星B上的GNSS接收机利用接收到的模拟导航信号进行实时绝对定位，利用微波开关系统提供的星间通信链路，互相获取它星的导航原始数据，进行实时相对定位，同时GNSS接收机将定位后的信息通过总线向星上姿态控制系统、SAR载荷进行广播；
步骤四，星上姿态控制系统根据被测卫星A与被测卫星B绝对导航、相对导航信息进行编队构型参数计算，在需要时自主或接收地面指令进行轨道控制，并通过双星动力学模拟器将控后参数闭环给到双用户GNSS模拟器，再通过双用户GNSS模拟器给到星上GNSS接收机；
步骤五，星上设置GNSS校时，完成两颗卫星的时间同步。
一些实施例中，所述步骤五的具体过程为：被测卫星A与被测卫星B上的SAR载荷基于各自的已同步的绝对时间和总线上获取的相对时差，触发产生雷达工作需要的PRF信号并送给双用户雷达目标回波模拟器，双用户雷达目标回波模拟器根据PRF信号发送回波给星上雷达接收，回波数字形成后下传至地面接收，同时，基于微波开关系统提供的相位同步链路，被测卫星A与被测卫星B的雷达可互相获取它星雷达参考信号，与回波数据一同下传至地面接收，地面对获取的两个回波进行干涉处理。
一些实施例中，所述步骤三中GNSS接收机定位后的信息包括绝对时间、绝对位置速度信息、相对时差、相对位置速度信息。
一些实施例中，所述双星编队SAR卫星联合测试的时间起点由双星动力学模拟器定义并被使用高精度频率基准的双用户GNSS模拟器接收，后续，测试设备及星上均能与双用户GNSS模拟器时间同步。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可真实模拟双星编队SAR卫星在轨联合工作的方式，可用于实施双星编队SAR卫星的地面双星功能、性能联合测试。
2、本发明建立了动力学模拟器、GNSS模拟器、雷达目标回波模拟器的时频统一，建立了地面测试系统全设备与星时的统一，并进一步实现了双星的时间同步。
3、本发明建立了编队信息与导航信息的闭环控制，建立了双星的星间通信链路与相位同步链路并具备链路切换功能，进一步提升了测试的技术效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的双星编队SAR卫星联合测试系统原理框图。
图2为本发明的双星编队测试流程。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，双星编队SAR卫星联合测试系统主要由双星动力学模拟器1、双用户GNSS模拟器2、双用户雷达目标回波模拟器3、微波开关系统4和被测卫星A5和被测卫星B6组成。
双星动力学模拟器1与被测卫星A5、被测卫星B6进行动力学信号激励与采集，模拟被测卫星A5、被测卫星B6在轨运行于轨道A、轨道B的姿态与位置、速度。双星动力学模拟器1与双用户GNSS模拟器2之间存在两路物理连接：1)双星动力学模拟器1给双用户GNSS模拟器2实时提供的时间、位置、速度信息，双用户GNSS模拟器2利用收到的时间(只用第一拍，即仿真起点)、位置、速度信息，进行数据预处理后将轨迹数据实时转换成对应的射频信号(两路)分别送被测卫星A5和被测卫星B6上的GNSS接收机，接收GNSS接收机将接收到的导航射频信号进行处理生成导航原始数据，辅以星间链路的配合，实现两星的绝对定位、相对定位、绝对时间同步和相对时间同步；2)双用户GNSS模拟器2将配置的高精度频率基准送双星动力学模拟器1，实现双用户GNSS模拟器2与双星动力学模拟器1的时频同步。
双用户GNSS模拟器2除上述物理接口外，还提供双用户雷达目标回波模拟器3一路高精度频率基准信号，实现双用户GNSS模拟器2与双用户雷达目标回波模拟器3的时频同步。
根据触发信号，双用户雷达目标回波模拟器3定时向被测卫星A5和被测卫星B6发送回波信号。
微波开关系统4建立了双星间的星间通信链路、载荷相位同步链路连接并具备链路切换功能。
如图2所示，双星编队SAR卫星联合测试方法主要包括以下步骤：
步骤一，完成系统连接，配置好相应的星间通信链路和相位同步链路后，地面确定测试时间起点，双星动力学模拟器从该时间起点运行，模拟A星、B星运行在两条轨道，编队飞行；
步骤二，双用户GNSS模拟器实时接收双星动力学模拟器的时间、位置及速度信息，模拟器基于该时间起点以及动力学后续的位置速度信息，实时产生导航射频信号送A星、B星上的GNSS接收机；
步骤三，A星、B星上的GNSS接收机利用接收到的模拟导航信号进行实时绝对定位，利用微波开关系统提供的星间通信链路，互相获取它星的导航原始数据，进行实时相对定位；接收机将定位后的绝对时间、绝对位置速度信息、相对时差、相对位置速度信息通过总线向星上姿态控制系统、SAR载荷进行广播；此步骤可完成双星编队SAR卫星涉及的星间通信功能、星间相对状态测量测试；
步骤四，星上姿态控制系统根据双星绝对导航、相对导航信息进行编队构型参数计算，在需要时自主或接收地面指令进行轨道控制，并通过动力学模拟器将控后参数闭环给到GNSS模拟器，再通过模拟器给到星上接收机，可真实模拟轨道控制后卫星的轨道变化情况；此步骤可完成双星编队SAR卫星涉及的编队控制测试；
步骤五，星上设置GNSS校时，完成两颗卫星的时间同步。两个SAR载荷基于各自的已同步的绝对时间和总线上获取的相对时差，触发产生雷达工作需要的PRF信号并送给双用户雷达目标回波模拟器，模拟器根据PRF信号发送回波给星上雷达接收机接收，回波数字形成后下传至地面接收；同时，基于微波开关系统提供的相位同步链路，两星雷达接收机可互相获取它星雷达参考信号，与回波数据一同下传至地面接收。地面对获取的两个回波可进行干涉处理。此步骤可完成双星编队SAR卫星涉及的载荷任务功能、性能测试。
综上所述，本发明可真实模拟双星编队SAR卫星在轨联合工作的方式，可用于实施双星编队SAR卫星的地面双星功能、性能联合测试；本发明建立了动力学模拟器、GNSS模拟器、雷达目标回波模拟器的时频统一，建立了地面测试系统全设备与星时的统一，并进一步实现了双星的时间同步；本发明建立了编队信息与导航信息的闭环控制，建立了双星的星间通信链路与相位同步链路并具备链路切换功能，进一步提升了测试的技术效果。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种双星编队SAR卫星联合测试系统，其特征在于，包括被测卫星A、被测卫星B、双星动力学模拟器、双用户GNSS模拟器、双用户雷达目标回波模拟器、微波开关系统；
所述双星动力学模拟器与所述被测卫星A、所述被测卫星B进行动力学信号激励与采集，模拟所述被测卫星A、所述被测卫星B在轨运行于轨道A、轨道B的姿态与位置、速度；
所述双用户GNSS模拟器接收所述双星动力学模拟器提供的时间起点、位置及速度信息后实时生成导航射频信号分别送所述被测卫星A和所述被测卫星B上的GNSS接收机；
所述双用户雷达目标回波模拟器接收双用户GNSS模拟器的时频信息后向所述被测卫星A、所述被测卫星B上雷达发送回波并被星上SAR系统接收；
所述微波开关系统建立所述被测卫星A与所述被测卫星B间的星间链路连接并可进行链路切换；
所述GNSS接收机将接收到的导航射频信号进行处理生成导航原始数据，辅以星间链路的配合，实现被测卫星A与被测卫星B的绝对定位、相对定位、绝对时间同步和相对时间同步；
所述双星编队SAR卫星联合测试系统的频率基准由双用户GNSS模拟器提供，所述双用户GNSS模拟器配置高精度频率基准；
所述双用户GNSS模拟器将配置的高精度频率基准送所述双星动力学模拟器，实现所述双用户GNSS模拟器与所述双星动力学模拟器的时频同步；
所述双用户GNSS模拟器提供一路高精度频率基准信号给所述双用户雷达目标回波模拟器，实现双用户GNSS模拟器与双用户雷达目标回波模拟器的时频同步。
2.根据权利要求1所述的双星编队SAR卫星联合测试系统，其特征在于，所述微波开关系统的星间链路包括星间通信链路、相位同步链路。
3.一种双星编队SAR卫星联合测试方法，采用如权利要求1-2任一所述的双星编队SAR卫星联合测试系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，地面确定测试时间起点，双星动力学模拟器从该时间起点运行，模拟被测卫星A、被测卫星B运行在两条轨道，编队飞行；
步骤二，双用户GNSS模拟器实时接收双星动力学模拟器的时间、位置及速度信息，双用户GNSS模拟器基于该时间起点以及动力学后续的位置速度信息，实时产生导航射频信号送被测卫星A、被测卫星B上的GNSS接收机；
步骤三，被测卫星A、被测卫星B上的GNSS接收机利用接收到的模拟导航信号进行实时绝对定位，利用微波开关系统提供的星间通信链路，互相获取它星的导航原始数据，进行实时相对定位，同时GNSS接收机将定位后的信息通过总线向星上姿态控制系统、SAR载荷进行广播；
步骤四，星上姿态控制系统根据被测卫星A与被测卫星B绝对导航、相对导航信息进行编队构型参数计算，在需要时自主或接收地面指令进行轨道控制，并通过双星动力学模拟器将控后参数闭环给到双用户GNSS模拟器，再通过双用户GNSS模拟器给到星上GNSS接收机；
步骤五，星上设置GNSS校时，完成两颗卫星的时间同步。
4.根据权利要求3所述的双星编队SAR卫星联合测试方法，其特征在于，所述步骤五的具体过程为：被测卫星A与被测卫星B上的SAR载荷基于各自的已同步的绝对时间和总线上获取的相对时差，触发产生雷达工作需要的PRF信号并送给双用户雷达目标回波模拟器，双用户雷达目标回波模拟器根据PRF信号发送回波给星上雷达接收，回波数字形成后下传至地面接收，同时，基于微波开关系统提供的相位同步链路，被测卫星A与被测卫星B的雷达可互相获取它星雷达参考信号，与回波数据一同下传至地面接收，地面对获取的两个回波进行干涉处理。
5.根据权利要求3所述的双星编队SAR卫星联合测试方法，其特征在于，所述步骤三中GNSS接收机定位后的信息包括绝对时间、绝对位置速度信息、相对时差、相对位置速度信息。
6.根据权利要求3所述的双星编队SAR卫星联合测试方法，其特征在于，所述双星编队SAR卫星联合测试的时间起点由双星动力学模拟器定义并被使用高精度频率基准的双用户GNSS模拟器接收，后续，测试设备及星上均能与双用户GNSS模拟器时间同步。
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