CN110995332A - 一种基于igso的跳频跳时数据链通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，包括：IGSO卫星、地面业务管理站、用户数据链终端、手持终端；用户数据链终端可以直接与通信卫星建立连接；手持终端可以通过地面业务管理站和通信卫星建立连接。该通信系统采用变速快速跳频、跳时和并行同步解调技术，具有抗干扰能力强、低延时、传输速率快等特点；利用星间链路，三颗卫星可实现全球约一半地区的一重覆盖，可实现天地一体化数据交换以及高低纬度地区间的广域通信。

Description

一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统。
背景技术
IGSO(Inclined GeoSynchronous Orbit,倾斜地球同步轨道)卫星星下点为“8”字形，对高纬度地区有较为良好的覆盖，恰好解决了GEO(Geostationary Earth Orbit,地球同步轨道)卫星高纬度地区盲区的弊端。IGSO卫星具有与GEO卫星相同的轨道高度，有良好的覆盖性和利用率。IGSO卫星星座能够实现对我国的连续多星覆盖，可以实现有效空间分集，多颗IGSO卫星组成的星座可达到比GEO卫星更好的覆盖性能。
天基数据链是利用卫星来实现用户终端互相通信的系统，其具备覆盖范围广、环境适应性强和传输信道稳定等特点。因此，天基数据链具有重要的军用及商用价值。当前天基数据链通信技术主要采用调制解调技术、纠错编码技术以及扩频通信技术。通信抗干扰的基本体系、方法、措施主要分为：信号处理、空间处理和时间处理。信号处理主要为直接序列扩频技术、跳频技术；空间处理主要采用自适应天线调零技术；时间处理主要采用猝发通信技术。
现有天基数据链系统从未同时采用变速跳频跳时的通信技术，且对于高纬度地区的覆盖较少，难以实现高纬度地区、高可靠性、高保密性、高用户速率的通信。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，以解决上述技术问题,实现快速、可靠、高低纬度地区间的广域通信。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，包括：
IGSO卫星、地面业务管理站、用户数据链终端、手持终端；
所述用户数据链终端直接与IGSO卫星建立连接；
所述手持终端通过地面业务管理站与IGSO卫星建立连接；
所述IGSO卫星用于接收、处理用户数据链终端发送的业务信息，并转发给用户数据链终端或者地面业务管理站；
所述IGSO卫星用于接收、处理地面业务管理站发送的控制指令，并执行操作；
所述IGSO卫星用于接收、处理地面业务管理站发送的业务信息，并转发给用户数据链终端或者地面业务管理站。
作为本发明进一步的方案，所述地面业务管理站，用于接收手持终端所发送业务信息，并转发给手持终端或者IGSO卫星；
所述地面业务管理站发送控制指令至IGSO卫星。
作为本发明进一步的方案，三颗IGSO卫星可通过星间链路建立连接，卫星节点间夹角约120°；
作为本发明进一步的方案，当目的地面业务管理站的个数大于或等于两个时，所述地面业务管理站将根据业务信息中包含的地面业务管理站IP信息来进行接收识别。
作为本发明进一步的方案，当目的用户数据链终端的个数大于或等于两个时，所述用户数据链终端将根据业务信息中包含的地面数据链终端IP信息来进行识别并接收。
作为本发明进一步的方案，当目的手持终端的个数大于或等于两个时，所述手持终端将根据业务信息中包含的手持终端IP信息来进行接收识别。
作为本发明进一步的方案，当卫星节点所接收到的业务信息或者控制指令中所包含的卫星IP信息为本星IP时，将进行业务数据的转发或按指令进行操作。
作为本发明进一步的方案，当通信卫星所接收到的业务信息或者控制指令中所包含的通信卫星IP信息非本星IP时，将根据星IP信息通过星间链路转发信息至相应通信卫星。
该数据链通信系统采用一种快速变速跳频、跳时和并行同步解调通信技术，采用突发式通信，并行同步处理，传输时延低，上下行采用不同的跳频图案，跳频速度均值约40000hop/s；用户速率最高可达2Mbps，具备多种速率档位，可根据业务需求切换用户速率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)此数据链系统内，在满足通信链路余量的基础上，各部件之间可直接通信，可根据应用需求简化系统，选择其中部分部件来组建应用场景所需通信系统；
(2)三颗IGSO卫星互连，可扩大通信覆盖范围，实现广域通信，更有利优势在于，可实现高纬度地区高仰角覆盖，满足高低纬度地区间通信；
(3)可实现天基数据链高可靠性、高保密性、高传输速率、低延时和可变速的通信要求，满足数据、图片、语音、视频传输等应用需求。
附图说明
图1为本发明的基于IGSO卫星的跳频跳时天基数据链系统的结构示意图；
图2为本发明提供的一种基于IGSO卫星的跳频跳时天基数据链系统在极地探测的应用示意图；
图3为本发明提供的一种基于IGSO卫星的跳频跳时天基数据链系统在高低纬度地区间的联合应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
IGSO倾斜地球同步轨道卫星，星下点为“8”字形，对高纬度地区有高仰角的覆盖，是高纬度地区通信的关键因素。基于IGSO卫星的跳频跳时数据链通信系统中的通信方法采用变速快速跳频、跳时技术，可实现高低纬度区域间的快速、可靠、超视距通信。
图1为本发明实施例提供的一种基于IGSO卫星的跳频跳时天基数据链系统结构示意图。该系统可提供网络化动态接入、抗干扰中继传输、跨区域数据交互等服务，具有广泛的应用场景；具体如图1所示，该系统包括：
通信卫星、地面业务管理站、用户数据链终端、手持终端；
三颗IGSO卫星可通过星间链路建立连接；当卫星节点所接收到的业务信息或者控制指令中所包含的卫星IP信息非本星IP时，将根据卫星IP通过星间链路转发信息至相应卫星节点；
三颗IGSO通信卫星分布在三个轨道平面，升交点赤经分别相差120°，三颗卫星的星下点轨迹重合。单颗卫星波速覆盖范围可达2500km，可通过地面业务管理站上注天线控制指令，将天线指向指定区域。通过星间链路，三颗IGSO卫星可实现全球约一半面积的一重覆盖。
该数据链通信系统内，地面数据链终端直接与IGSO卫星建立连接；
手持终端可以通过地面业务管理站与IGSO卫星建立连接；
IGSO卫星用于接收、处理用户数据链终端发送的业务信息，并转发给用户数据链终端或者地面业务管理站；用于接收、处理地面业务管理站发送的控制指令，并执行操作；用于接收、处理地面业务管理站发送的业务信息，并转发给数据链终端或者地面业务管理站。
地面业务管理站用于接收手持终端所发送业务信息，并转发给手持终端或者IGSO卫星；用于发送控制指令至IGSO卫星。
在此数据链通信系统内，除星间链路外，其余各部件均采用L波段进行通信，只需满足通信链路余量，各部件之间均可直接通信。采用L波段，链路中的大气衰减和空间衰减相对较小。
此数据链通信系统的应用情况，当目的地面业务管理站的个数大于或等于两个时，地面业务管理站将根据业务信息中包含的地面业务管理站IP信息来进行识别并接收；当目的用户数据链终端的个数大于或等于两个时，用户数据链终端将根据业务信息中包含的用户数据链终端IP信息来进行识别并接收；当目的手持终端的个数大于或等于两个时，手持终端将根据业务信息中包含的手持终端IP信息来进行识别并接收。
具体执行过程中，由于系统搭配灵活多变，可根据应用需求简化系统，在出于资源分配优化利用的情况下，可选择其中部分部件来组建应用场景所需通信系统，来完成应用任务。
该数据链通信系统采用一种快速变速跳频、跳时和并行同步解调通信技术，采用突发式通信，并行同步处理，传输时延低，上下行采用不同的跳频序列和跳时序列，跳频速度均值约40000hop/s；用户速率最高可达2Mbps，具备多种速率档位，可根据业务需求切换用户速率。
采用跳频跳时机制，通过将一包数据拆分为几十包脉冲数据，跳频跳时序列发生器根据用户的端机地址等信息产生具有正交性的跳频序列和跳时序列，一方面发射机将每个脉冲数据根据跳频序列使用随机的不同的频点，提供的频点产生DDS频率控制字，频率合成器通过利用频率控制字控制DDS合成频率完成跳频图案，另一方面发射机根据跳时序列将每个脉冲数据之间的间隔随机变化，结合跳频序列构建变速快速跳频、跳时系统。发射机通过选择接收机的跳频跳时序列来选择不同的通信对象，接收机通过本机接收的跳频跳时序列同步器进行接收。由于跳频跳时序列具有正交性，本通信系统可构成码分多址系统，实现多节点组网，共享频谱资源。
可实现天基数据链高可靠性、高保密性、高传输速率、低延时和可变速的通信要求。
该系统用于极地探测应用中，具体如图2所示，机载终端与IGSO卫星直接连接；手持终端通过地面指挥管理中心与通信卫星建立连接；系统内互连双方，可实时进行数据、图片、语音或者视频通信。其机载终端主要任务为：向地面指挥管理中心汇报所探测的情况信息、接收地面指挥管理中心下发的探测任务、通过地面指挥管理中心告知手持终端前方地理实况等；同理，手持终端的主要任务为：向地面指挥管理中心汇报所探测的情况信息、接收地面指挥管理中心下发的探测任务、通过地面指挥管理中心告知机载终端相关探测信息情况。
该系统用于在高低纬度地区间联合作战的应用中，具体如图3所示，机载终端、极地地面指挥中心和IGSO卫星1组成高纬度地区数据链系统，可独立完成高纬度地区的应用任务；车载终端、低纬度地面指挥中心和IGSO通信卫星2组成低纬度地区数据链系统，可独立完成低纬度地区的应用任务；进一步，IGSO通信卫星1通过星间链路与IGSO通信卫星2建立连接，完成了高低纬度地区联合应用的需求，关于具体通信应用和信息流来往不在赘述，在上文已有详细介绍或者类似详细介绍。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，其特征在于，包括：
IGSO卫星、地面业务管理站、用户数据链终端、手持终端；
所述用户数据链终端直接与IGSO卫星建立连接；
所述手持终端通过地面业务管理站与IGSO卫星建立连接；
所述IGSO卫星用于接收、处理用户数据链终端发送的业务信息，并转发给用户数据链终端或者地面业务管理站；
所述IGSO卫星用于接收、处理地面业务管理站发送的控制指令，并执行操作；
所述IGSO卫星用于接收、处理地面业务管理站发送的业务信息，并转发给用户数据链终端或者地面业务管理站。
2.根据权利要求1所述的一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，其特征在于，所述地面业务管理站，用于接收手持终端所发送业务信息，并转发给手持终端或者IGSO卫星；
所述地面业务管理站发送控制指令至IGSO卫星。
3.根据权利要求1所述的一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，其特征在于，三颗IGSO卫星可通过星间链路建立连接，卫星节点间夹角约120°。
4.根据权利要求1所述的一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，其特征在于，当目的地面业务管理站的个数大于或等于两个时，所述地面业务管理站将根据业务信息中包含的地面业务管理站IP信息来进行接收识别。
5.根据权利要求1所述的一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，其特征在于，当目的用户数据链终端的个数大于或等于两个时，所述用户数据链终端将根据业务信息中包含的地面数据链终端IP信息来进行识别并接收。
6.根据权利要求2所述的一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，其特征在于，当目的手持终端的个数大于或等于两个时，所述手持终端将根据业务信息中包含的手持终端IP信息来进行接收识别。
7.根据权利要求3所述的一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，其特征在于，当卫星节点所接收到的业务信息或者控制指令中所包含的卫星IP信息为本星IP时，将进行业务数据的转发或按指令进行操作。
8.根据权利要求5所述的一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，其特征在于，当通信卫星所接收到的业务信息或者控制指令中所包含的通信卫星IP信息非本星IP时，将根据星IP信息通过星间链路转发信息至相应通信卫星。
9.根据权利要求1所述的一种基于IGSO的跳频跳时数据链通信系统，其特征在于，该数据链通信系统采用一种快速变速跳频、跳时和并行同步解调通信技术，采用突发式通信，并行同步处理，传输时延低，上下行采用不同的跳频图案，跳频速度均值约40000hop/s；用户速率最高可达2Mbps，具备多种速率档位，可根据业务需求切换用户速率。
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