CN111669218A - 一种星间链路信号地面验证平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星间链路信号地面验证平台及方法，所述平台包括：包括：天线模块、变频通道模块、时频综合模块、综合基带模块和控制管理模块；天线模块用于作为地面验证平台与卫星建立星间链路无线信号收发交互的输入输出口；变频通道模块用于实现频谱搬移；综合基带模块用于实现伪码测距；综合基带模块用于接收来自控制管理模块的指令，控制天线模块的工作模式和工作参数，生成对变频通道模块的控制指令以及对时频综合模块的控制指令；时频综合模块用于接收外部标准参考时间综合形成不同频率，计算输出地面验证平台的钟差参数，为地面验证平台提供高精度时间基准。本发明能够有效验证星间链路载荷的功能性能，并提升导航系统性能。

Description

一种星间链路信号地面验证平台及方法

技术领域

本发明属于卫星导航、测量设备和装置研制技术领域，特别涉及一种星间链路信号地面验证平台及方法。

背景技术

随着卫星导航技术的飞速发展，星间链路技术已经成为卫星导航领域的研究热点。借助星间链路技术，导航卫星能实现星间测距和时间同步，有助于提高卫星的定轨与钟差预报精度，提升导航系统的服务性能，并且可以减少导航卫星对地面站的依赖，实现导航星座的自主运行。

目前，GNSS四大卫星导航系统都将星间链路技术作为一项关键技术，已经或正在部署和设计不同体制的星间链路系统，随之带来的是各大导航系统星间链路载荷在轨后其功能性能是否能够达到设计要求，是否能够正常运行和开展星间链路系统的各项工作。这就需要有相应的地面验证平台作为支撑，基于该平台可以对关卫星导航星间链路信号的功能性能进行测试和验证。然而目前GNSS各大导航系统的星间链路采用的体制不同，不同的体制需要设计和配置不同的地面测试验证平台才能完成其相应的任务。北斗导航系统星间链路采用的是Ka相控阵体制，因此其地面验证平台也不可能直接采用目前GPS等系统已有的地面平台，必须设计出适合北斗卫星导航系统特点的地面验证平台，才能满足测试验证的需求。

综上，亟需一种新的适合北斗导航系统需要的星间链路信号地面验证平台及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星间链路信号地面验证平台及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够有效验证星间链路载荷的功能性能，并提升导航系统性能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种星间链路信号地面验证平台，包括：天线模块、变频通道模块、时频综合模块、综合基带模块和控制管理模块；

所述天线模块用于作为地面验证平台与卫星建立星间链路无线信号收发交互的输入输出口；其中，所述天线模块用于接收卫星发送的无线信号后送给变频通道模块，用于接收变频通道模块上变频后的信号发送给卫星；

所述变频通道模块用于接收综合基带模块输出的中频信号进行上变频，得到上变频后的信号后送给天线模块；用于接收天线模块的射频信号进行下变频，得到下行中频信号后送给综合基带模块，实现频谱搬移；

所述综合基带模块用于接收变频通道输出的中频信号，对信号进行捕获与跟踪、解调与解扩、解码与解帧处理，实现伪码测距；所述综合基带模块用于生成测量数据和通信信息，经过编帧与编码、扩频与调制基带信号处理后，发送给变频通道模块实现上变频；所述综合基带模块用于接收来自控制管理模块的指令，控制天线模块的工作模式和工作参数，生成对变频通道模块的控制指令以及对时频综合模块的控制指令；

所述时频综合模块用于接收外部标准参考时间综合形成不同频率，计算输出地面验证平台的钟差参数，为地面验证平台提供高精度时间基准。

本发明的进一步改进在于，还包括：

信号监测与采集模块，用于对天线模块接收的射频信号进行实时监测分析；用于接收变频通道模块下变频后输出的中频信号实现测量信号的采集、存储、离线后处理以及信息回放查看功能；

其中，所述信号监测与采集模块包括：

采集回放设备，用于实现测量信号的采集、存储以及离线后处理、信息回放查看；

频谱仪，用于实现对射频信号的实时监测分析，完成卫星星间链路载荷射频发射信号质量的指标测试，观察分析载荷发射信号的带内带外特性。

本发明的进一步改进在于，所述天线模块中的天线采用Ka有源相控阵天线。

本发明的进一步改进在于，所述变频通道模块包括一收发信机设备，用于实现中频信号的上变频以及射频信号的下变频，最终实现频谱搬移。

本发明的进一步改进在于，所述收发信机设备具备射频频率可控、收发增益可控、通道冷备份、多通道切换功能。

本发明的进一步改进在于，所述综合基带模块包括一多功能数字基带设备，用于完成不同工作模式下接收信号的抗干扰处理、捕获与跟踪、解调与解扩、解码与解帧以及发送信号的编帧与编码、扩频与调制基带信号处理工作；具备自检自校能力。

本发明的进一步改进在于，所述时频综合模块包括：频率综合与分配设备、外部参考时间输入以及时差监测设备；

其中，通过接入外部标准参考时间，利用时差监测预报模型以及通过仪器预先标定好的线缆参数，计算获得地面验证平台的钟差参数，用于保证地面验证平台时间满足与导航系统时间同步在1us之内。

本发明的进一步改进在于，所述时频综合模块获得地面验证平台钟差参数的方法具体包括：

将外部标准参考时间1PPS和10MHz信号通过线缆输入送给地面验证平台的频率综合与分配设备作为本地时间频率源；

经过频率综合及分配设备处理后得到不同的频率信号；再经过分路、隔离驱动后放大送给地面验证平台的其他设备使用；

地面验证平台时间与导航系统时间的时间偏差Δt的计算表达式为，

Δt＝t0+t1+t2+t3，

式中，t0由时间监测与预报模型给出；t1为外部标准参考时间1PPS出口到地面验证平台的频率综合及分配设备入口之间的线缆延时；t2为频率综合及分配设备出口到多功能数字基带设备入口之间的线缆延时；t3为频率综合及分配设备本身的时延。

本发明的进一步改进在于，所述地面验证平台实现双向测距的方法具体包括：

假设单次测量的时间为T，在一个测量循环2T内：

卫星先向地面验证平台设备发送T时间的测距信号，并将同步时刻发送信号的相位信息写入测量帧；

地面验证平台设备接收卫星发送的测距信号，完成同步时刻采样并从测量帧中提取卫星的同步时刻采样信息，完成T时间的下行单向测量；

后一个T时间内双方交换角色，完成上行单向测量；其中，上行、下行信号采用ka频段同一频点信号。

本发明的一种星间链路信号地面验证方法，基于本发明上述的地面验证平台，包括以下步骤：

将所述天线模块作为地面验证平台与卫星建立星间链路无线信号收发交互的输入输出口；其中，通过所述天线模块接收卫星发送的无线信号后送给变频通道模块，接收变频通道模块上变频后的信号发送给卫星；

通过所述变频通道模块接收综合基带模块输出的中频信号进行上变频，得到上变频后的信号后送给天线模块；接收天线模块的射频信号进行下变频，得到下行中频信号后送给综合基带模块，实现频谱搬移；

通过所述综合基带模块接收变频通道输出的中频信号，对信号进行捕获与跟踪、解调与解扩、解码与解帧处理，实现伪码测距；通过所述综合基带模块生成测量数据和通信信息，经过编帧与编码、扩频与调制基带信号处理后，发送给变频通道模块实现上变频；通过所述综合基带模块接收来自控制管理模块的指令，控制天线模块的工作模式和工作参数，生成对变频通道模块的控制指令以及对时频综合模块的控制指令；

通过所述时频综合模块接收外部标准参考时间综合形成不同频率，计算输出地面验证平台的钟差参数，为地面验证平台提供高精度时间基准。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

针对相控阵体制的星间链路，本发明设计了一种星间链路信号地面验证平台，该平台不但可以测试和验证相控阵体制星间链路信号的功能和性能；同时，可以作为一个地面锚固站，通过星地链路为卫星星座引入位置基准，从而改善和提升卫星自主定轨精度。具体的，通过合理的设计方法，地面验证平台不仅仅是一套单纯的地面测试验证设备，同时也可以具有地面锚固站功能，即它可以作为一颗伪卫星参与整个星座的组网运行，进而提高卫星自主定轨精度。这是因为星间链路虽然可以精确确定星座中卫星的相对位置关系，但是整个星座作为一个刚体相对于地球的整体旋转是不可观，仅靠星间测距进行自主定轨，解算时法方程组系数矩阵秩亏，导致无法确定卫星的绝对位置。通过采用增设地面锚固站增加星地观测的方法解决，由于地面锚固站位置精确已知，通过星地链路为卫星星座引入位置基准，从而可以有效提高自主定轨精度，这对于星间链路整个系统的功能和性能的保证和提升都将具有非常重要的意义。本发明中，控制管理模块可以利用工控机配合基带模块一起完成信号测距、数据处理、控制管理等功能。

本发明中，整个地面验证平台由天线、变频通道、数字基带、时频综合、信号监测与采集、控制管理等几大模块组成。其中，天线采用Ka有源相控阵天线，利用相控阵天线高度灵活的指向特性，可以建立精确的地面验证平台与卫星之间点对点星地测量和通信链路，为星地链路的对接与实验评估提供高精度的观测数据和数据交换通道。

本发明中综合基带模块是整个系统的核心,它通过伪码实现双向测距，接收来自上位机的指令，控制有源相控阵天线的工作模式和工作参数，生成对变频信道的控制指令以及对频率综合模块的控制指令等，同时将基带生成的测量数据和通信信息组帧上报上位机。

本发明中，通过接入外部标准时间参考并综合利用时差监测预报模型等参数的时频接入方法，可以使地面验证平台的系统时间保持在优于1us同步精度范围内，以满足星地之间ka相控阵体制收发建链的条件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中，地面验证平台基本架构及信号信息连接示意图；

图2是本发明实施例中，地面验证平台时间参考设计原理示意图；

图3是本发明实施例中，搭建某地面验证平台的实施原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种星间链路信号地面验证平台，包括：

整个平台可由天线模块、变频通道模块、数字基带、时频综合模块、信号监测与采集模块、控制管理等几大模块组成，基本组成架构及信号信息连接框图如图1所示。

本发明实施例中，天线模块是整个系统外部信号的输入输出口，通过天线模块建立星地测量和通信链路；其中，主要通过天线接收卫星的无线信号，同时通过天线将地面验证平台生成的星间链路信号发送给指定卫星。

本发明实施例中，变频通道模块实现信号发射上变频以及接收下变频的频谱搬移；优选的，具备射频频率可控、收发增益可控、通道冷备份、多信道切换等功能。

本发明实施例中，综合基带模块是星间链路测量和通信的重要单元，是整个系统的核心。它接收来自上位机的指令，控制有源相控阵天线的工作模式和工作参数，生成对变频通道的控制指令以及对时频综合模块的控制指令等，同时将基带生成的测量数据和通信信息组帧上报给控制管理模块的工控机，工控机配合基带一起完成信号测距、数据处理、控制管理等功能。

本发明实施例中，信号监测与采集模块主要是利用采集回放设备或频谱仪等专用测试仪器对输入信号进行监测，方便用户在测试和试验过程及时发现问题并分析解决问题。

本发明实施例中，时频综合模块主要是给地面验证平台提供高精度的基准时间参考。该模块的设计和接入系统平台的方法是本平台最终顺利实现星地测量和评估的关键。

本发明实施例中，时频综合模块接入方法包括：

卫星和地面验证平台的初始时间只有保持在一定的同步范围内才能保证星地之间完成一定时分体制的收发建链及双向测量。为了保证星地双向测量的精度，星间链路系统设计时应当保证卫星或地面站的本地时间满足与星间链路系统时间同步在1us之内的要求，并提前得到卫星和地面验证平台的钟差参数。

卫星的钟差一般可以通过卫星预报历书或者事后的精密星历得到，而地面验证平台的钟差也需要通过相应的方式获得。本发明通过接入外部标准参考时间，(比如国家授时中心保持的协调世界时UTC(NTSC)，其性能居于国际前列，且其与BDT的时间偏差保持在150ns之内)，并利用时差监测预报模型以及其他提前标定的有关线缆参数就可以算出地面验证平台的钟差值，具体方法如下如图2所示。

请参阅图2，图2给出计算地面验证平台钟差参数的具体实现方法，具体步骤包括：

将外部标准参考时间1PPS和10MHz信号通过线缆送给ka地面验证平台作为时间频率源参考，经过频率综合及分配设备处理后得到不同的频率信号，再经过分路、隔离驱动后放大进一步送给收发信机信道子系统、多功能数字基带子系统等设备使用。则地面验证平台与星间链路系统时间偏差可以通过以下计算方法得到，计算表达式为，

Δt＝t0+t1+t2+t3，(1)

其中，t0可以由时间监测与预报模型给出，该预报模型可以通过对外部标准参考时间与星间链路系统时间的时间偏差进行连续监测，得到原始的时差监测数据后，再结合有关卫星精密轨道、钟差、电离层、对流层数据等，对过去实时监测的数据进行修正，然后将修正的数据和现有的监测数据相结合就可以得到未来的短期以及长期的时差预报输出值t0。

另外，t1为外部标准参考时间1PPS出口到地面验证平台的频率综合及分配设备入口之间的线缆延时，t2为频率综合及分配设备出口到综合基带设备入口之间的线缆延时，t3为频率综合及分配设备本身的时延，这三段线缆或设备的延时均可以提前通过矢量网络分析仪进行标定给出。最后通过公式(1)就可以计算出地面验证平台与星间链路系统的时间偏差Δt。

因此，该套地面验证平台可以除了作为一套地面对接测试设备，实现对在轨卫星星间链路载荷功能性能的测试评估以及星间链路体制的试验验证，同时也可作为一个地面高精度授时基准，利用星地双向测量和时间比对数据，实现卫星时间与标准参考时间以及星间链路系统时间的高精度同步。

本发明实施例中，地面验证平台采用的测量原理及方法具体包括：

地面验证平台基于双向测量原理和时分体制来完成地面设备与卫星之间的测量。即按照一定时序进行两个单向测量的组合，假设单次测量的时间为1.5s，在一个测量循环3s之内，卫星先向地面发送1.5s的测距信号，并将同步时刻发送信号的相位信息等写入测量帧，地面此时接收卫星发送的测距信号，完成同步时刻采样并从测量帧中提取卫星的同步时刻采样信息，由此完成1.5s的下行单向测量。后1.5s双方交换角色，完成上行单向测量。其中上行、下行信号采用ka频段同一频点信号。这样一个测量循环中卫星和地面之间就实现了双向伪距测量和数据交换，卫星和地面就可以利用双方的采样信息解算星地距离和钟差。

地面验证平台天线采用Ka有源相控阵天线，利用相控阵天线高度灵活的指向特性，可以建立精确的地面验证平台与卫星之间点对点星地测量和通信链路，为星地链路的对接与实验评估提供高精度的观测数据和数据交换通道；变频通道模块通过一台收发信机设备实现信号发射上变频以及接收下变频的频谱搬移，即在接收通道将天线收到的卫星ka射频信号转换成中频信号，在发射通道将本地生成的中频信号转换成ka射频信号并通过天线发送给卫星；并且具备射频频率可控、收发增益可控、通道冷备份、多通道切换等功能。

综合基带模块设计成多功能数字化基带，控制管理模块利用一台工控计算机实现，多功能数字化基带主要负责完成不同工作模式下接收信号的抗干扰处理、捕获与跟踪、解调与解扩、解码与解帧以及发送信号的编帧与编码、扩频与调制等基带信号处理工作，同时具备自检自校能力。工控计算机配合基带一起完成信号测距、数据处理、控制管理等功能。

信号监测与采集模块主要由采集回放设备和频谱仪组成，由频谱仪实现对射频信号的实时监测分析，完成卫星星间链路载荷射频发射信号质量的有关指标测试，观察分析载荷发射信号的带内带外特性等参数。采集回放设备完成测量信号的采集、存储以及离线后处理、信息回放查看等。

时频综合模块包含频率综合与分配设备、外部参考时间输入以及时差监测设备。外部标准参考时间输入采用国家授时中心的协调世界时UTC(NTSC)系统时间，然后利用授时中心已经研制成熟的时差监测预报模型，并利用矢量分析仪等专用设备提前标定有关线缆参数，就可以算出地面验证平台的钟差值。将外部时间标准UTC(NTSC)的1PPS送给地面验证平台的频率综合及分配设备，一般来说授时中心主站UTC(NTSC)与BDT的时间偏差t0在150ns之内，授时中心主站输出1PPS至频率综合及分配设备之间的一段100米长的线缆时延t1不超过400ns，频率综合及分配设备至综合基带之间的一段线缆仅半米左右，时延t2按最大值3ns计算，频率综合及分配设备本身的设备时延t3不超过2ns，则地面锚固站与BDT的钟差Δt小于555ns。

假定由时间监测预报模型给出的UTC(NTSC)与BDT的时间偏差预报1天的预报不确定度优于3ns(1σ)，两段线缆的时延t1、t2以及频率综合分配设备的时延t3通过矢量网络分析仪提前标定的精度为1.5ns，则最终地面设备时间相对于BDT的钟差预报精度

优于5ns。因此，地面时间参考的设计和接入完全满足地面站与BDT时间同步在1us之内的要求。

将上述各模块按照图3所示原理进行连接，即将天线的射频信号收发端与变频通道相连，经变频通道频谱搬移后的中频信号经过功分器分成两路信号后，一路与多功能数字基带的输入输出端口相连，另一路与信号采集回放设备的输入端口相连；数字基带通过串口与工控计算机相连，实现系统的控制管理；频率综合与分配设备接收外部标准参考时间输入信号，并合成不同的频率信号送给数字基带和收发信机等设备使用；同时将天线接收的射频信号直接接入频谱仪输入端口实现信号的实时监测。连接完成后即可进行集成联调与测试，进而完成整个地面验证平台的系统性搭建，之后就可以在该平台上开展各种卫星信号的测量和性能验证。

本发明实施例的一种星间链路信号地面验证方法，基于本发明上述的平台；所述平台包括：天线模块、变频通道模块、时频综合模块、综合基带模块和信号监测与采集模块；所述方法包括：

将天线模块作为地面验证平台与卫星建立星间链路无线信号收发交互的输入输出口；其中，所述天线模块接收卫星发送的无线信号后送给变频通道模块，接收变频通道模块上变频后的信号发送给卫星；

通过所述变频通道模块接收综合基带模块输出的中频信号进行上变频，得到上行射频信号后送给天线；并接收天线的射频信号进行下变频，得到下行中频信号后送给基带，从而实现频谱搬移；

通过时频综合模块接收外部标准参考时间综合形成不同频率，并计算输出地面验证平台的钟差参数，为地面验证平台提供高精度时间基准；

通过综合基带模块接收变频通道输出的中频信号，并对信号进行捕获与跟踪、解调与解扩、解码与解帧等处理最终实现伪码测距；同时通过基带模块生成测量数据和通信信息并经过编帧与编码、扩频与调制等基带信号处理后发送给变频通道实现上变频。基带模块还接收来自控制管理模块的指令，控制天线模块的工作模式和工作参数，生成对变频通道模块的控制指令以及对时频综合模块的控制指令；

通过信号监测与采集模块对天线接收的射频信号进行实时监测分析，同时还接收变频通道下变频后输出的中频信号实现测量信号的采集、存储、离线后处理以及信息回放查看等功能。

利用工控机配合多功能数字基带模块一起完成信号测距、数据处理、控制管理等功能。

其中，天线模块中的天线采用Ka有源相控阵天线；

变频通道模块主要为一台收发信机设备，用于实现中频信号的上变频以及射频信号的下变频，最终实现频谱搬移；

收发信机设备具备射频频率可控、收发增益可控、通道冷备份、多通道切换功能；

综合基带模块为一台多功能数字基带设备，主要完成不同工作模式下接收信号的抗干扰处理、捕获与跟踪、解调与解扩、解码与解帧以及发送信号的编帧与编码、扩频与调制等基带信号处理工作，同时具备自检自校能力；

所述时频综合模块包括：频率综合与分配设备、外部参考时间输入以及时差监测设备；通过接入外部标准参考时间，并利用时差监测预报模型以及通过专用仪器提前标定好的线缆参数，计算获得地面验证平台的钟差参数，以保证地面验证平台时间满足与导航系统时间同步在1us之内；

综合频率模块获得地面验证平台钟差参数的方法具体包括：

将外部标准参考时间1PPS和10MHz信号通过线缆输入送给地面验证平台的频率综合与分配设备作为本地时间频率源；

经过频率综合及分配设备处理后得到不同的频率信号；再经过分路、隔离驱动后放大送给收发信机信道子系统、多功能数字基带子系统等设备使用；

地面验证平台时间与导航系统时间的时间偏差Δt的计算表达式为，

Δt＝t0+t1+t2+t3，

式中，t0由专用时间监测与预报模型给出；t1为外部标准参考时间1PPS出口到地面验证平台的频率综合及分配设备入口之间的线缆延时；t2为频率综合及分配设备出口到多功能数字综合基带设备入口之间的线缆延时；t3为频率综合及分配设备本身的时延；

信号监测与采集模块包括：

采集回放设备，用于实现测量信号的采集、存储以及离线后处理、信息回放查看；

频谱仪，用于实现对射频信号的实时监测分析，完成卫星星间链路载荷射频发射信号质量的指标测试，观察分析载荷发射信号的带内带外特性；

地面验证平台实现双向测距的方法具体包括：

假设单次测量的时间为T，在一个测量循环2T内：

卫星先向地面验证平台设备发送T时间的测距信号，并将同步时刻发送信号的相位信息写入测量帧；

地面验证平台设备接收卫星发送的测距信号，完成同步时刻采样并从测量帧中提取卫星的同步时刻采样信息，完成T时间的下行单向测量；

后一个T时间内双方交换角色，完成上行单向测量；其中，上行、下行信号采用ka频段同一频点信号。

综上所述，本发明为了实现星间链路信号有关功能性能的验证而给出一种地面测试验证平台的设计和实现方法。本发明的平台，不但可以测试和验证卫星星间链路载荷的功能和性能；同时，有助于验证和优化星间链路体制设计，对星地链路时间同步拓展应用也可以起到一定的作用。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种星间链路信号地面验证平台，其特征在于，包括：天线模块、变频通道模块、时频综合模块、综合基带模块和控制管理模块；

所述天线模块用于作为地面验证平台与卫星建立星间链路无线信号收发交互的输入输出口；其中，所述天线模块用于接收卫星发送的无线信号后送给变频通道模块，用于接收变频通道模块上变频后的信号发送给卫星；

所述变频通道模块用于接收综合基带模块输出的中频信号进行上变频，得到上变频后的信号后送给天线模块；用于接收天线模块的射频信号进行下变频，得到下行中频信号后送给综合基带模块，实现频谱搬移；

所述综合基带模块用于接收变频通道输出的中频信号，对信号进行捕获与跟踪、解调与解扩、解码与解帧处理，实现伪码测距；所述综合基带模块用于生成测量数据和通信信息，经过编帧与编码、扩频与调制基带信号处理后，发送给变频通道模块实现上变频；所述综合基带模块用于接收来自控制管理模块的指令，控制天线模块的工作模式和工作参数，生成对变频通道模块的控制指令以及对时频综合模块的控制指令；

所述时频综合模块用于接收外部标准参考时间综合形成不同频率，计算输出地面验证平台的钟差参数，为地面验证平台提供高精度时间基准。

2.根据权利要求1所述的一种星间链路信号地面验证平台，其特征在于，还包括：

信号监测与采集模块，用于对天线模块接收的射频信号进行实时监测分析；用于接收变频通道模块下变频后输出的中频信号实现测量信号的采集、存储、离线后处理以及信息回放查看功能；

其中，所述信号监测与采集模块包括：

采集回放设备，用于实现测量信号的采集、存储以及离线后处理、信息回放查看；

频谱仪，用于实现对射频信号的实时监测分析，完成卫星星间链路载荷射频发射信号质量的指标测试，观察分析载荷发射信号的带内带外特性。

3.根据权利要求1所述的一种星间链路信号地面验证平台，其特征在于，所述天线模块中的天线采用Ka有源相控阵天线。

4.根据权利要求1所述的一种星间链路信号地面验证平台，其特征在于，所述变频通道模块包括一收发信机设备，用于实现中频信号的上变频以及射频信号的下变频，最终实现频谱搬移。

5.根据权利要求4所述的一种星间链路信号地面验证平台，其特征在于，所述收发信机设备具备射频频率可控、收发增益可控、通道冷备份、多通道切换功能。

6.根据权利要求1所述的一种星间链路信号地面验证平台，其特征在于，所述综合基带模块包括一多功能数字基带设备，用于完成不同工作模式下接收信号的抗干扰处理、捕获与跟踪、解调与解扩、解码与解帧以及发送信号的编帧与编码、扩频与调制基带信号处理工作；具备自检自校能力。

7.根据权利要求6所述的一种星间链路信号地面验证平台，其特征在于，所述时频综合模块包括：频率综合与分配设备、外部参考时间输入以及时差监测设备；

其中，通过接入外部标准参考时间，利用时差监测预报模型以及通过仪器预先标定好的线缆参数，计算获得地面验证平台的钟差参数，用于保证地面验证平台时间满足与导航系统时间同步在1us之内。

8.根据权利要求7所述的一种星间链路信号地面验证平台，其特征在于，所述时频综合模块获得地面验证平台钟差参数的方法具体包括：

将外部标准参考时间1PPS和10MHz信号通过线缆输入送给地面验证平台的频率综合与分配设备作为本地时间频率源；

经过频率综合及分配设备处理后得到不同的频率信号；再经过分路、隔离驱动后放大送给地面验证平台的其他设备使用；

地面验证平台时间与导航系统时间的时间偏差Δt的计算表达式为，

Δt＝t0+t1+t2+t3，

式中，t0由时间监测与预报模型给出；t1为外部标准参考时间1PPS出口到地面验证平台的频率综合及分配设备入口之间的线缆延时；t2为频率综合及分配设备出口到多功能数字基带设备入口之间的线缆延时；t3为频率综合及分配设备本身的时延。

9.根据权利要求1所述的一种星间链路信号地面验证平台，其特征在于，所述地面验证平台实现双向测距的方法具体包括：

假设单次测量的时间为T，在一个测量循环2T内：

卫星先向地面验证平台设备发送T时间的测距信号，并将同步时刻发送信号的相位信息写入测量帧；

地面验证平台设备接收卫星发送的测距信号，完成同步时刻采样并从测量帧中提取卫星的同步时刻采样信息，完成T时间的下行单向测量；

后一个T时间内双方交换角色，完成上行单向测量；其中，上行、下行信号采用ka频段同一频点信号。

10.一种星间链路信号地面验证方法，其特征在于，基于权利要求1所述的地面验证平台，包括以下步骤：

将所述天线模块作为地面验证平台与卫星建立星间链路无线信号收发交互的输入输出口；其中，通过所述天线模块接收卫星发送的无线信号后送给变频通道模块，接收变频通道模块上变频后的信号发送给卫星；

通过所述变频通道模块接收综合基带模块输出的中频信号进行上变频，得到上变频后的信号后送给天线模块；接收天线模块的射频信号进行下变频，得到下行中频信号后送给综合基带模块，实现频谱搬移；

通过所述综合基带模块接收变频通道输出的中频信号，对信号进行捕获与跟踪、解调与解扩、解码与解帧处理，实现伪码测距；通过所述综合基带模块生成测量数据和通信信息，经过编帧与编码、扩频与调制基带信号处理后，发送给变频通道模块实现上变频；通过所述综合基带模块接收来自控制管理模块的指令，控制天线模块的工作模式和工作参数，生成对变频通道模块的控制指令以及对时频综合模块的控制指令；

通过所述时频综合模块接收外部标准参考时间综合形成不同频率，计算输出地面验证平台的钟差参数，为地面验证平台提供高精度时间基准。

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