CN111934747A - 低轨编队卫星统一测控的实现系统、方法及应答机 - Google Patents

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张嘉伟
成飞
陈锋
王军旗
郑莲玉
魏文龙
陈议
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Abstract

本发明提供了一种低轨编队卫星统一测控的实现系统、方法及应答机，低轨编队卫星包括多颗低轨卫星，由一颗主卫星和多颗从卫星组成；地面站与主星建立遥测遥控链路，主星与从星之间通过星间链路传递遥控和遥测信息；编队内各卫星相对位置均在星间链路覆盖范围内。本发明能够通过仅对编队中的主卫星建立测控通道即可实现全编队卫星统一测控，解决了对编队卫星测控占用地面站资源多、流程复杂的问题，能够提高地面站对编队卫星测控的便利性。

Description

低轨编队卫星统一测控的实现系统、方法及应答机
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体地，涉及一种低轨编队卫星统一测控的实现系统、方法及应答机。
背景技术
随着卫星应用领域在深度和广度方面的不断发展，仅依靠单颗卫星已越来越难以满足复杂任务的实现。近年来，双星乃至多星的低轨编队卫星断涌现，这些编队卫星常由一颗主星和一颗或多颗伴飞的从星组成，编队内各卫星轨道高度相同，星间距离相近，多星协同完成任务。当编队卫星进入地面站可见弧段内时，常规做法是使用多路上下行链路分别对编队内每颗星进行单独测控任务，这会占用地面站大量资源，降低地面站利用率。
专利文献CN102201854A(申请号：201110137046.4)公开了一种依靠地面站事先上注“卫星链路建立时间表”帮助网内各星在可见时建立星间链路并相互传递测控信息，部分卫星在过境阶段将自身或通过星间链路存储的其它卫星遥测信息通过单星星地测量链路与地面交互。该方案可适应不同轨道高度和轨道面的卫星网络，网络中并无确定的主副星。但其遥测遥控信息需要层层存储转发而并非实时传递，且“卫星链路建立时间表”需要地面站事先进行大量测定轨工作，实际并未节省地面站资源。
专利CN103178895A(申请号：201310078200.4)公开了一种依靠三颗GEO卫星实现低轨卫星长期实时与地面建立测控链路的方法，该方案虽然可实现全球范围内低轨卫星测控覆盖，然而低轨卫星与GEO卫星建立链接需要极大的发射EIRP，这使得低轨卫星自身的测控系统需要极高的配置，经济性并不好。
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低轨编队卫星统一测控的实现系统、方法及应答机。
根据本发明提供的低轨编队卫星统一测控的实现系统，低轨编队卫星包括多颗低轨卫星，由一颗主卫星和多颗从卫星组成；
地面站与主星建立遥测遥控链路，主星与从星之间通过星间链路传递遥控和遥测信息；
编队内各卫星相对位置均在星间链路覆盖范围内。
优选的，地面站仅与编队卫星中的主星建立测控通道，通过主星向编队内任意一颗卫星发送遥控指令，接收编队内所有卫星遥测数据。
优选的，主星统一测控应答机Ka接收通道通过Ka频段星间链路接收来自各从星遥测信号并解调测得到各从星遥测帧；
主星统一测控应答机通过识别遥测帧帧头的航天器识别符将各从星遥测帧与主星本星遥测帧依次组成统一遥测帧，通过主星与地面站间的S频段星地链路发送至地面站。
根据本发明提供的低轨编队卫星统一测控的实现方法，包括：
步骤1：主星统一测控应答机通过与地面站建立S频段星地测控链路，接收地面上行遥控信息，经过S频段对地接收通道放大、下变频至中频信号，功分两路后一路经解调送本星遥控单元，同时另一路通过Ka频段星间发射通道变频、放大至Ka频段遥控信号，经主从星间链路发送至编队内所有从星；
步骤2：遥控信息为针对编队内任意一颗卫星的遥控信息，由各星遥控单元根据遥控帧帧头的航天器识别符判断是否为本星遥控，若是则执行，不是则不执行。
优选的，编队卫星在同一轨道面，各从星在主星垂直方向±5°的视场范围内，各从星与主星星间距离不大于200km。
优选的，主星与各从星通过Ka频段星间链路传递遥控和遥测信号。
优选的，各编队卫星星间测控天线选择两个波导宽边纵缝阵列天线，通过背靠背布局，进行水平方向全向、垂直方向±5°波束范围内增益≥15dBi，EIRP≥9dBW，G/T≥-18dB/K。
优选的，主星与地面站之间采用S频段扩频测控体制，主从星间采用Ka频段扩频测控体制，信息流传输采用CDMA体制，采用DSSS扩频，主星向从星发送遥控使用与地面上行一致的扩频码，从星使用各自专用扩频码发送自身遥测至主星。
根据本发明提供的一种低轨编队卫星统一测控的应答机，所述应答机工作时采用上述的低轨编队卫星统一测控的实现方法。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过对低轨编队卫星主星星地链路与主从星星间链路的结合，并将遥控遥测包识别和多星遥测组帧功能前移至应答机内，可实现低轨编队卫星的统一测控；
2、本发明极大降低了地面站对低轨编队卫星的测控复杂度，仅用一路星地测控链路即可完成编队内全部卫星的测控任务，提高了地面站测控资源的利用率；
3、本发明同时能够有效减少单机配置和功耗。
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为本发明设计方法的流程；
图2为本发明中统一测控链路传输关系图；
图3为本发明中主星统一测控应答机组成图。
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。
实施例：
如图1、图2所示，编队卫星进入地面站测控覆盖范围内后，由地面站与编队卫星中的主星建立S频段星地测控链路。地面站可通过与主星之间的S频段星地测控链路发送针对编队内任意一颗卫星的遥控指令，仅通过遥控帧头中的航天器识别符进行区分。
编队卫星主星配套统一测控应答机，其组成由图3所示，具备星地S频段射频接收和发射模块、Ka频段星间射频发射与接收模块以及基带模块。
主星统一测控应答机星地S频段射频接收模块接收来自地面站的遥控信号后，经过放大和下变频至中频信号并功分两路，一路直接由基带模块进行解调后送至主星遥控单元，另一路通过Ka频段星间射频发射模块进行上变频和方法，通过星间天线发送给各从星的星间应答机，由其星间应答机解调后送各从星遥控单元。主从星遥控单元接收遥控信息后，通过判断遥控帧帧头的航天器识别符是否为本星遥控指令，若是则执行，若不是则不执行。
主星统一测控应答机Ka频段星间射频接收模块接收来自各从星同频不同码的扩频遥测信号，经下变频、放大和解调解扩后恢复出各从星遥测帧，同时通过RS422接口接收来自主星遥测单元的主星遥测帧，通过判断遥测帧帧头的航天器识别符，将各星遥测帧重新依次组成一个统一遥测帧，并经扩频和调制后以多倍星间遥测速率通过S频段星地发射通道发送至地面站。地面站经过处理后可得到编队全部卫星的遥测数据。
主星星地测控链路采用成熟的S频段扩频测控链路，本发明主要针对主星与从星之间遥控遥测信息的传送链路进行涉及。设计过程中要点如下：
1.星间测控频率选择：Ka频段(例如可取20GHz～30GHz范围)
2.星间信息传输体制：采用CDMA体制。由于主星发送各从星的星间遥控信仅是对来自地面S频段遥控射频信号的变频和放大处理，因此各从星星间应答机使用与地面站采用的S频段遥控信号相同的扩频码进行解扩。由于各从星同时向主星发送遥测信号，因此各从星选用相互不同的扩频码进行扩频，主星使用各从星扩频码进行多路分别解扩。
3.针对主从星在同一轨道高度，但相对位置并不固定的编队构型，各编队内卫星采用两个具有半圆饼形方向图的波导宽边纵缝阵列天线背对背布局，形成水平方向全向覆盖、垂直方向±5°波束范围内增益不小于15dBi的星间链路覆盖，实现发射端EIRP不小于9dBW，接收端G/T值不小于-18dB/K，可支持200km内的星间距离的全向覆盖，能够提供稳定可靠的星间测控链路。
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 (9)

1.一种低轨编队卫星统一测控的实现系统，其特征在于，低轨编队卫星包括多颗低轨卫星，由一颗主卫星和多颗从卫星组成；
地面站与主星建立遥测遥控链路，主星与从星之间通过星间链路传递遥控和遥测信息；
编队内各卫星相对位置均在星间链路覆盖范围内。
2.根据权利要求1所述的低轨编队卫星统一测控的实现系统，其特征在于，地面站仅与编队卫星中的主星建立测控通道，通过主星向编队内任意一颗卫星发送遥控指令，接收编队内所有卫星遥测数据。
3.根据权利要求1所述的低轨编队卫星统一测控的实现系统，其特征在于，主星统一测控应答机Ka接收通道通过Ka频段星间链路接收来自各从星遥测信号并解调测得到各从星遥测帧；
主星统一测控应答机通过识别遥测帧帧头的航天器识别符将各从星遥测帧与主星本星遥测帧依次组成统一遥测帧，通过主星与地面站间的S频段星地链路发送至地面站。
4.一种低轨编队卫星统一测控的实现方法，其特征在于，采用权利要求1-3中任一种或任多种所述的低轨编队卫星统一测控的实现系统，包括：
步骤1：主星统一测控应答机通过与地面站建立S频段星地测控链路，接收地面上行遥控信息，经过S频段对地接收通道放大、下变频至中频信号，功分两路后一路经解调送本星遥控单元，同时另一路通过Ka频段星间发射通道变频、放大至Ka频段遥控信号，经主从星间链路发送至编队内所有从星；
步骤2：遥控信息为针对编队内任意一颗卫星的遥控信息，由各星遥控单元根据遥控帧帧头的航天器识别符判断是否为本星遥控，若是则执行，不是则不执行。
5.根据权利要求4所述的低轨编队卫星统一测控的实现方法，其特征在于，编队卫星在同一轨道面，各从星在主星垂直方向±5°的视场范围内，各从星与主星星间距离不大于200km。
6.根据权利要求4所述的低轨编队卫星统一测控的实现方法，其特征在于，主星与各从星通过Ka频段星间链路传递遥控和遥测信号。
7.根据权利要求4所述的低轨编队卫星统一测控的实现方法，其特征在于，各编队卫星星间测控天线选择两个波导宽边纵缝阵列天线，通过背靠背布局，进行水平方向全向、垂直方向±5°波束范围内增益≥15dBi，EIRP≥9dBW，G/T≥-18dB/K。
8.根据权利要求4所述的低轨编队卫星统一测控的实现方法，其特征在于，主星与地面站之间采用S频段扩频测控体制，主从星间采用Ka频段扩频测控体制，信息流传输采用CDMA体制，采用DSSS扩频，主星向从星发送遥控使用与地面上行一致的扩频码，从星使用各自专用扩频码发送自身遥测至主星。
9.一种低轨编队卫星统一测控的应答机，其特征在于，所述应答机工作时采用权利要求4至8中任一项所述的方法。
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