CN111953398A - 面向微纳卫星的测控数传一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种面向微纳卫星的测控数传一体化系统，包括测控数传一体化模块、处理器模块以及载荷模块，其中：处理器模块发送卫星遥测数据给测控数传一体化模块并接收测控数传一体化模块的遥测量采集数据；载荷模块接收测控数传一体化模块的上注数据并返回载荷数据给测控数传一体化模块；测控数传一体化模块包括对天收发模块和对地收发模块。本发明取代了传统卫星测控与数传分系统多台单机独立的设计，将测控、数传、存储等功能进行集成，使用同一信道同时实现测控与数传的功能，既有利于微小卫星小型化、集成化、简约化的设计，又提高了地面测控网的应用效能，是未来星地通信发展的趋势。

Description

面向微纳卫星的测控数传一体化系统

技术领域

本发明涉及微纳卫星通信技术领域，具体地，涉及一种面向微纳卫星的测控数传一体化系统。

背景技术

传统卫星测控与数传分别隶属于两个分系统，通常由测控应答机、收发网络、数传发射机、固存与AOS等多台单机组成，设计复杂、占用资源多，不利与微小卫星小型化、集成化、简约化的设计；在现有的卫星中，测控数传收据收发速率单一，为满足星地链路余量，通常以满足最恶劣空间环境、最低地面仰角为前提的数据传输速率，然而随着不同的空间环境和地面仰角，星地链路通常有较大余量，这不利于链路传输的最大效能应用。同时地面站需针对卫星测控信息与数传数据分别进行收发，在当前地面测控网资源紧张的背景下，不利于地面测控资源的高效利用。

专利文献为CN 107528629A的发明专利公开了一种卫星测控数传广播一体化通信系统，包括：接收天线、发射天线、接收模块、功放模块和信号处理模块；信号处理模块包括：射频接收单元、基带信号处理单元、信号调制单元、时钟驱动单元、抗辐射加固单元和星务通信单元；所述射频接收单元的输入端连接所述接收模块，所述射频接收单元的输出端连接所述基带信号处理单元；所述信号调制单元的输入端连接所述基带信号处理单元，所述信号调制单元的输出端连接所述功放模块；所述基带信号处理单元分别连接所述抗辐射加固单元和所述星务通信单元；所述时钟驱动单元分别与所述射频接收单元、基带信号处理单元、信号调制单元和抗辐射加固单元连接。该通信系统体积小巧，功耗低。但是上述方案存在如下不足：上述方案只进行了信号的射频处理和调制解调等透明转发工作，并未对测控和数传数据进行数据存储，现有技术的卫星的存储需要另外的单机实现，不利于微纳卫星的集成化。且上述方案并未进行测控数传信号的信道编解码和组帧等工作；上述方案测控天线使用收发分开形式，对天和对地共需四幅天线，不利于微纳卫星的布局最小化和重量最轻化；且上述方案并未提及测控数传数据传输速率。

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面向微纳卫星的测控数传一体化系统。

根据本发明提供的一种面向微纳卫星的测控数传一体化系统，包括测控数传一体化模块、处理器模块以及载荷模块，其中：

处理器模块发送卫星遥测数据给测控数传一体化模块并接收测控数传一体化模块的遥测量采集数据；

载荷模块接收测控数传一体化模块的上注数据并返回载荷数据给测控数传一体化模块；

测控数传一体化模块包括对天收发模块和对地收发模块。

优选地，所述测控数传一体化模块还包括数据存储单元、微波网络、测控数传一体化基带、射频接收单元以及射频发射单元，其中：

数据存储单元接收并存储卫星遥测数据和载荷数据，对载荷数据、卫星遥测数据进行格式编排、编码和加扰后，由测控数传一体化基带将数据调制到下行载波上；

调制后的信号通过射频发射模块进行功率放大，并通过微波网络发送放大后的信号至对天收发模块和对地收发模块；

微波网络接收对天收发模块和对地收发模块发送的上行射频信号并传输给射频接收单元；

射频接收单元对接收的上行射频信号进行数据处理得到中频信号，中频信号在测控数传一体化基带完成A/D采样后，将采样得到的数字序列在数字基带内完成捕获、跟踪、解扰与解码，并将解调出的遥控信号送至处理器模块。

优选地，所述数据处理包括低噪声放大、下变频、中频滤波、中频信号放大以及AGC控制。

优选地，对天收发模块包括对天收发天线，对地收发模块包括对地收发天线，对天收发天线和对地收发天线采用微带天线。

优选地，所述测控数传一体化模块包括3U标准CPCI板卡。

优选地，所述CPCI板卡对接设置有两个射频接口，CPCI板卡内部设置有微波网络单元、射频接收单元、射频发射单元、测控数传一体化基带以及数据存储单元。

优选地，所述测控数传一体化基带的上行速率为2000bps～256Kbps变速率模式，下行速率为2Mbps～40Mbps变速率模式。

优选地，下行数据帧格式采用分时复用，每帧数据长度1024字节，1个周期传1帧遥测，其余时间传数传数据。

优选地，还包括电源模块，电源模块对测控数传一体化模块供电。

优选地，所述数据存储单元的存储空间大于等于128Gbit。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明取代了传统卫星测控与数传分系统多台单机独立的设计，将测控、数传、存储等功能进行集成，使用同一信道同时实现测控与数传的功能，既有利于微小卫星小型化、集成化、简约化的设计，又提高了地面测控网的应用效能，是未来星地通信发展的趋势。

2、本发明取代了传统卫星测控数传单一速率传输设计，提高了星地链路传输效能。

3、本发明设置数据存储单元，实现对测控和数传数据进行数据存储；

4、本发明完成载荷业务注入数据、遥控指令的接收、解调、解扰和译码，并将处理后的数据送处理器模块；完成星遥测数据及载荷数据的存储、组帧、编码、加扰、调制和放大输出；

5、本发明集成了传统卫星测控应答机、收发网络、数传发射机、固存与AOS等多台单机的相关功能，更有利于微纳卫星的集成化设计；

6、由于测控数据和数传数据传输的内容不一致，为了使卫星测控和数传数据可以同时下传，下行数据帧格式采用分时复用，每帧数据长度1024字节，1个周期传1帧遥测(1024字节)，其余时间传数传数据。同时，为了适应不同空间链路的环境、提高数据传输速率，本发明还对测控、数传的信道进行了编、解码处理。

7、本发明采用收发一体的测控天线，对天和对地只需2副天线，精简了微纳卫星的布局设计，减小了微纳卫星的重量开销。

8、本发明采用上行速率为2000bps～256Kbps变速率模式，下行为2Mbps～40Mbps变速率模式，上下行速率星上可自适应，解决不同空间环境，不同仰角下的测控链路余量问题。

9、本发明硬件模式为CPCI型板卡，可通过CPCI内部总线实现单机的供电和通信，通用化强，可集成于CPCI型综合电子机箱内。

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为本发明的面向微纳卫星的测控数传一体化系统的结构示意图。

图中示出：

10-测控数传一体化模块；20-对地收发天线；30-对天收发天线；40-电源模块；50-处理器模块；60-载荷模块；101-微波网络单元；102-射频接收单元；103-射频发射单元；104-测控数传一体化基带；105-数据存储单元

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，根据本发明提供的面向微纳卫星的测控数传一体化系统，包括测控数传一体化模块10、处理器模块50、电源模块40以及载荷模块60，其中所述测控数传一体化模块包括测控数传一体化基带104、射频接收单元102、射频发射单元103、微波网络101、对天收发天线30和对地收发天线20。本发明将测控、数传、存储等功能进行集成，可最大效能的利用卫星资源、地面测控网以及空间链路的资源。同时，增加了信道编码、组帧、数据加解扰、速率变速传输等功能，高度集成化、简约化、通用化。

进一步的，所述测控数传一体化模块10是测控数传一体化系统的信息处理核心，其物理形式为一块3U标准CPCI板卡；其对外接口为：2个射频接口，分别用于对天和对地射频信号的收发；其内部组成为：微波网络单元101、射频接收单元102、射频发射单元103、测控数传一体化基带104以及数据存储单元105。测控数传一体化模块10完成载荷业务注入数据、遥控指令的接收、解调、解扰和译码，并将解调后的数据送处理器模块；完成星遥测数据及载荷数据的存储、组帧、编码、加扰、调制和放大输出，存储空间不小于128Gbit；接收处理器模块发送的遥控指令并执行；完成自身遥测量采集并送给处理器模块50。

对天收发天线30、对地收发天线20采用小型化微带形式，收发共用，利用耦合贴片对上下两层天线激励，结构设计紧凑、安装方便。

微波网络101将射频发射单元103发射输出的射频信号传输给对天收发天线30、对地收发天线20，同时将对天收发天线30、对地收发天线20送来的微弱的射频信号传输给射频接收单元102。微波网络101为收、发信号提供合适带宽的通道并使收、发信号良好隔离，保证接收、发射同时正常工作。

射频接收单元102接收微波网络101的上行射频信号，完成低噪声放大、下变频、中频滤波、中频信号放大和AGC控制。中频信号在数字基带104完成A/D采样后，将采样得到的数字序列在数字基带内完成捕获、跟踪、解扰与解码，并将解调出的遥控信号以及上注载荷数据送至处理器50。

数据存储单元105接收并存储来自处理器50的星上遥测和来自载荷60的数传数据，对载荷数据、卫星遥测数据进行格式编排、编码和加扰后，由基带104将数据调制到下行载波上，然后将下行调制信号通过射频发射模块进行射频滤波处理后送射频发射单元103的功放电路进行功率放大。

测控数传一体化基带104，上行速率为2000bps～256Kbps变速率模式，下行为2Mbps～40Mbps变速率模式，上下行速率星上可自适应，解决不同空间环境，不同仰角下的测控链路余量问题。

下行数据帧格式采用分时复用，每帧数据长度1024字节，1个周期传1帧遥测(1024字节)，其余时间传数传数据。

电源模块40的功能为通过内部CPCI总线为测控数传一体化模块提供供电，减少了卫星内部电缆。

本发明取代了传统卫星测控与数传分系统多台单机独立的设计，将测控、数传、存储等功能进行集成，使用同一信道同时实现测控与数传的功能，既有利于微小卫星小型化、集成化、简约化的设计，又提高了地面测控网的应用效能，是未来星地通信发展的趋势。

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 (10)

1.一种面向微纳卫星的测控数传一体化系统，其特征在于，包括测控数传一体化模块、处理器模块以及载荷模块，其中：

处理器模块发送卫星遥测数据给测控数传一体化模块并接收测控数传一体化模块的遥测量采集数据；

载荷模块接收测控数传一体化模块的上注数据并返回载荷数据给测控数传一体化模块；

测控数传一体化模块包括对天收发模块和对地收发模块。

2.根据权利要求1所述的面向微纳卫星的测控数传一体化系统，其特征在于，所述测控数传一体化模块还包括数据存储单元、微波网络、测控数传一体化基带、射频接收单元以及射频发射单元，其中：

数据存储单元接收并存储卫星遥测数据和载荷数据，对载荷数据、卫星遥测数据进行格式编排、编码和加扰后，由测控数传一体化基带将数据调制到下行载波上；

调制后的信号通过射频发射模块进行功率放大，并通过微波网络发送放大后的信号至对天收发模块和对地收发模块；

微波网络接收对天收发模块和对地收发模块发送的上行射频信号并传输给射频接收单元；

射频接收单元对接收的上行射频信号进行数据处理得到中频信号，中频信号在测控数传一体化基带完成A/D采样后，将采样得到的数字序列在数字基带内完成捕获、跟踪、解扰与解码，并将解调出的遥控信号送至处理器模块。

3.根据权利要求2所述的面向微纳卫星的测控数传一体化系统，其特征在于，所述数据处理包括低噪声放大、下变频、中频滤波、中频信号放大以及AGC控制。

4.根据权利要求1所述的面向微纳卫星的测控数传一体化系统，其特征在于，

对天收发模块包括对天收发天线，对地收发模块包括对地收发天线，对天收发天线和对地收发天线采用微带天线。

5.根据权利要求1所述的面向微纳卫星的测控数传一体化系统，其特征在于，所述测控数传一体化模块包括3U标准CPCI板卡。

6.根据权利要求5所述的面向微纳卫星的测控数传一体化系统，其特征在于，所述CPCI板卡对接设置有两个射频接口，CPCI板卡内部设置有微波网络单元、射频接收单元、射频发射单元、测控数传一体化基带以及数据存储单元。

7.根据权利要求1所述的面向微纳卫星的测控数传一体化系统，其特征在于，所述测控数传一体化基带的上行速率为2000bps～256Kbps变速率模式，下行速率为2Mbps～40Mbps变速率模式。

8.根据权利要求7所述的面向微纳卫星的测控数传一体化系统，其特征在于，下行数据帧格式采用分时复用，每帧数据长度1024字节，1个周期传1帧遥测，其余时间传数传数据。

9.根据权利要求1所述的面向微纳卫星的测控数传一体化系统，其特征在于，还包括电源模块，电源模块对测控数传一体化模块供电。

10.根据权利要求2所述的面向微纳卫星的测控数传一体化系统，其特征在于，所述数据存储单元的存储空间大于等于128Gbit。

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