CN112511212A - 一种基于星下点实现tdma的方法及系统 - Google Patents

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CN112511212A CN202011285568.4A CN202011285568A CN112511212A CN 112511212 A CN112511212 A CN 112511212A CN 202011285568 A CN202011285568 A CN 202011285568A CN 112511212 A CN112511212 A CN 112511212A
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Abstract

本发明提出了一种基于星下点实现TDMA的方法及实现该方法的系统，通过将星下点作为参考点的方式，实现卫星时间同步的简易方式，同时满足多个地球站在同一时间点运作的目的。其中，实现方法的系统包括：网控管理单元、主站设备、地球站设备，三者之间，以星下点的参考地球站设备为参考点，利用网控管理单元计算和配置系统整体的参数，主站设备发送链路数据和反向接受地球站的突发数据，实现地球站时钟的同步，进一步实现突发数据的发送在规定时隙内完成的目的。

Description

一种基于星下点实现TDMA的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于星下点实现TDMA的方法及系统，特别是涉及卫星通信技术的领域。
背景技术
随着科学技术的发展，卫星通信在偏远地区、岛屿、森林等区域占有重要的地位。在“万物互联”的趋势下，地球站设备运作时间的一致性，成了卫星通信过程中，任意时间、任意地点数据交互的基础。
但现有技术中，卫星TDMA技术的实现复杂，且依赖于调制解调芯片的功能，当地球站数量过大时，每个地球站均配备TDMA调制解调器，且TDMA系统实现复杂，对硬件精度要求高，因此将会带来巨大的成本，导致投资较大。同时，卫星到地面地球站的超远距离带来了信号的传输时延，且不同位置的传输延时也不相同，这给地球站设备之间的同步，也带了不可忽视的问题。
发明内容
发明目的：一个目的是提出一种基于星下点实现TDMA的方法，以解决现有技术存在的上述问题。进一步目的是提出一种实现上述方法的系统。
技术方案：一种基于星下点实现TDMA的方法，包括以下步骤：
步骤一：确定参考地球站设备；
步骤二：获取距离参数；
步骤三：确定时延；
步骤四：校对设备时间一致。
在进一步的实施例中，所述步骤一进一步为：根据星下点与卫星连线路上的虚拟地球站设备为参考地球站设备，模拟接收主站设备发出的TDM，辅助地球站进行时钟同步。其中所述主站设备前向为FDMA调制器，发送TDM载波，返向是突发解调器，接收地球站突发的载波；所述TDM载波包含控制帧和数据帧两种；所述地球站设备前向为FDMA解调器，接收TDM载波，返向是突发调制器，在对应时隙内突发载波，还具备GPS/北斗定位，实时将设备所在地的经纬度反馈给设备。
在进一步的实施例中，所述步骤二进一步为：根据选定卫星的经纬度计算星下点到卫星的距离
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
，以及地球站所处位置至卫星的距离
Figure 675341DEST_PATH_IMAGE002
；其中地球站所处位置至卫星的距离
Figure 505894DEST_PATH_IMAGE002
计算方式为：
Figure 748657DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
表示选定卫星所在的经度，
Figure 82686DEST_PATH_IMAGE006
表示地球站所在的经度，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
表示地球站所在的纬度，
Figure 362489DEST_PATH_IMAGE008
表示地球的半径，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离；
星下点到卫星的距离
Figure 883600DEST_PATH_IMAGE001
计算方式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
式中，
Figure 664474DEST_PATH_IMAGE008
表示地球的半径，
Figure 56272DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离。
在进一步的实施例中，所述步骤三进一步为：根据地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure 162768DEST_PATH_IMAGE012
，其中
Figure 702334DEST_PATH_IMAGE012
的如下表达式所示：
Figure 162266DEST_PATH_IMAGE014
式中，
Figure 798783DEST_PATH_IMAGE001
表示星下点到卫星的距离，
Figure 685968DEST_PATH_IMAGE002
表示地球站所处位置至卫星的距离，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
表示光速。
在进一步的实施例中，所述步骤四进一步为：根据系统零点与地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延，判断数据发送对应时隙中的数据发送时刻，从而根据计算出的发送时刻，校对地球站设备的时间；
地球站接收到控制帧后，根据当前时刻
Figure 509567DEST_PATH_IMAGE016
地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure 507610DEST_PATH_IMAGE012
、地球站自身的处理时延
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
和等待时延
Figure 670738DEST_PATH_IMAGE018
计算出整个地球站当前帧的系统零点
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
；所述地球站当前帧的系统零点
Figure 587879DEST_PATH_IMAGE019
为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
式中，
Figure 570878DEST_PATH_IMAGE022
表示当前时刻，
Figure 372612DEST_PATH_IMAGE012
表示地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延，
Figure 921405DEST_PATH_IMAGE017
表示地球站自身的处理时延，
Figure 275026DEST_PATH_IMAGE018
表示等待时延；
当前时刻地球站距离当前帧的系统零点的时间
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 151846DEST_PATH_IMAGE022
表示当前时刻，
Figure 881905DEST_PATH_IMAGE012
表示相对时延，
Figure 285205DEST_PATH_IMAGE017
表示地球站自身的处理时延，
Figure 950672DEST_PATH_IMAGE018
表示等待时延，
Figure 236160DEST_PATH_IMAGE019
表示地球站当前帧的系统零点；
比较地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure 645276DEST_PATH_IMAGE012
和发送起始保护时间
Figure 903082DEST_PATH_IMAGE026
的大小，当
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE027
时，地球站在进入分配时隙前发送数据；在第零时隙发送的地球站在系统零点前发送数据；当
Figure 270609DEST_PATH_IMAGE028
时，地球站在各自时隙内，即
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE029
时刻发送数据；
其中所述等待时延
Figure 777814DEST_PATH_IMAGE018
根据当前系统中，地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure 725041DEST_PATH_IMAGE012
和每个时隙的发送起始保护时间
Figure 899671DEST_PATH_IMAGE026
设置，当
Figure 906941DEST_PATH_IMAGE027
时，
Figure 901442DEST_PATH_IMAGE030
；
Figure 980256DEST_PATH_IMAGE028
时，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE031
。
一种基于星下点实现TDMA的系统，用于实现上述所述方法，包括以下模块：
用于获取数据信息的第一模块；
用于处理距离信息的第二模块；
用于确定数据发送时间的第三模块；
用于实现设备统一的第四模块。
在进一步的实施例中，所述第一模块进一步包括数据采集模块、数据存储模块；所述数据采集模块用于获取选定卫星的经纬度计算星下点到卫星的距离信息、地球站所处位置至卫星的距离信息、地球站自身的处理时延信息、等待时延信息，具体包括主站设备的FDMA调制器、地球站设备的FDMA解调器、主站设备的突发解调器、地球站设备的突发解调器；所述数据存储模块用于存储选定卫星的经纬度计算星下点参考地球站到卫星的距离信息、地球站所处位置至卫星的距离信息、地球站自身的处理时延信息、等待时延信息、地球站当前帧的系统零点信息、地球站当前帧的系统零点信息；所述主站设备的FDMA调制器用于发送TDM载波；所述主站设备的突发解调器用于接收地球站突发的载波；所述地球站设备的FDMA解调器用于接收TDM载波；所述地球站设备的突发解调器用于在对应时隙内突发载波，同时具备GPS/北斗定位，并实时将设备所在地的经纬度反馈给设备；所述参考地球站设备是根据星下点与卫星连线路上的虚拟地球站设备。
在进一步的实施例中，所述第二模块进一步根据第一模块获取到的数据信息进行距离参数的计算，进一步包括距离模块一、距离模块二；所述距离模块一用于计算地球站所处位置至卫星的距离；所述距离模块二用于计算星下点到卫星的距离。
其中地球站所处位置至卫星的距离
Figure 415917DEST_PATH_IMAGE002
计算方式为：
Figure 594088DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 75885DEST_PATH_IMAGE005
表示选定卫星所在的经度，
Figure 692811DEST_PATH_IMAGE006
表示地球站所在的经度，
Figure 451820DEST_PATH_IMAGE007
表示地球站所在的纬度，
Figure 191106DEST_PATH_IMAGE008
表示地球的半径，
Figure 35565DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离；
星下点到卫星的距离
Figure 456182DEST_PATH_IMAGE032
计算方式为：
Figure 194331DEST_PATH_IMAGE034
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE035
表示地球的半径，
Figure 511043DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离。
在进一步的实施例中，所述第三模块进一步包括用于配置地球站站点数量、返向链路的业务速率、帧周期、时隙周期、等待时延参数的网控管理单元。网控管理单元进一步根据业务速率
Figure 842798DEST_PATH_IMAGE036
、支持地球站数量决定返向链路的帧周期
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE037
、每帧时隙数
Figure 332685DEST_PATH_IMAGE038
、和时隙周期
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE039
。其中每帧时隙数
Figure 3969DEST_PATH_IMAGE038
等于地球站的数量；时隙周期
Figure 553899DEST_PATH_IMAGE039
由业务速率以及返向链路突发数据包的包长
Figure 638530DEST_PATH_IMAGE040
决定，即：
Figure 197687DEST_PATH_IMAGE042
式中，
Figure 113691DEST_PATH_IMAGE036
表示业务速率，
Figure 241047DEST_PATH_IMAGE040
表示返向链路突发数据包的包长，
Figure 406449DEST_PATH_IMAGE039
表示时隙周期。
返向链路的帧周期
Figure 367365DEST_PATH_IMAGE037
为：
Figure 403454DEST_PATH_IMAGE044
式中，
Figure 560766DEST_PATH_IMAGE038
表示每帧时隙数，
Figure 354410DEST_PATH_IMAGE039
表示时隙周期，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE045
表示等待时延，用来保证在第零时隙工作的地球站能正常突发数据。
网控管理单元确定好参数后，分配不同的时隙给地球站，并将配置的参数和时隙规划传递给主站设备。
所述主站设备接收到网控管理单元下发的参数后，根据本地的时钟晶振来产生时钟计数，当时钟计数表示的时间等于
Figure 989791DEST_PATH_IMAGE037
时，发送控制帧，所述控制帧用来提供地球站同步功能，以及网控管理单元提供的时隙分配计划，其余时间发送正常数据帧。返向主站设备根据解调出的数据中的地球站编号，将数据区分，发送到网控管理单元。
在进一步的实施例中，所述第四模块进一步根据根据第三模块中发送的控制帧的时间，当前时刻
Figure 552490DEST_PATH_IMAGE016
相对时延
Figure 146283DEST_PATH_IMAGE012
、地球站自身的处理时延
Figure 161643DEST_PATH_IMAGE017
和等待时延
Figure 803977DEST_PATH_IMAGE018
计算出整个地球站当前帧的系统零点
Figure 345817DEST_PATH_IMAGE019
，同时，在第零时隙突发数据的地球站接收到同步位后，引入了等待时延
Figure 720297DEST_PATH_IMAGE045
来保证第零时隙数据的突发，以及防止错过突发的正确时间。最后，根据本地时钟晶振计数，计数值达到时间差后同步地球站的时间，从而实现时间同步的校对。
有益效果：本发明提出了一种基于星下点实现TDMA的方法及实现该方法的系统，通过将星下点作为参考点的方式，实现卫星时间同步的简易方式，同时满足多个地球站在同一时间点运作的目的。其中，主站设备和地球站设备均采用的是普通的FDMA卫星调制解调器，没有对调制解调器的其他需求，成本相较于TDMA大大降低。此外整体计算量小，易实现，计算过程并不涉及乘法和除法，FPGA实现简单，同时，还提供了地球站在各自时隙内突发载波的时间计算方法，实现简单，使各时隙的载波的互不干扰。
附图说明
图1为本发明的实现方法流程示意图。
图2为本发明方法步骤的框图。
图3为万物互联下的卫星通信系统示意图。
图4为卫星、星下点与地球站的关系示意图。
图5为返向链路的帧组成示意图。
图6为时间同步过程示意图。
图7为地球站载波突发示意图。
图8为地球站时钟同步流程图。
具体实施方式
本发明通过一种基于星下点实现TDMA的方法及实现该方法的系统，实现根据参考地球站设备达到地球站设备时间一致的目的。下面通过实施例，并结合附图对本方案做进一步具体说明。
在本申请中，我们提出了一种基于星下点实现TDMA的方法及实现该方法的系统，其中包含的一种基于星下点实现TDMA的方法，该方法首先根据卫星的位置，确定地球站所处位置至卫星的距离，以及星下点的参考地球站到卫星的距离；其次，计算地球站相对于参考地球站的相对时延；从次，地球站根据接收到的控制帧和相对时延的数值计算系统零点；最后判断对应时隙发送时刻，并实现设备的时间校准同步。
具体为包括以下步骤：
步骤一：确定参考地球站设备；该步骤根据星下点与卫星连线路上的虚拟地球站设备为参考地球站设备，模拟接收主站设备发出的TDM，辅助地球站进行时钟同步。其中所述主站设备前向为FDMA调制器，发送TDM载波，返向是突发解调器，接收地球站突发的载波；所述TDM载波包含控制帧和数据帧两种；所述地球站设备前向为FDMA解调器，接收TDM载波，返向是突发调制器，在对应时隙内突发载波，还具备GPS/北斗定位，实时将设备所在地的经纬度反馈给设备。
步骤二：获取距离参数；该步骤根据选定卫星的经纬度计算星下点到卫星的距离
Figure 613167DEST_PATH_IMAGE001
，以及地球站所处位置至卫星的距离
Figure 731296DEST_PATH_IMAGE002
；其中地球站所处位置至卫星的距离
Figure 127642DEST_PATH_IMAGE002
计算方式为：
Figure 920DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 990873DEST_PATH_IMAGE005
表示选定卫星所在的经度，
Figure 302906DEST_PATH_IMAGE006
表示地球站所在的经度，
Figure 429125DEST_PATH_IMAGE007
表示地球站所在的纬度，
Figure 473304DEST_PATH_IMAGE008
表示地球的半径，
Figure 75187DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离；
星下点到卫星的距离
Figure 535118DEST_PATH_IMAGE032
计算方式为：
Figure 171636DEST_PATH_IMAGE034
式中，
Figure 58820DEST_PATH_IMAGE035
表示地球的半径，
Figure 147999DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离。
以卫星是中兴6A，地球站所在位置是南京为例，
Figure 146042DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
。可以算出
Figure 105908DEST_PATH_IMAGE048
。
步骤三：确定时延；该步骤根据地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure DEST_PATH_IMAGE049
，其中
Figure 226310DEST_PATH_IMAGE049
的如下表达式所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE051
式中，
Figure 146993DEST_PATH_IMAGE032
表示星下点到卫星的距离，
Figure 338940DEST_PATH_IMAGE052
表示地球站所处位置至卫星的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
表示光速。在上述卫星是中兴6A，地球站所在位置是南京为例，可以获得相对时延
Figure 90995DEST_PATH_IMAGE054
。
步骤四：校对设备时间一致；该步骤根据系统零点与地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延，判断数据发送对应时隙中的数据发送时刻，从而根据计算出的发送时刻，校对地球站设备的时间；
地球站接收到控制帧后，根据当前时刻
Figure 647879DEST_PATH_IMAGE016
地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure 321436DEST_PATH_IMAGE012
、地球站自身的处理时延
Figure 317074DEST_PATH_IMAGE017
和等待时延
Figure 720374DEST_PATH_IMAGE018
计算出整个地球站当前帧的系统零点
Figure 120262DEST_PATH_IMAGE019
；所述地球站当前帧的系统零点
Figure 671329DEST_PATH_IMAGE019
为：
Figure 814866DEST_PATH_IMAGE021
式中，
Figure 869410DEST_PATH_IMAGE022
表示当前时刻，
Figure 33675DEST_PATH_IMAGE012
表示地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延，
Figure 681825DEST_PATH_IMAGE017
表示地球站自身的处理时延，
Figure 753686DEST_PATH_IMAGE018
表示等待时延；
当前时刻地球站距离当前帧的系统零点的时间
Figure 803682DEST_PATH_IMAGE023
为：
Figure 873269DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 133349DEST_PATH_IMAGE022
表示当前时刻，
Figure 618688DEST_PATH_IMAGE012
表示相对时延，
Figure 913403DEST_PATH_IMAGE017
表示地球站自身的处理时延，
Figure 91575DEST_PATH_IMAGE018
表示等待时延，
Figure 776634DEST_PATH_IMAGE019
表示地球站当前帧的系统零点；
比较地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure 190298DEST_PATH_IMAGE012
和发送起始保护时间
Figure 214885DEST_PATH_IMAGE026
的大小，当
Figure 688592DEST_PATH_IMAGE027
时，地球站在进入分配时隙前发送数据；在第零时隙发送的地球站在系统零点前发送数据；当
Figure 533051DEST_PATH_IMAGE028
时，地球站在各自时隙内，即
Figure 688089DEST_PATH_IMAGE029
时刻发送数据；
其中所述等待时延
Figure 691817DEST_PATH_IMAGE018
根据当前系统中，地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure 477371DEST_PATH_IMAGE012
和每个时隙的发送起始保护时间
Figure 933760DEST_PATH_IMAGE026
设置，当
Figure 564592DEST_PATH_IMAGE027
时，
Figure 360510DEST_PATH_IMAGE030
；
Figure 176019DEST_PATH_IMAGE028
时，
Figure 260650DEST_PATH_IMAGE031
。
基于上述所述方法，进一步提供一种基于星下点实现TDMA的系统实现上述方法，具体包括：
用于获取数据信息的第一模块；该模块进一步包括数据采集模块、数据存储模块；所述数据采集模块用于获取选定卫星的经纬度计算星下点到卫星的距离信息、地球站所处位置至卫星的距离信息、地球站自身的处理时延信息、等待时延信息，具体包括主站设备的FDMA调制器、地球站设备的FDMA解调器、主站设备的突发解调器、地球站设备的突发解调器；所述数据存储模块用于存储选定卫星的经纬度计算星下点的参考地球站设备到卫星的距离信息、地球站所处位置至卫星的距离信息、地球站自身的处理时延信息、等待时延信息、地球站当前帧的系统零点信息、地球站当前帧的系统零点信息；所述主站设备的FDMA调制器用于发送TDM载波；所述主站设备的突发解调器用于接收地球站突发的载波；所述地球站设备的FDMA解调器用于接收TDM载波；所述地球站设备的突发解调器用于在对应时隙内突发载波，同时具备GPS/北斗定位，并实时将设备所在地的经纬度反馈给设备；所述参考地球站设备是根据星下点与卫星连线路上的虚拟地球站设备。
用于处理距离信息的第二模块；该模块进一步根据第一模块获取到的数据信息进行距离参数的计算，进一步包括距离模块一、距离模块二；所述距离模块一用于计算地球站所处位置至卫星的距离；所述距离模块二用于计算星下点到卫星的距离。其中地球站所处位置至卫星的距离
Figure 819807DEST_PATH_IMAGE002
计算方式为：
Figure 407915DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 332008DEST_PATH_IMAGE005
表示选定卫星所在的经度，
Figure 762990DEST_PATH_IMAGE006
表示地球站所在的经度，
Figure 1204DEST_PATH_IMAGE007
表示地球站所在的纬度，
Figure 834031DEST_PATH_IMAGE008
表示地球的半径，
Figure 601130DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离；
星下点到卫星的距离
Figure 722669DEST_PATH_IMAGE032
计算方式为：
Figure 623629DEST_PATH_IMAGE034
式中，
Figure 186329DEST_PATH_IMAGE035
表示地球的半径，
Figure 514542DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离。
用于确定数据发送时间的第三模块；该模块进一步包括用于配置地球站站点数量、返向链路的业务速率、帧周期、时隙周期、等待时延参数的网控管理单元。网控管理单元进一步根据业务速率
Figure 857799DEST_PATH_IMAGE036
、支持地球站数量决定返向链路的帧周期
Figure 437816DEST_PATH_IMAGE037
、每帧时隙数
Figure 245235DEST_PATH_IMAGE038
、和时隙周期
Figure 619715DEST_PATH_IMAGE039
。其中每帧时隙数
Figure 450268DEST_PATH_IMAGE038
等于地球站的数量；时隙周期
Figure 958610DEST_PATH_IMAGE039
由业务速率以及返向链路突发数据包的包长
Figure 242041DEST_PATH_IMAGE040
决定，即：
Figure 912057DEST_PATH_IMAGE042
式中，
Figure 229906DEST_PATH_IMAGE036
表示业务速率，
Figure 886146DEST_PATH_IMAGE040
表示返向链路突发数据包的包长，
Figure 668157DEST_PATH_IMAGE039
表示时隙周期。
返向链路的帧周期
Figure 384441DEST_PATH_IMAGE037
为：
Figure 189586DEST_PATH_IMAGE044
式中，
Figure 774151DEST_PATH_IMAGE038
表示每帧时隙数，
Figure 286035DEST_PATH_IMAGE039
表示时隙周期，
Figure 297853DEST_PATH_IMAGE045
表示等待时延，用来保证在第零时隙工作的地球站能正常突发数据。
网控管理单元确定好参数后，分配不同的时隙给地球站，并将配置的参数和时隙规划传递给主站设备。
所述主站设备接收到网控管理单元下发的参数后，根据本地的时钟晶振来产生时钟计数，当时钟计数表示的时间等于
Figure 996819DEST_PATH_IMAGE037
时，发送控制帧，例如，如图5所示的返向链路的帧结构，令帧长为1.02s，每帧包含的时隙数n=10，时隙周期就等于100ms，发送起始保护4ms，数据传输90ms，发送结束保护6ms，等待时延20ms。本地时钟晶振是50MHz，那么Num值就等于5e7。每个时钟周期计数器加1，等于5e7后，清零。
所述控制帧用来提供地球站同步功能，以及网控管理单元提供的时隙分配计划，其余时间发送正常数据帧。返向主站设备根据解调出的数据中的地球站编号，将数据区分，发送到网控管理单元。
以下通过一具体实施例进行阐述，首先，令地球站数量
Figure DEST_PATH_IMAGE055
=32，返向链路速率
Figure 119495DEST_PATH_IMAGE056
，突发数据包的包长
Figure DEST_PATH_IMAGE057
，时隙周期
Figure 17044DEST_PATH_IMAGE058
，等待时延
Figure DEST_PATH_IMAGE059
，每帧周期
Figure 809551DEST_PATH_IMAGE060
，发送起始保护5.12ms，发送结束保护7.68ms；其次，网控管理单元将上述参数和时隙规划传递给主站设备；最后，主站设备将相关参数和时隙规划写入控制帧，并跟据本地时钟晶振50MHz产生时钟计数，当计数器值等于225,290,000，发送控制帧。
用于实现设备统一的第四模块；该模块进一步根据第三模块中发送的控制帧的时间，当前时刻
Figure 651605DEST_PATH_IMAGE016
相对时延
Figure 453339DEST_PATH_IMAGE012
、地球站自身的处理时延
Figure 736553DEST_PATH_IMAGE017
和等待时延
Figure 355753DEST_PATH_IMAGE018
计算出整个地球站当前帧的系统零点
Figure 294890DEST_PATH_IMAGE019
，同时，在第零时隙突发数据的地球站接收到同步位后，引入了等待时延
Figure 24949DEST_PATH_IMAGE045
来保证第零时隙数据的突发，以及防止错过突发的正确时间。最后，根据本地时钟晶振计数，计数值达到时间差后同步地球站的时间，从而实现时间同步的校对。
如图6所示，主站端发送控制帧后，星下点以及地球站1、2时钟同步情况，接收完控制帧
Figure DEST_PATH_IMAGE061
，当前帧的零点
Figure 569194DEST_PATH_IMAGE062
也会确定下来。其余的地球站按照星下点的时间校准同步。相比地球站2，地球站1距离星下点较近，先接收完控制帧，到达
Figure DEST_PATH_IMAGE063
，
Figure 31399DEST_PATH_IMAGE063
与
Figure 316887DEST_PATH_IMAGE061
的时间差主要是距离带来的相对时延
Figure 460423DEST_PATH_IMAGE049
和信号处理时延
Figure 718229DEST_PATH_IMAGE064
。所以
Figure 679232DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure 327382DEST_PATH_IMAGE062
的时间差等于
Figure DEST_PATH_IMAGE065
。即地球站1还有
Figure 133664DEST_PATH_IMAGE065
到达系统零点，根据本地时钟晶振计数，计数值达到时间差后，地球站1时钟同步。同样，地球站2以及其他的地球站的同步过程。所有地球站时钟同步后，按照各自的时隙安排发送数据，突发载波。如图7所示，地球站1在第零时隙突发，收到控制帧后，首先判断
Figure 449239DEST_PATH_IMAGE066
的大小，当
Figure DEST_PATH_IMAGE067
时，发送时刻
Figure 722088DEST_PATH_IMAGE068
在发送保护时间内，此时
Figure 185431DEST_PATH_IMAGE045
只要大于
Figure 795404DEST_PATH_IMAGE049
。当
Figure DEST_PATH_IMAGE069
时，发送时刻在发送保护时间外，还未至
Figure 496643DEST_PATH_IMAGE062
。也就是时钟同步前
Figure 737132DEST_PATH_IMAGE070
时就需要发送载波，此时
Figure DEST_PATH_IMAGE071
，大于
Figure 891033DEST_PATH_IMAGE067
时的
Figure 445642DEST_PATH_IMAGE045
。因此为了减小
Figure 329284DEST_PATH_IMAGE045
，提高系统效率，可以将离星下点最近的地球站设为第零时隙突发载波，以满足
Figure 6253DEST_PATH_IMAGE067
的条件。
以上述地球站所处之地在南京为例，相对时延为3.86ms，处理时延为1ms，在第零时隙工作，发送起始保护时间为5.12ms，因为3.86<5.12，
Figure 850713DEST_PATH_IMAGE045
的最小值是3.86ms，为了留有余量，
Figure 68067DEST_PATH_IMAGE045
的值取4ms。
Figure 947162DEST_PATH_IMAGE061
时刻，南京地球站接收完控制帧，距离当前帧的系统零点的时间是0.14ms，进入第零时隙后，发送时刻是在
Figure 529453DEST_PATH_IMAGE072
。所有地球站在各自时隙内突发载波，数据包的前8bit用来表示当前地球站编号，后2040bits为用户数据。
在本发明中，主站设备和地球站设备均采用的是普通的FDMA卫星调制解调器，没有对调制解调器的其他需求，成本相较于TDMA大大降低。此外整体计算量小，易实现，计算过程并不涉及乘法和除法，FPGA实现简单。同时，本发明实现的以星下点为参考点的TDMA系统，整体系统效率在90%以上，计算简单，且对所使用的调制解调器要求不高，成本低廉，能够满足多地球设备共享卫星资源。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于星下点实现TDMA的方法，其特征在于，包括：
步骤一：确定参考地球站设备；
步骤二：获取距离参数；
步骤三：确定时延；
步骤四：校对设备时间一致。
2.根据权利要求1所述的一种基于星下点实现TDMA的方法，其特征在于，所述步骤一进一步为：
根据星下点与卫星连线路上的虚拟地球站设备为参考地球站设备，模拟接收主站设备发出的TDM，辅助地球站进行时钟同步；其中所述主站设备前向为FDMA调制器，发送TDM载波，返向是突发解调器，接收地球站突发的载波；所述TDM载波包含控制帧和数据帧两种；所述地球站设备前向为FDMA解调器，接收TDM载波，返向是突发调制器，在对应时隙内突发载波，还具备GPS/北斗定位，实时将设备所在地的经纬度反馈给设备。
3.根据权利要求1所述的一种基于星下点实现TDMA的方法，其特征在于，所述步骤二进一步为：
根据选定卫星的经纬度计算星下点到卫星的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，以及地球站所处位置至卫星的距离
Figure 445467DEST_PATH_IMAGE002
；其中地球站所处位置至卫星的距离
Figure 200933DEST_PATH_IMAGE002
计算方式为：
Figure 200113DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示选定卫星所在的经度，
Figure 422147DEST_PATH_IMAGE006
表示地球站所在的经度，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示地球站所在的纬度，
Figure 100253DEST_PATH_IMAGE008
表示地球的半径，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离；
星下点到卫星的距离
Figure 65935DEST_PATH_IMAGE001
计算方式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
式中，
Figure 388463DEST_PATH_IMAGE008
表示地球的半径，
Figure 374874DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离。
4.根据权利要求1所述的一种基于星下点实现TDMA的方法，其特征在于，所述步骤三进一步为：
根据地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure 946801DEST_PATH_IMAGE012
，其中
Figure 44070DEST_PATH_IMAGE012
的如下表达式所示：
Figure 486684DEST_PATH_IMAGE014
式中，
Figure 847258DEST_PATH_IMAGE001
表示星下点到卫星的距离，
Figure 765535DEST_PATH_IMAGE002
表示地球站所处位置至卫星的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示光速。
5.根据权利要求1所述的一种基于星下点实现TDMA的方法，其特征在于，所述步骤四进一步为：
根据系统零点与地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延，判断数据发送对应时隙中的数据发送时刻，从而根据计算出的发送时刻，校对地球站设备的时间；
地球站接收到控制帧后，根据当前时刻
Figure 73020DEST_PATH_IMAGE016
地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure 635719DEST_PATH_IMAGE012
、地球站自身的处理时延
Figure DEST_PATH_IMAGE017
和等待时延
Figure 698353DEST_PATH_IMAGE018
计算出整个地球站当前帧的系统零点
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；所述地球站当前帧的系统零点
Figure 510451DEST_PATH_IMAGE019
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
式中，
Figure 633346DEST_PATH_IMAGE022
表示当前时刻，
Figure 378448DEST_PATH_IMAGE012
表示地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延，
Figure 752928DEST_PATH_IMAGE017
表示地球站自身的处理时延，
Figure 645798DEST_PATH_IMAGE018
表示等待时延；
当前时刻地球站距离当前帧的系统零点的时间
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 436031DEST_PATH_IMAGE022
表示当前时刻，
Figure 97956DEST_PATH_IMAGE012
表示相对时延，
Figure 971234DEST_PATH_IMAGE017
表示地球站自身的处理时延，
Figure 961187DEST_PATH_IMAGE018
表示等待时延，
Figure 742061DEST_PATH_IMAGE019
表示地球站当前帧的系统零点；
比较地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure 399439DEST_PATH_IMAGE012
和发送起始保护时间
Figure 240356DEST_PATH_IMAGE026
的大小，当
Figure DEST_PATH_IMAGE027
时，地球站在进入分配时隙前发送数据；在第零时隙发送的地球站在系统零点前发送数据；当
Figure 452025DEST_PATH_IMAGE028
时，地球站在各自时隙内，即
Figure DEST_PATH_IMAGE029
时刻发送数据；
其中所述等待时延
Figure 708694DEST_PATH_IMAGE018
根据当前系统中，地球站相对于星下点的位置确定地球站设备与参考地球站之间的相对时延
Figure 79633DEST_PATH_IMAGE012
和每个时隙的发送起始保护时间
Figure 294713DEST_PATH_IMAGE026
设置，当
Figure 993679DEST_PATH_IMAGE027
时，
Figure 647514DEST_PATH_IMAGE030
；
Figure 748326DEST_PATH_IMAGE028
时，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
。
6.一种基于星下点实现TDMA的系统，用于实现上述权利要求1~5任意一项方法，其特征在于，包括：
用于获取数据信息的第一模块；
用于处理距离信息的第二模块；
用于确定数据发送时间的第三模块；
用于实现设备统一的第四模块。
7.根据权利要求6所述的一种基于星下点实现TDMA的系统，其特征在于，所述第一模块进一步包括数据采集模块、数据存储模块；所述数据采集模块用于获取选定卫星的经纬度计算星下点到卫星的距离信息、地球站所处位置至卫星的距离信息、地球站自身的处理时延信息、等待时延信息，具体包括主站设备的FDMA调制器、地球站设备的FDMA解调器、主站设备的突发解调器、地球站设备的突发解调器；所述数据存储模块用于存储选定卫星的经纬度计算星下点参考地球站设备到卫星的距离信息、地球站所处位置至卫星的距离信息、地球站自身的处理时延信息、等待时延信息、地球站当前帧的系统零点信息、地球站当前帧的系统零点信息；所述主站设备的FDMA调制器用于发送TDM载波；所述主站设备的突发解调器用于接收地球站突发的载波；所述地球站设备的FDMA解调器用于接收TDM载波；所述地球站设备的突发解调器用于在对应时隙内突发载波，同时具备GPS/北斗定位，并实时将设备所在地的经纬度反馈给设备；所述参考地球站设备是根据星下点与卫星连线路上的虚拟地球站设备。
8.根据权利要求6所述的一种基于星下点实现TDMA的系统，其特征在于，所述第二模块进一步根据第一模块获取到的数据信息进行距离参数的计算，进一步包括距离模块一、距离模块二；所述距离模块一用于计算地球站所处位置至卫星的距离；所述距离模块二用于计算星下点到卫星的距离；
其中地球站所处位置至卫星的距离
Figure 665466DEST_PATH_IMAGE002
计算方式为：
Figure 117307DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 309254DEST_PATH_IMAGE005
表示选定卫星所在的经度，
Figure 264572DEST_PATH_IMAGE006
表示地球站所在的经度，
Figure 883772DEST_PATH_IMAGE007
表示地球站所在的纬度，
Figure 885226DEST_PATH_IMAGE008
表示地球的半径，
Figure 225071DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离；
星下点到卫星的距离
Figure 690688DEST_PATH_IMAGE032
计算方式为：
Figure 356156DEST_PATH_IMAGE034
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
表示地球的半径，
Figure 110485DEST_PATH_IMAGE009
表示选定卫星到地心的距离。
9.根据权利要求6所述的一种基于星下点实现TDMA的系统，其特征在于，所述第三模块该模块进一步包括用于配置地球站站点数量、返向链路的业务速率、帧周期、时隙周期、等待时延参数的网控管理单元；网控管理单元进一步根据业务速率
Figure 519601DEST_PATH_IMAGE036
、支持地球站数量决定返向链路的帧周期
Figure DEST_PATH_IMAGE037
、每帧时隙数
Figure 246248DEST_PATH_IMAGE038
、和时隙周期
Figure DEST_PATH_IMAGE039
；其中每帧时隙数
Figure 676093DEST_PATH_IMAGE038
等于地球站的数量；时隙周期
Figure 324243DEST_PATH_IMAGE039
由业务速率以及返向链路突发数据包的包长
Figure 396104DEST_PATH_IMAGE040
决定，即：
Figure 446099DEST_PATH_IMAGE042
式中，
Figure 578004DEST_PATH_IMAGE036
表示业务速率，
Figure 447871DEST_PATH_IMAGE040
表示返向链路突发数据包的包长，
Figure 526685DEST_PATH_IMAGE039
表示时隙周期；
返向链路的帧周期
Figure 821400DEST_PATH_IMAGE037
为：
Figure 733992DEST_PATH_IMAGE044
式中，
Figure 481369DEST_PATH_IMAGE038
表示每帧时隙数，
Figure 98295DEST_PATH_IMAGE039
表示时隙周期，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
表示等待时延，用来保证在第零时隙工作的地球站能正常突发数据；
网控管理单元确定好参数后，分配不同的时隙给地球站，并将配置的参数和时隙规划传递给主站设备；
所述主站设备接收到网控管理单元下发的参数后，根据本地的时钟晶振来产生时钟计数，当时钟计数表示的时间等于
Figure 654041DEST_PATH_IMAGE037
时，发送控制帧，所述控制帧用来提供地球站同步功能，以及网控管理单元提供的时隙分配计划，其余时间发送正常数据帧；返向主站设备根据解调出的数据中的地球站编号，将数据区分，发送到网控管理单元。
10.根据权利要求9所述的一种基于星下点实现TDMA的系统，其特征在于，所述第四模块进一步根据第三模块中发送的控制帧的时间，当前时刻
Figure 65431DEST_PATH_IMAGE016
相对时延
Figure 909890DEST_PATH_IMAGE012
、地球站自身的处理时延
Figure 127245DEST_PATH_IMAGE017
和等待时延
Figure 6339DEST_PATH_IMAGE018
计算出整个地球站当前帧的系统零点
Figure 650947DEST_PATH_IMAGE019
，同时，在第零时隙突发数据的地球站接收到同步位后，引入了等待时延
Figure 310598DEST_PATH_IMAGE045
来保证第零时隙数据的突发，以及防止错过突发的正确时间；最后，根据本地时钟晶振计数，计数值达到时间差后同步地球站的时间，从而实现时间同步的校对。
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