CN112910538B

CN112910538B - 一种模型驱动的低轨通信卫星载荷测试方法和系统

Info

Publication number: CN112910538B
Application number: CN202110006274.1A
Authority: CN
Inventors: 李常亮; 杨彪; 何文婷; 窦宏浩; 张世杰
Original assignee: CASIC Space Engineering Development Co Ltd
Current assignee: CASIC Space Engineering Development Co Ltd
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2041-01-05
Also published as: CN112910538A

Abstract

本发明的一个实施例公开一种模型驱动的低轨通信卫星载荷测试方法和系统，该方法包括：S10、构建星座路由仿真模型；S20、构建卫星通信用户的通信业务模型；S30、将路由协议仿真测试设备、地面测试设备和被测卫星进行时间同步，其中，路由协议仿真测试设备包括：路由仿真模型、通信业务模型和数据分析模块；地面测试设备包括：用户侧载荷地面测试设备、星间通信载荷地面测试设备和馈电侧地面测试设备；S40、将被测卫星在星座路由仿真模型中进行星间路由协议的接入与测试；S50、将路由协议仿真测试设备、地面测试设备和被测卫星进行全链路系统的接入与测试；S60、对通信业务模型产生的数据和地面测试设备接收的测试数据进行采集与分析。

Description

一种模型驱动的低轨通信卫星载荷测试方法和系统

技术领域

本发明涉及空间通信与导航技术领域，更具体地，涉及一种模型驱动的低轨通信卫星载荷测试方法和系统。

背景技术

一般情况下，低轨卫星通信载荷主要包括两种，一种是信号透转式载荷，一种星上处理载荷。本专利主要针对低轨通信卫星中的星上处理载荷。星上处理载荷系统包括：对地通信载荷、星间路由设备、星间通信载荷。与传统的透转载荷不同，由于星上通信载荷具有较强数据处理能力，因此用户侧通信处理、馈电侧通信处理、星间链路通信处理以及星间路由功能均由星上载荷完成，造成星上载荷设备较多，给星上载荷的研制与测试带来较大的难度。卫星地面测试过程中不仅仅要完成各载荷的通信功能的测试，还需要完成多载荷多层次的整体通信功能、性能以及协议测试，传统的载荷间独立测试的方法难以满足测试要求。

发明内容

为解决上述问题中的至少一个，本发明的第一方面提供一种模型驱动的低轨通信卫星载荷测试方法，包括：

S10、构建星座路由仿真模型；

S20、构建卫星通信用户的通信业务模型；

S30、将路由协议仿真测试设备、地面测试设备和被测卫星进行时间同步，其中，

路由协议仿真测试设备包括：所述路由仿真模型、所述通信业务模型和数据分析模块；

地面测试设备包括：用户侧载荷地面测试设备、星间通信载荷地面测试设备和馈电侧地面测试设备；

S40、将所述被测卫星在所述星座路由仿真模型中进行星间路由协议的接入与测试；

S50、将所述路由协议仿真测试设备、地面测试设备和被测卫星进行全链路系统的接入与测试；

S60、对通信业务模型产生的数据和地面测试设备接收的测试数据进行采集与分析。

在一个具体实施例中，所述S10包括：

模拟星座中各卫星运行状态，各卫星运行轨迹，星间组网架构，星间通信速率，星间通信时延和星间通信动态特性，构建所述星座路由仿真模型。

在一个具体实施例中，所述S20包括：

模拟卫星通信用户中用户通信数据源、用户通信速率、期望通信路径和用户通信动态特性，构建所述卫星通信用户的通信业务模型。

在一个具体实施例中，所述S30包括：

将GNSS信号源向整个星座广播发送GNSS信号，完成路由协议仿真测试设备、地面测试设备和卫星上各载荷时间系统的同步。

在一个具体实施例中，所述S40包括：

在地面测试过程中，将被测卫星代替星座路由仿真模型中的一颗卫星，星座路由仿真模型通过地面测试设备和信道模拟器模拟与被测卫星的星间通信，实现星间路由基础协议的测试。

在一个具体实施例中，所述S50包括：

将所述通信业务模型中的用户通信数据源、用户通信速率、期望通信路径和用户通信动态特性发送到地面测试设备，驱动地面测试设备和信道模拟器将用户通信数据源、用户通信速率、期望通信路径和用户通信动态特性按照与星间组网载荷设备约定的空口通信协议封包，将用户通信速率发送到星间组网载荷设备，星间组网载荷设备接收数据后发送到星间路由，再通过星间链路载荷或者星上馈电载荷发出，经地面测试设备接收后发送到数据分析模块。

在一个具体实施例中，所述S60包括：

采集和比对通信业务模型产生的数据和地面测试设备接收的测试数据中的通信业务的误码率、通信时延和路由路径，得到所述被测卫星的测试结果。

本发明的第二方面提供一种利用本发明第一方面的方法的低轨通信卫星星座的星间组网及通信载荷测试系统，包括：路由协议仿真测试设备、地面测试设备、GNSS信号模拟器、交换机和星间组网载荷设备，其中，

路由协议仿真测试设备包括：星座路由仿真模型、卫星通信用户的通信业务模型和数据分析模块；

星间组网载荷设备包括：星间路由，星间链路载荷和星上馈电载荷，其中，

用户侧载荷地面测试设备和微波暗箱配合与星间路由连接；

星间通信载荷地面测试设备通过射频电缆与星间链路载荷连接；

馈电侧地面测试设备通过射频电缆与星上馈电载荷连接。

本发明的第三方面提供一种计算机设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明第一方面所述的方法。

本发明的第四方面提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的方法。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种模型驱动的低轨通信卫星载荷测试方法，可在星座路由仿真模型的基础上模拟真实业务场景，从而完成用户与卫星之间、载荷之间、卫星之间、用户之间多层次的通信业务仿真与测试；本发明针对低轨通信卫星中的星上处理载荷，包括：对地通信载荷、星间路由设备、星间通信载荷等提供了一种星间组网及通信载荷测试系统，能够涵盖星间通信链路测试、路由协议一致性及正确性测试、路由协议数据交换转发测试、用户侧载荷通信功能测试、星间路由模拟测试等多种测试场景，有效提升通信卫星载荷全业务流程的覆盖性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的一个实施例的低轨通信卫星星座的星间组网及通信载荷测试系统架构示意图。

图2示出本发明的一个实施例的模型驱动的低轨通信卫星载荷测试方法的流程图。

图3示出本发明的一个实施例的实施本发明的模型驱动的低轨通信卫星载荷测试方法的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例一

图1示出了根据本发明的一个实施例的低轨通信卫星星座的星间组网及通信载荷测试系统1，包括：路由协议仿真测试设备10和地面测试设备50、GNSS信号模拟器60和交换机70和星间组网载荷80。

在一个具体实施例中，路由协议仿真测试设备10用于模拟星座组网后星间路由协议的收发，并完成用户位置、系统时间、使用场景的模拟与设定。

在一个具体实施例中，路由协议仿真测试设备10包括：星座路由仿真模型101、卫星通信用户的通信业务模型103和数据分析模块105。

在一个具体实施例中，地面测试设备50包括：用户侧载荷地面测试设备501、星间通信载荷地面测试设备503和馈电侧地面测试设备505。

在一个具体实施例中，星间组网载荷80包括：星间路由801，星间链路载荷803和星上馈电载荷805，其中，

用户侧载荷地面测试设备501和微波暗箱配合与星间路由801连接，完成用户侧载荷的通信功能与协议的验证；星间通信载荷地面测试设备503通过射频电缆与星间链路载荷803连接，完成星间通信功能与协议的验证；馈电侧地面测试设备505通过射频电缆与星上馈电载荷805连接，完成馈电侧通信功能与协议的验证。

在一个具体实施例中，用户侧载荷地面测试设备501、星间通信载荷地面测试设备503和馈电侧地面测试设备505通过标准的网络接口连入交换机50。

在一个具体实施例中，在用户侧载荷地面测试设备501、星间通信载荷地面测试设备503和馈电侧地面测试设备505中分别设置有信道模拟器，所有设备共用一台导航信号模拟器，通过信道模拟器，可保证系统时间同步。

本发明针对目前现有的问题，提供一种低轨通信卫星星座的星间组网及通信载荷测试系统，能够涵盖星间通信链路测试、路由协议一致性及正确性测试、路由协议数据交换转发测试、用户侧载荷通信功能测试、星间路由模拟测试等多种测试场景，有效提升通信卫星载荷全业务流程的覆盖性。

实施例二

如图2所示，为根据本发明的一个实施例的模型驱动的低轨通信卫星载荷测试方法，实现在系统1中，包括：

S10、构建星座路由仿真模型。

在一个具体实施例中，所述S10包括：

在一个示例中，星座路由仿真模型中典型的业务场景有：卫星数量：30000颗卫星；轨道面数量：100；单轨道面内卫星数量：300；轨道高度：1000km；星间通信速率:100Mbps；星间通信动态特性≤2km/s；支持业务QoS优先级不小于12级；支持路由表数目不少于4K；路由收敛时间不大于800ms；自主计算动态路由表工作模式。

S20、构建卫星通信用户的通信业务模型。

在一个具体实施例中，所述S20包括：

在一个具体示例中，卫星通信用户的通信业务模型中典型的业务场景有：用户数量10000个；用户动态特性：0～100km/s；用户通信速率：9.6kbps～200Mbps；用户1通信业务路径：数据包1->卫星1载荷->卫星1路由->卫星1星间链路->卫星2星间链路->卫星2星间路由->卫星2载荷->用户2；用户2通信业务路径：数据包2->卫星1载荷->卫星1路由->卫星1载荷->用户3。

地面测试设备包括：用户侧载荷地面测试设备、星间通信载荷地面测试设备和馈电侧地面测试设备。

在一个具体实施例中，所述S30包括：

在一个示例中，通信系统联调试验中路由协议仿真测试设备、地面测试设备和被测卫星各载荷时间系统进行同步。信道模拟器、地面测试设备通过线馈的方式接收模拟GNSS信号、通过空馈的方式接收模拟或真实导航信号，从而保证系统时间同步。

所有设备共用一台导航信号模拟器，可保证系统时间同步；试验之前可仿真一个固定场景，通信起始时间、星历、地面站位置均固定，试验具有可重复性，每次试验之前只需要将导航信号模拟器时间调整到早于通信起始时间的某一时刻即可。

S40、将所述被测卫星在所述星座路由仿真模型中进行星间路由协议的接入与测试。

在一个具体实施例中，所述S40包括：

在一个具体示例中，将路由协议仿真测试系统用于星间组网体制的路由交换设备半实物测试，各载荷地面测试系统通过高速网线与地面路由设备连接，实现与星间路由协议仿真测试系统通信。其中星间通信载荷地面测试设备同样可通过高速网线与地面路由设备连接，并最终接入星座路由仿真模型。星座路由仿真模型通过星间通信载荷地面测试设备与被测卫星通信，并将被测卫星视为其模拟星座中的一颗卫星，并根据路由协议赋予其路由协议中唯一的地址，进而完成路由协议的基础交互、路由表信息更新等。

需要说明的是，星间路由协议和路由协议仿真测试设备、地面测试设备和被测卫星全链路的接入可借助信道模拟器开展信号的动态特性测试，通过模拟实际链路多普勒、时延、衰减等信道特性，保证通信系统测试更接近实际星间、星地通信。按照之前积累的通信系统联试经验，信道模拟器采用中频信号，各地面测试系统需变频到中频信号接入信道模拟器。信道模拟器通过网络接口接收来自路由协议仿真测试设备计算的动态特性计算结果，并根据结果在星间组网载荷与星上馈电载荷的通信信号中增加动态特性。

S50、将所述路由协议仿真测试设备、地面测试设备和被测卫星进行全链路系统的接入与测试。

在一个具体示例中，所述S50包括：

将所述通信业务模型中的用户通信数据源、用户通信速率、期望通信路径和用户通信动态特性发送到地面测试设备，驱动地面测试设备和信道模拟器将用户通信数据源、用户通信速率、期望通信路径和用户通信动态特性按照与星上载荷约定的空口通信协议封包，并按照规定的用户通信速率发送到星上载荷设备，数据经星上载荷设备接收后发送到星上路由设备，并通过星间链路或者星上载荷设备发出，经地面测试设备接收后发送到数据分析模块。

在一个具体实施例中，具体测试项目如表1所示。

表1具体测试项目

在一个具体示例中，所述S60包括：

本发明针对目前现有的问题，提供一种模型驱动的低轨通信卫星载荷测试方法，可在星座路由仿真模型的基础上模拟真实业务场景，从而完成用户与卫星之间、载荷之间、卫星之间、用户之间多层次的通信业务仿真与测试；本发明针对低轨通信卫星中的星上处理载荷，包括：对地通信载荷、星间路由设备、星间通信载荷等提供了一种星间组网及通信载荷测试系统，能够涵盖星间通信链路测试、路由协议一致性及正确性测试、路由协议数据交换转发测试、用户侧载荷通信功能测试、星间路由模拟测试等多种测试场景，有效提升通信卫星载荷全业务流程的覆盖性。

实施例三

如图3所示，本发明的一个实施例提供了一种计算机设备的结构示意图，图3显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图3所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图3未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图3中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图3所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图3中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理器单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例二所提供的方法。

本发明针对目前现有的问题，提供一种计算机设备，可在星座路由仿真模型的基础上模拟真实业务场景，从而完成用户与卫星之间、载荷之间、卫星之间、用户之间多层次的通信业务仿真与测试；本发明针对低轨通信卫星中的星上处理载荷，包括：对地通信载荷、星间路由设备、星间通信载荷等提供了一种星间组网及通信载荷测试系统，能够涵盖星间通信链路测试、路由协议一致性及正确性测试、路由协议数据交换转发测试、用户侧载荷通信功能测试、星间路由模拟测试等多种测试场景，有效提升通信卫星载荷全业务流程的覆盖性。

实施例四

本发明的另一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例二所提供的方法。

在实际应用中，所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本发明针对目前现有的问题，提供一种存储介质，可在星座路由仿真模型的基础上模拟真实业务场景，从而完成用户与卫星之间、载荷之间、卫星之间、用户之间多层次的通信业务仿真与测试；本发明针对低轨通信卫星中的星上处理载荷，包括：对地通信载荷、星间路由设备、星间通信载荷等提供了一种星间组网及通信载荷测试系统，能够涵盖星间通信链路测试、路由协议一致性及正确性测试、路由协议数据交换转发测试、用户侧载荷通信功能测试、星间路由模拟测试等多种测试场景，有效提升通信卫星载荷全业务流程的覆盖性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种模型驱动的低轨通信卫星载荷测试方法，其特征在于，包括：

S10、构建星座路由仿真模型；

S20、构建卫星通信用户的通信业务模型；

所述S50包括：

将所述通信业务模型中的用户通信数据源、用户通信速率、期望通信路径和用户通信动态特性发送到地面测试设备，驱动地面测试设备和信道模拟器将用户通信数据源、用户通信速率、期望通信路径和用户通信动态特性按照与星间组网载荷设备约定的空口通信协议封包，将用户通信速率发送到星间组网载荷设备，星间组网载荷设备接收数据后发送到星间路由，再通过星间链路载荷或者星上馈电载荷发出，经地面测试设备接收后发送到数据分析模块；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S10包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S20包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S30包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S40包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S60包括：

7.一种利用权利要求1-6中任一项所述的方法的低轨通信卫星星座的星间组网及通信载荷测试系统，其特征在于，包括：路由协议仿真测试设备、地面测试设备、GNSS信号模拟器、交换机和星间组网载荷设备，其中，

用户侧载荷地面测试设备和微波暗箱配合与星间路由连接；

馈电侧地面测试设备通过射频电缆与星上馈电载荷连接。

8.一种计算机设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。

9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。