CN112994784B - 接收卫星遥测数据的方法、向卫星发送指令的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卫星测控技术领域，提供一种接收卫星遥测数据的方法和向卫星发送指令的方法，其中接收卫星遥测数据的方法包括：S101：一个或多个卫星地面站接收卫星的遥测信号，对遥测信号采样，将采样到的模拟信号转换成数字信号，并发送给公有云平台；S102：公有云平台收到数字信号后，传输给监控中心；S103：监控中心获取数字信号，将数字信号转换成模拟信号，对该模拟信号进行解调后获取遥测数据。本发明将调制和解调工作由各个地面站转移到监控中心，监控中心选择性地对遥测数据进行调制和解调，可以省去昂贵的设置在地面站的调制解调设备，还能节省值守的人员成本。

Description

接收卫星遥测数据的方法、向卫星发送指令的方法
技术领域
本发明涉及卫星测控技术领域，特别是涉及一种接收卫星遥测数据的方法、向卫星发送指令的方法。
背景技术
随着商业航天的快速发展，商业小卫星研制周期越来越短，发射任务越来越频繁，卫星在轨运行数量大幅增加，卫星研制方多数购买第三方测控设备进行在轨管理。
现有的技术通常是在不同的城市设立卫星地面站，卫星地面站接收卫星的遥测数据，进行采样和调制解调后将遥测数据发送给监控中心。采用这样的方法就要在每个地面站安装一个调制解调系统，一台调制解调系统价格为60-200万元人民币，不仅需要投入大量的金钱购置设备，还需要投入大量人力进行现场管理。
因此，亟需发明一种能够减少人力和金钱的接收卫星遥测数据的方法和向卫星发送指令的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种收卫星遥测数据的方法和向卫星发射指令的方法，能够用更少的人力和更少的金钱，就能实现对卫星遥测数据的接收和指令的发送。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种接收卫星遥测数据的方法，包括以下步骤：
S101：一个或多个卫星地面站接收卫星的遥测信号，对遥测信号采样，将采样到的模拟信号转换成数字信号，并发送给公有云平台；
S102：公有云平台收到数字信号后，传输给监控中心；
S103：监控中心获取数字信号，将数字信号转换成模拟信号，对该模拟信号进行解调后获取遥测数据。
进一步的，步骤S101中，将数字信号发送给公有云平台之前，先对数字信号进行加密；步骤S103中，将数字信号转换成模拟信号之前，先对数字信号进行解密。
进一步的，采用对称密钥的方法对数字信号进行加密。
进一步的，步骤S101中，在对数字信号进行加密之后，对加密后的数字信号进行压缩；步骤S103中，在对数字信号进行解密之前，先对数字信号进行解压。
进一步的，步骤S101中，卫星地面站通过TCP/IP协议将数字信号发送给公有云平台；步骤S102中，公有云平台通过TCP/IP协议将数字信号传输给监控中心。
进一步的，实时监测卫星地面站和公有云平台之间、公有云平台和监控中心之间的网络情况，当网络中断时，自动修复。
进一步的，步骤S101中，如果一个或多个卫星地面站同时接收同一颗卫星的数据，则只有接收遥测信号时间最长的卫星地面站将数字信号发送给共有云平台。
进一步的，步骤S101中，对遥测信号采样时，采样频率大于或等于遥测信号带宽的2倍。
进一步的，步骤S103中，采用AFSK、FSK、BPSK、GMSK中一种或多种方式进行解调。
作为本发明的第二个方面，提供了一种向卫星发送指令的方法，包括以下步骤：
步骤S201：监控中心对指令进行调制，将调制后的模拟信号转换成数字信号，传输给公有云平台；
步骤S202：公有云平台收到数字信号后，发送给一个或多个卫星地面站；
步骤S203：一个或多个卫星地面站获取数字信号，将数字信号转换成模拟信号，将模拟信号发送给卫星。
进一步的，步骤S201中，将数字信号传输给公有云平台之前，先对数字信号进行加密；步骤S203中，将数字信号转换成模拟信号之前，先对数字信号进行解密。
进一步的，采用对称密钥的方法对数字信号进行加密。
进一步的，步骤S201中，在对数字信号进行加密之后，对加密后的数字信号进行压缩；步骤S203中，在对数字信号进行解密之前，先对数字信号进行解压。
进一步的，步骤S201中，监控中心通过TCP/IP协议将数字信号传输给公有云平台；步骤S202中，公有云平台通过TCP/IP协议将数字信号发送给卫星地面站。
进一步的，实时监测卫星地面站和公有云平台之间、公有云平台和监控中心之间的网络情况，当网络中断时，自动修复。
进一步的，如果在预定时间段内只向一颗卫星发送指令，则公有云平台将数字信号发送给具备最好仰角的卫星地面站。
进一步的，步骤S103中，采用AFSK、FSK、BPSK、GMSK中一种或多种方式进行调制。
本发明的有益效果是：
本发明将调制和解调工作由各个地面站转移到监控中心，监控中心选择性地对遥测数据进行调制和解调，可以省去昂贵的设置在地面站的调制解调设备，还能节省值守的人员成本，同时对同一颗过境的卫星，只需要调制解调一份遥测数据即可，节省了调制解调器的压力。
附图说明
图1示意性示出了卫星、地面站、公有云平台和监控中心的关系图；
图2示意性示出了收卫星遥测数据的步骤图；
图3示意性示出了向卫星发送指令的步骤图。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
作为本发明的第一个实施方式，提供一种接收卫星遥测数据的方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
S101：一个或多个卫星地面站接收卫星的遥测信号，对遥测信号采样，将采样到的模拟信号转换成数字信号，并发送给公有云平台。
如图1所示，卫星地面站有多个，包括地面站1、地面站2和地面站3。每个卫星地面站设置在不同的城市，例如银川、西安、杭州、广州等。当一颗或多颗卫星过境时，地面站1、地面站2和地面站3接收卫星的遥测信号，此时遥测信号搭载在高频正弦波上，高频正弦波的频段为VHF/UHF/S。卫星地面站采用USPR对遥测信号进行采样，采样时，采样频率大于或等于遥测信号带宽的2倍，优选2.56倍，保证获取到有用的信号。USPR是通用软件无线电外设，由USPR母板、连同各种子板以及相应的天线组成。USPR母板为带有高速信号处理的FPGA，一个或多个子板覆盖不同频率范围并且可调换。然后对采样的遥测信号由模拟信号转换成数字信号。为了保证数据传输的准确性，还采用对称密钥的方式对数字信号进行加密。因为在模拟信号转换成数字信号的过程中已进行过一次数据加密，加上遥测数据本身也有自己的密码，因此此处采用对称密钥的方式对数字信号进行再次加密可以增加信号的保密性，不会担心数据的泄露。为了保证数据传输的效率，对加密完的数字信号进行无损压缩。将压缩完的数字信号通过TCP/IP协议将数字信号发送给公有云平台。TCP/IP协议可以保证数据传输的完整性。在卫星地面站将数字信号发送给公有云平台的过程中，对传输过程进行监视，如果发现传输链路中断，立即自动重新连接，保证链路的可用性和稳定性。
在卫星地面站的处理阶段，只对遥测信号进行采样和模数转换，不进行解调处理，能够减少调制解调器的使用。
S102：公有云平台收到数字信号后，传输给监控中心。
公有云平台通过TCP/IP协议将数字信号发送给监控中心。在公有云平台将数字信号传输给监控中心的过程中，对传输过程进行监视，如果发现传输链路中断，立即自动重新连接，保证链路的可用性和稳定性。
S103：监控中心获取数字信号，将数字信号转换成模拟信号，对该模拟信号进行解调后获取遥测数据。
监控中心可以设置在一个便于运维的城市，例如北京。监控中心接收到公有云平台的数字信号后，先对数字信号进行解压，然后进行解密。将解密完成的数字信号转换成模拟信号，此时信号恢复成了卫星地面站采样之后的状态。将此状态的信号也就是模拟信号采用AFSK、FSK、BPSK、GMSK中一种或多种方式进行解调，再经过译码、解扰，得到遥测帧数据。通过UDP协议将遥测帧数据传输给遥测解析系统，遥测解析系统采用B/S架构将遥测数据进行解析，形成可读的描述性语言，例如“对地稳定”，从而能够实时反映卫星的在轨状态。
如果地面站1、地面站2和地面站3同时接收同一颗卫星的数据，且地面站1获取到的信号时长为5分钟、地面站2获取到的信号时长为2分钟、地面站3获取到的信号时长为1分钟，则只有接收遥测信号时间最长的卫星地面站也就是地面站1对信号进行采样、模拟信号转换成数字信号后将数字信号发送给公有云平台，地面站2和地面站3不对获取到的信号进行采样、也不进行模拟信号转换成数字信号。
如果地面站1发送A卫星的数据，地面站2发送B卫星的数据，则地面站1和地面站2均要将数字信号发送给公有云平台。
将多个卫星地面站的解调作业全部转移到监控中心，只需要用一台解调系统就能完成全部的解调工作，而且不需要人员在各个卫星地面站进行值守。同时对接收的数据进行取舍，当接收到的信号存在重复的情况，则只对数据最完成的信号进行解析，加速了监控中心的解析速度，减轻了解调器的工作压力。
作为本发明的第二个实施方式，提供一种向卫星发送指令的方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S201：监控中心对指令进行调制，将调制后的模拟信号转换成数字信号，传输给公有云平台。
监控中心将遥控指令进行编排，通过调制的方法将编排后的指令搭载在高频正弦波上。高频正弦波的频段为VHF/UHF/S。将高频正弦波由模拟信号转换为数字信号。为了保证数据传输的准确性，还采用对称密钥的方式对数字信号进行加密。因为在模拟信号转换成数字信号的过程中已进行过一次加密，加上对指令进行编排时也有相应的密码，因此此处采用对称密钥的方式对数字信号进行再次加密可以增加信号的保密性，不会担心数据的泄露。为了保证数据传输的效率，对加密完的数字信号进行无损压缩。将压缩完的数字信号通过TCP/IP协议将数字信号发送给公有云平台。TCP/IP协议可以保证数据传输的完整性。在卫星地面站将数字信号发送给公有云平台的过程中，对传输过程进行监视，如果发现传输链路中断，立即自动重新连接，保证链路的可用性和稳定性。
步骤S202：公有云平台收到数字信号后，发送给一个或多个卫星地面站。
公有云平台通过TCP/IP协议将数字信号发送给一个或多个地面站。在公有云平台将数字信号发送给地面站的过程中，对传输过程进行监视，如果发现传输链路中断，立即自动重新连接，保证链路的可用性和稳定性。
如果在预定时间段内只向一颗卫星发送指令，并且有一个或多个卫星地面站可向该颗卫星发送指令，则监控中心指令公有云平台将数字信号发送给具备最好仰角的卫星地面站。
例如：如果在12:00-12:10的时间段内，有地面站1、地面站2和地面站3空闲，可向C卫星发送指令。地面站1的仰角优于地面站2，地面站2的仰角优于地面站3，则公有云平台将数字信号发送给地面站1。
如果在12:00-12:10的时间段内，有地面站1、地面站2和地面站3空闲，可向D卫星、E卫星发送指令，对于D卫星，地面站1的仰角优于地面站2，地面站2的仰角优于地面站3；对于E卫星，地面站2的仰角优于地面站3，地面站3的仰角优于地面站1；则公有云平台将对应于D卫星的数字信号发送给地面站1，将对应于E卫星的数字信号发送给地面站2。
步骤S203：一个或多个卫星地面站获取数字信号，将数字信号转换成模拟信号，将模拟信号发送给卫星。
一个或多个卫星地面站接收到公有云平台发送的数字信号后，先对数字信号进行解压，然后解密。将解密完成的数字信号转换成模拟信号，此时信号恢复成了调制之后的状态。将此状态的信号也就是模拟信号发送给卫星。
发送指令的过程其实就是接受指令的逆向过程。通过这样的方式，能够满足远程在轨测控的需求。
在卫星地面站和卫星进行投入使用之前，需要进行星地对接的测试，一般情况下需要将各个地面站的调制解调设备运输到卫星发射地进行测试，费用高昂且非常麻烦。采用本发明的方法，只需把采样设备运送至卫星起飞前所在地，直接可以实现与地面站的对接测试，不需要将大型的调制解调设备运输到卫星发射地，实现了卫星测试的灵活性。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种接收卫星遥测数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：一个或多个卫星地面站接收卫星的遥测信号，对遥测信号采样，将采样到的模拟信号转换成数字信号，并发送给公有云平台；卫星地面站通过TCP/IP协议将数字信号发送给公有云平台；每个卫星地面站设置在不同的城市;如果一个或多个卫星地面站同时接收同一颗卫星的数据，则只有接收遥测信号时间最长的卫星地面站将数字信号发送给公有云平台;
S102：公有云平台收到数字信号后，传输给监控中心；公有云平台通过TCP/IP协议将数字信号传输给监控中心；监控中心设置在一个城市;
S103：监控中心获取数字信号，将数字信号转换成模拟信号，对该模拟信号进行解调后获取遥测数据。
2.根据权利要求1所述的接收卫星遥测数据的方法，其特征在于，步骤S101中，将数字信号发送给公有云平台之前，先对数字信号进行加密；步骤S103中，将数字信号转换成模拟信号之前，先对数字信号进行解密。
3.根据权利要求2所述的接收卫星遥测数据的方法，其特征在于，采用对称密钥的方法对数字信号进行加密。
4.根据权利要求2所述的接收卫星遥测数据的方法，其特征在于，步骤S101中，在对数字信号进行加密之后，对加密后的数字信号进行压缩；步骤S103中，在对数字信号进行解密之前，先对数字信号进行解压。
5.根据权利要求1所述的接收卫星遥测数据的方法，其特征在于，实时监测卫星地面站和公有云平台之间、公有云平台和监控中心之间的网络情况，当网络中断时，自动修复。
6.根据权利要求1所述的接收卫星遥测数据的方法，其特征在于，步骤S101中，对遥测信号采样时，采样频率大于或等于遥测信号带宽的2倍。
7.根据权利要求1所述的接收卫星遥测数据的方法，其特征在于，步骤S103中，采用AFSK、FSK、BPSK、GMSK中一种或多种方式进行解调。
8.一种向卫星发送指令的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S201：监控中心对指令进行调制，将调制后的模拟信号转换成数字信号，传输给公有云平台；监控中心通过TCP/IP协议将数字信号传输给公有云平台；监控中心设置在一个城市;
步骤S202：公有云平台收到数字信号后，发送给一个或多个卫星地面站；公有云平台通过TCP/IP协议将数字信号发送给卫星地面站；每个卫星地面站设置在不同的城市;如果在预定时间段内只向一颗卫星发送指令，并且有一个或多个卫星地面站可向该颗卫星发送指令，则监控中心指令公有云平台将数字信号发送给具备最好仰角的卫星地面站;
步骤S203：一个或多个卫星地面站获取数字信号，将数字信号转换成模拟信号，将模拟信号发送给卫星。
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