CN114513263B - 火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统及方法，包括：火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统及着陆巡视器器间通信测试子系统；火星环绕器器间通信测试子系统包括被测环绕器器间通信机、环绕器器间通信机地检设备及环绕器综电分系统测控模拟源；器间信道衰减模拟子系统包括功分器、频谱监测设备、噪声发生器、大功率固定衰减器、手动可调衰减器、环形器、程控可调衰减器及器间通信信道模拟软件；着陆巡视器器间通信测试子系统包括着陆巡视器器间通信机、着陆巡视器器间通信机地检设备及着陆巡视器数管分系统测控模拟源。本发明在火星探测器地面研制阶段验证火星环绕器器间通信机自主码率切换功能的正确性。

Description

火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统及方法

技术领域

本发明涉及航天器测试技术领域，具体地，涉及一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统及方法。

背景技术

在火星探测任务中，火星环绕器环绕火星飞行，着陆巡视器在火表巡视探测，火星环绕器除了执行空间探测任务外，还承担对着陆巡视器数据的中继转发任务，在火星环绕器环火飞行进入两器通信窗口后，能够通过器器之间前向信道向着陆巡视器转发深空地面站发送的着陆巡视器指令数据，并通过器器之间返向信道接收着陆巡视器发送的器务数据和火表探测数据。在两器通信窗口内，火星环绕器和着陆巡视器的通信距离变化大，最远通信距离和最近通信距离的自由空间衰减变化在15dB以上，为提高中继信道的吞吐量，火星环绕器设计了自适应返向码速率切换功能，当火星环绕器靠近着陆巡视器时，环绕器器间通信机根据信道质量逐档自主切换高码率，当火星环绕器远离着陆巡视器时，环绕器器间通信机根据信道质量逐档自主切换低码率。以往的航天器测试技术没有满足火星环绕器器间通信机自主码率切换功能的测试系统和方法。

公开号为CN107040486B的发明专利，公开了一种任意码速率自适应的QPSK解调系统及方法，包括数据采集模块、最佳采样率选择模块、滤波系数生成模块、自适应Costas环模块、重采样模块和位同步判决输出模块，数据采集模块和最佳采样率选择模块形成闭环结构；实现方法包括：以最高采样速率采样模拟调制信号得到高速数字信号；估计该高速数字信号的码速率；计算最佳采样频率；以最佳采样频率采样模拟调制信号得到低速数字信号；对该低速数字信号进行数字下变频和低通滤波；对滤波后信号进行整数倍抽取；对抽取后信号进行位同步，最后判决输出得到原始码元。

公开号为CN108988930B的发明专利，公开了一种卫星激光通信子系统通信速率自适应控制方法及系统，包括地面脉冲光发射模块、背向光探测模块、数据处理与反馈模块；所述地面脉冲光发射模块包括脉冲激光发射器和掺铒光纤放大器，此路为非信号光，仅作为测试光路，以探测大气损耗；所述背向光探测模块包括探测器和数据采集卡，发射的激光脉冲在自由信道传输时，探测器将探测到发出的脉冲光的背向散射光，并由数据采集卡实时采集探测器探测得的背向散射光的功率；数据处理与反馈模块为计算机。

公开号为CN109547090A的发明专利，公开了一种自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法，在飞行器飞行过程，中继终端波束指向计算模块实时解算出相控阵天线的指向α角和天线指向β角并送入数据查找模块，数据查找模块利用相控阵天线指向α角和天线指向β角作为查找地址，从中继终端的存储器中实时查找获取相控阵天线的实际有效全向辐射功率EIRP，并将天线实际EIRP送入门限比较判据模块，依据天线指向α角和天线指向β角来完成对相控阵天线实际EIRP及链路状况的判断，完成对相控阵天线实际EIRP及链路状况的判断，再依据链路状况完成通信速率的自适应调整。

以上专利均是近地卫星自适应速率的功能设计系统或方法，不具备对火星环绕器器间通信机自主码率切换功能的测试功能。目前没有发现其他类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外其他类似的资料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统及方法。

根据本发明提供的一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统及方法，所述方案如下：

第一方面，提供了一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统，所述系统包括：

火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统及着陆巡视器器间通信测试子系统；

火星环绕器器间通信测试子系统包括被测环绕器器间通信机、环绕器器间通信机地检设备及环绕器综电分系统测控模拟源；

器间信道衰减模拟子系统包括功分器、频谱监测设备、噪声发生器、大功率固定衰减器、手动可调衰减器、环形器、程控可调衰减器及器间通信信道模拟软件；

着陆巡视器器间通信测试子系统包括着陆巡视器器间通信机、着陆巡视器器间通信机地检设备及着陆巡视器数管分系统测控模拟源；

其中，火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统及着陆巡视器器间通信测试子系统彼此之间进行信号通信。

优选的，所述火星环绕器器间通信测试子系统中，环绕器器间通信机地检设备通过低频电缆与被测环绕器器间通信机互连，为被测环绕器器间通信机提供供电，向被测环绕器器间通信机发送控制指令，并采集被测环绕器器间通信机的工作状态遥测；环绕器综电分系统测控模拟源通过低频电缆与被测环绕器器间通信机互连，模拟环绕器综电分系统向被测环绕器器间通信机发送着陆巡视器遥控指令，经被测环绕器器间通信机和器间信道衰减模拟子系统向着陆巡视器转发，以及接收被测环绕器器间通信机解调输出的着陆巡视器返向遥测数据。

优选的，所述器间信道衰减模拟子系统中功分器的入口端通过高频电缆与噪声发生器互连，两个出口端分别通过两根长度相同、插损性能一致的高频电缆与被测环绕器器间通信机和频谱监测设备互连，将入口端收到的器间返向信号分成功率相同的两路信号，分别发送给被测环绕器器间通信机和频谱监测设备；

噪声发生器用于生成高斯白噪声，对经过的返向链路信号施加噪声；

频谱监测设备接收到的器间返向信号与被测环绕器器间通信机相同，辅助监测被测环绕器器间通信机接收到的信号频谱特性；

大功率固定衰减器对经过的射频信号进行功率衰减，衰减值不能调节；

手动可调衰减器对经过的射频信号功率衰减，衰减值进行步进1dB的调节；

环形器用于实现被测环绕器器间通信机双端口信号与着陆巡视器器间通信机单端口信号之间的适配；

程控可调衰减器在器间通信信道模拟软件的控制下，实现对器间通信信号的可调衰减；

器间通信信道模拟软件用于控制程控可调衰减器，进行衰减值的设置。

优选的，所述着陆巡视器器间通信测试子系统中着陆巡视器器间通信机地检设备通过低频电缆与着陆巡视器器间通信机互连，为着陆巡视器器间通信机提供供电，向着陆巡视器器间通信机发送控制指令，并采集着陆巡视器器间通信机的遥测状态；

着陆巡视器数管分系统测控模拟源通过低频电缆与着陆巡视器器间通信机互连，模拟着陆巡视器数管分系统向器间通信机发送器务遥测数据，经器间通信机和器间信道衰减模拟子系统向环绕器器间通信机转发，以及接收着陆巡视器器间通信机解调出的前向遥控数据。

优选的，所述被测环绕器器间通信机在与着陆巡视器器间通信机进行前向信号和返向信号的通信时，通信码速率多档可调，在双向通信链路建立后，环绕器器间通信机能够检测接收的返向信号信噪比，根据信号信噪比自主切换环绕器器间通信机与着陆巡视器器间通信机之间的返向通信码速率，使返向通信码速率切换至信道状态能承受的多档码速率中的最高速率。

优选的，所述器间信道衰减模拟子系统的器间通信信道模拟软件运行于工控机上，通过千兆网络与程控可调衰减器建立通信，设置程控可调衰减器的衰减值。

优选的，所述火星环绕器器间通信测试子系统与着陆巡视器器间通信测试子系统之间的信息传输包括前向遥控信息传输和返向遥测信息传输；

其中前向遥控信息的传输流程为：环绕器综电分系统测控模拟源生成前向遥控数据帧，发送给被测环绕器器间通信机，被测环绕器器间通信机将遥控数据帧进行调制后通过射频发送端口发出前向遥控信号，经器间信道衰减模拟子系统的第一大功率固定衰减器、第一手动可调衰减器、环形器、第二手动可调衰减器和第二大功率固定衰减器后，发送给着陆巡视器器间通信机，着陆巡视器器间通信机将前向遥控信号解调后输出前向遥控帧数据至着陆巡视器数管分系统测控模拟源，着陆巡视器数管分系统测控模拟源接收前向遥控帧数据并显示数据内容；

返向遥测信息的传输流程为：着陆巡视器数管分系统测控模拟源生成返向遥测数据帧，发送给着陆巡视器器间通信机，着陆巡视器器间通信机将返向遥测数据帧进行调制后通过射频端口发出返向遥测信号，经器间信道衰减模拟子系统的第二大功率固定衰减器、第二手动可调衰减器、环形器、程控可调衰减器和噪声发生器，再经功分器后发送给环绕器器间通信机的射频接收端口，环绕器器间通信机将返向遥测信号进行解调后将返向遥测数据帧输出至环绕器综电分系统测控模拟源，环绕器综电分系统测控模拟源接收返向遥测数据帧并显示数据内容。

第二方面，提供了一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试方法，所述方法包括：

步骤S1：将器间信道衰减模拟子系统内的各设备和器件建立连接，连接完成后对器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率和返向链路出口信号信噪比进行标定；

步骤S2：将火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统及着陆巡视器器间通信测试子系统建立连接；

步骤S3：分别通过环绕器器间通信机地检设备和着陆巡视器器间通信机地检设备对被测环绕器器间通信机和着陆巡视器器间通信机加电，并设置器间双向通信码速率为最低档状态；

步骤S4：在环绕器器间通信机地检设备和着陆巡视器器间通信机按照最低档码速率建立正常的双向通信后，设置被测环绕器器间通信机自主码率切换功能开；

步骤S5：启动器间通信信道模拟软件的控制流程，根据预先设置的衰减参数序列控制程控可调衰减器的衰减值从初始值逐步减小，减小至设定的最小值后再逐步增大至初始值，模拟火星环绕器在轨环绕火星飞行时，在两器通信窗口内两器之间通信距离由远及近，再由近及远的过程；

步骤S6：在程控可调衰减器的衰减值变化过程中，监测环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行状态。

优选的，所述步骤S1中，器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率和返向链路出口信号信噪比标定步骤如下：

步骤S101：在前向链路入口端接信号发生器，并在前向链路出口端接频谱分析仪；

步骤S102：使信号发生器输出单载波信号，信号的频率等于环绕器器间通信机的前向发射信号频率，信号的功率等于环绕器器间通信机的前向发射信号功率；

步骤S103：调节前向链路中的第一手动可调衰减器和第二手动可调衰减器的衰减值，并在频谱分析仪上测量前向链路出口信号功率，使前向链路出口信号功率为着陆器器间通信机的接收信号功率范围内的中强值，则器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率标定完毕；

步骤S104：在返向链路入口端接信号发生器，并在返向链路出口端接频谱分析仪；

步骤S105：使信号发生器输出单载波信号，信号的频率等于着陆巡视器器间通信机的返向发射信号频率，信号的功率等于着陆巡视器器间通信机的返向发射信号功率；

步骤S106：通过器间信道模拟软件将程控可调衰减器的衰减值设置为器间信道模拟软件的衰减参数序列的初始值；

启动噪声发生器的噪声输出，调节噪声发生器的噪声衰减参数和信号衰减参数，并在返向链路出口端的频谱分析仪上测量返向信号的功率大小和信噪比，使信号的功率等于环绕器器间通信机解调门限，信号的信噪比等于环绕器器间通信机的最低档码速率对应的信噪比，则返向链路出口信号信噪比标定完毕。

优选的，所述步骤S6中，被测环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行状态的监测方式是：监测被测环绕器器间通信机的返向接收码速率遥测状态和接收信噪比估算遥测状态；

被测环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行正确的判据为：在程控可调衰减器的衰减值变化过程中，接收信噪比估算遥测状态从双向通信建立时的初始值逐渐减小，减小至最小值后逐渐增大至初始值；返向接收码速率遥测状态从双向通信建立时的最低档码速率逐渐增加，增加至最高档码速率后逐渐减小至最低档码速率。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中器间通信机自主码率切换功能是保证在轨运行时火星环绕器与着陆巡视器之间可靠通信和提高数据通信效率的重要功能；

2、本发明能够模拟在轨飞行时的两器之间通信信道变化状态，在火星环绕器的研制阶段对器间通信机的自主码率切换功能进行测试，充分验证其功能设计的正确性；

3、本发明能够保证发射入轨后火星环绕器器间通信机与着陆巡视器器间通信机之间稳定可靠通信。

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为本发明的组成框图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为本发明的前向链路出口信号功率标定框图；

图4为本发明的返向链路出口信号信噪比标定框图。

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。

本发明实施例提供了一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统，参照图1所示，该系统具体包括：

火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统及着陆巡视器器间通信测试子系统；其中，火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统及着陆巡视器器间通信测试子系统彼此之间进行信号通信。

火星环绕器器间通信测试子系统包括被测环绕器器间通信机、环绕器器间通信机地检设备及环绕器综电分系统测控模拟源；其中，环绕器器间通信机地检设备通过低频电缆与被测环绕器器间通信机互连，为被测环绕器器间通信机提供供电，向被测环绕器器间通信机发送控制指令，并采集被测环绕器器间通信机的工作状态遥测；环绕器综电分系统测控模拟源通过低频电缆与被测环绕器器间通信机互连，模拟环绕器综电分系统向被测环绕器器间通信机发送着陆巡视器遥控指令，经被测环绕器器间通信机和器间信道衰减模拟子系统向着陆巡视器转发，以及接收被测环绕器器间通信机解调输出的着陆巡视器返向遥测数据。

器间信道衰减模拟子系统包括功分器、频谱监测设备、噪声发生器、大功率固定衰减器、手动可调衰减器、环形器、程控可调衰减器及器间通信信道模拟软件；其中，功分器的入口端通过高频电缆与噪声发生器互连，两个出口端分别通过两根长度相同、插损性能一致的高频电缆与被测环绕器器间通信机和频谱监测设备互连，将入口端收到的器间返向信号分成功率相同的两路信号，分别发送给被测环绕器器间通信机和频谱监测设备。

噪声发生器用于生成高斯白噪声，对经过的返向链路信号施加噪声；频谱监测设备接收到的器间返向信号与被测环绕器器间通信机相同，辅助监测被测环绕器器间通信机接收到的信号频谱特性；大功率固定衰减器对经过的射频信号进行功率衰减，衰减值不可调节；手动可调衰减器对经过的射频信号功率衰减，衰减值进行步进1dB的调节；环形器用于实现被测环绕器器间通信机双端口信号与着陆巡视器器间通信机单端口信号之间的适配；程控可调衰减器在器间通信信道模拟软件的控制下，实现对器间通信信号的可调衰减；器间通信信道模拟软件用于控制程控可调衰减器，进行衰减值的设置。

着陆巡视器器间通信测试子系统包括着陆巡视器器间通信机、着陆巡视器器间通信机地检设备及着陆巡视器数管分系统测控模拟源；着陆巡视器器间通信机地检设备通过低频电缆与着陆巡视器器间通信机互连，为着陆巡视器器间通信机提供供电，向着陆巡视器器间通信机发送控制指令，并采集着陆巡视器器间通信机的遥测状态；着陆巡视器数管分系统测控模拟源通过低频电缆与着陆巡视器器间通信机互连，模拟着陆巡视器数管分系统向器间通信机发送器务遥测数据，经器间通信机和器间信道衰减模拟子系统向环绕器器间通信机转发，以及接收着陆巡视器器间通信机解调出的前向遥控数据。

被测环绕器器间通信机在与着陆巡视器器间通信机进行前向信号和返向信号的通信时，通信码速率多档可调，在双向通信链路建立后，环绕器器间通信机能够检测接收的返向信号信噪比，根据信号信噪比自主切换环绕器器间通信机与着陆巡视器器间通信机之间的返向通信码速率，使返向通信码速率切换至信道状态可承受的多档码速率中的最高速率。

器间信道衰减模拟子系统的器间通信信道模拟软件运行于工控机上，通过千兆网络与程控可调衰减器建立通信，设置程控可调衰减器的衰减值。器间通信信道模拟软件的运行参数通过Excel表格形式导入，参数表包含两列数据，第一列为多个衰减值，第二列为衰减值对应的驻留时长，器间通信信道模拟软件在运行时根据参数表的衰减值和驻留时长依次设置程控可调衰减器的衰减值，模拟在轨飞行时火星环绕器与着陆巡视器之间的通信距离变化引起的空间衰减的动态变化。

星环绕器器间通信测试子系统与着陆巡视器器间通信测试子系统之间的信息传输包括前向遥控信息传输和返向遥测信息传输。

其中前向遥控信息的传输流程为：环绕器综电分系统测控模拟源生成前向遥控数据帧，发送给被测环绕器器间通信机，被测环绕器器间通信机将遥控数据帧进行调制后通过射频发送端口发出前向遥控信号，经器间信道衰减模拟子系统的第一大功率固定衰减器、第一手动可调衰减器、环形器、第二手动可调衰减器和第二大功率固定衰减器后，发送给着陆巡视器器间通信机，着陆巡视器器间通信机将前向遥控信号解调后输出前向遥控帧数据至着陆巡视器数管分系统测控模拟源，着陆巡视器数管分系统测控模拟源接收前向遥控帧数据并显示数据内容。

返向遥测信息的传输流程为：着陆巡视器数管分系统测控模拟源生成返向遥测数据帧，发送给着陆巡视器器间通信机，着陆巡视器器间通信机将返向遥测数据帧进行调制后通过射频端口发出返向遥测信号，经器间信道衰减模拟子系统的第二大功率固定衰减器、第二手动可调衰减器、环形器、程控可调衰减器和噪声发生器，再经功分器后发送给环绕器器间通信机的射频接收端口，环绕器器间通信机将返向遥测信号进行解调后将返向遥测数据帧输出至环绕器综电分系统测控模拟源，环绕器综电分系统测控模拟源接收返向遥测数据帧并显示数据内容。

本发明还提供了一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试方法，参照图2所示，包括如下步骤：

步骤S1：将器间信道衰减模拟子系统内的各设备和器件建立连接，连接完成后对器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率和返向链路出口信号信噪比进行标定；

具体地，参照图3和图4所示，在步骤S1中，器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率和返向链路出口信号信噪比标定步骤如下：

步骤S101：在前向链路入口端接信号发生器，并在前向链路出口端接频谱分析仪；

步骤S102：使信号发生器输出单载波信号，信号的频率等于环绕器器间通信机的前向发射信号频率，信号的功率等于环绕器器间通信机的前向发射信号功率；

步骤S103：调节前向链路中的第一手动可调衰减器和第二手动可调衰减器的衰减值，并在频谱分析仪上测量前向链路出口信号功率，使前向链路出口信号功率为着陆器器间通信机的接收信号功率范围内的中强值，则器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率标定完毕；

步骤S104：在返向链路入口端接信号发生器，并在返向链路出口端接频谱分析仪；

步骤S105：使信号发生器输出单载波信号，信号的频率等于着陆巡视器器间通信机的返向发射信号频率，信号的功率等于着陆巡视器器间通信机的返向发射信号功率；

步骤S106：通过器间信道模拟软件将程控可调衰减器的衰减值设置为器间信道模拟软件的衰减参数序列的初始值；

启动噪声发生器的噪声输出，调节噪声发生器的噪声衰减参数和信号衰减参数，并在返向链路出口端的频谱分析仪上测量返向信号的功率大小和信噪比，使信号的功率等于环绕器器间通信机解调门限，信号的信噪比等于环绕器器间通信机的最低档码速率对应的信噪比，则返向链路出口信号信噪比标定完毕。

步骤S2：将火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统及着陆巡视器器间通信测试子系统建立连接；

步骤S3：分别通过环绕器器间通信机地检设备和着陆巡视器器间通信机地检设备对被测环绕器器间通信机和着陆巡视器器间通信机加电，并设置器间双向通信码速率为最低档状态；

步骤S4：在环绕器器间通信机地检设备和着陆巡视器器间通信机按照最低档码速率建立正常的双向通信后，设置被测环绕器器间通信机自主码率切换功能开；

步骤S5：启动器间通信信道模拟软件的控制流程，根据预先设置的衰减参数序列控制程控可调衰减器的衰减值从初始值逐步减小，减小至设定的最小值后再逐步增大至初始值，模拟火星环绕器在轨环绕火星飞行时，在两器通信窗口内两器之间通信距离由远及近，再由近及远的过程；

步骤S6：在程控可调衰减器的衰减值变化过程中，监测环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行状态。

具体地，在步骤S6中，被测环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行状态的监测方式是：监测被测环绕器器间通信机的返向接收码速率遥测状态和接收信噪比估算遥测状态；被测环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行正确的判据为：在程控可调衰减器的衰减值变化过程中，接收信噪比估算遥测状态从双向通信建立时的初始值逐渐减小，减小至最小值后逐渐增大至初始值；返向接收码速率遥测状态从双向通信建立时的最低档码速率逐渐增加，增加至最高档码速率后逐渐减小至最低档码速率。

接下来，对本发明进行更为具体的说明。

本发明提供一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统，参照图1所示，该系统具体包括：

火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统和着陆巡视器器间通信测试子系统。

火星环绕器器间通信测试子系统包括被测环绕器器间通信机、环绕器器间通信机地检设备和环绕器综电分系统测控模拟源。其中环绕器器间通信机地检设备通过低频电缆与被测环绕器器间通信机互连，为被测环绕器器间通信机提供供电，向被测环绕器器间通信机发送控制指令，并采集被测环绕器器间通信机的工作状态遥测；环绕器综电分系统测控模拟源通过低频电缆与被测环绕器器间通信机互连，模拟环绕器综电分系统向环绕器器间通信机发送着陆巡视器遥控指令，经环绕器器间通信机和器间信道衰减模拟子系统向着陆巡视器转发，以及接收环绕器器间通信机解调输出的着陆巡视器返向遥测数据，综电分系统测控模拟源。

器间信道衰减模拟子系统包括功分器(例如Keysight公司的11636A型功分器，工作频段DC～18GHz，满足器间通信机的工作频段)、频谱监测设备(例如Keysight公司的9030A型频谱分析仪)、噪声发生器(例如Noisecom公司的UFX7128A噪声发生器，噪声衰减和信号衰减均可进行0.1dB步进、0～70dB范围的调节)、大功率固定衰减器(例如Keysight公司的260-20-33大功率衰减器，可对信号进行20dB的固定衰减，功率容量100W)、手动可调衰减器(例如Keysight公司的8494B和8496B可调衰减组合，衰减值可进行0～121dB范围、步进1dB的调节)、环形器、程控可调衰减器(例如Keysight公司的J7211B程控可调衰减器，衰减值可进行0～121dB范围、步进1dB的程控调节)和器间通信信道模拟软件；其中功分器的入口端通过高频电缆与噪声发生器互连，两个出口端分别通过两根长度相同、插损性能一致的高频电缆与环绕器器间通信机和频谱监测设备互连，将入口端收到的器间返向信号分成功率相同的两路信号，分别发送给环绕器器间通信机和频谱监测设备；噪声发生器用于生成高斯白噪声，对经过的返向链路信号施加噪声；频谱监测设备接收到的器间返向信号与环绕器器间通信机相同，辅助监测环绕器器间通信机接收到的信号频谱特性；大功率固定衰减器对经过的射频信号进行功率衰减，衰减值不可调节；手动可调衰减器对经过的射频信号功率衰减，衰减值可进行步进1dB的调节；环形器用于实现被测环绕器器间通信机双端口信号与着陆巡视器器间通信机单端口信号之间的适配；程控可调衰减器在器间通信信道模拟软件的控制下，实现对器间通信信号的可调衰减；器间通信信道模拟软件用于控制程控可调衰减器，进行衰减值的设置。

着陆巡视器器间通信测试子系统包括着陆巡视器器间通信机、着陆巡视器器间通信机地检设备和着陆巡视器数管分系统测控模拟源；其中着陆巡视器器间通信机地检设备通过低频电缆与着陆巡视器器间通信机互连，为着陆巡视器器间通信机提供供电，向着陆巡视器器间通信机发送控制指令，并采集着陆巡视器器间通信机的遥测状态；着陆巡视器数管分系统测控模拟源通过低频电缆与着陆巡视器器间通信机互连，模拟着陆巡视器数管分系统向器间通信机发送器务遥测数据，经器间通信机和器间信道衰减模拟子系统向环绕器器间通信机转发，以及接收着陆巡视器器间通信机解调出的前向遥控数据。

被测环绕器器间通信机在与着陆巡视器器间通信机进行前向信号和返向信号的通信时，通信码速率多档可调，在双向通信链路建立后，环绕器器间通信机能够检测接收的返向信号信噪比，根据信噪比自主切换环绕器器间通信机与着陆巡视器器间通信机之间的通信码速率，使码速率切换至信道状态可承受的多档码速率中的最高速率。

进一步地，器间信道衰减模拟子系统的器间通信信道模拟软件运行于工控机上，通过千兆网络与程控可调衰减器建立通信，设置程控可调衰减器的衰减值；所述器间通信信道模拟软件的运行参数通过Excel表格形式导入，参数表包含两列数据，第一列为多个衰减值，第二列为衰减值对应的驻留时长，器间通信信道模拟软件在运行时根据参数表的衰减值和驻留时长依次设置程控可调衰减器的衰减值，模拟在轨飞行时火星环绕器与着陆巡视器之间的通信距离变化引起的空间衰减的动态变化。

火星环绕器器间通信测试子系统与着陆巡视器器间通信测试子系统之间的信息传输包括前向遥控信息传输和返向遥测信息传输。

其中，前向遥控信息的传输流程为：环绕器综电分系统测控模拟源生成前向遥控数据帧，发送给环绕器器间通信机，环绕器器间通信机将遥控数据帧进行调制后通过射频发送端口发出前向遥控信号，经器间信道衰减模拟子系统的第一大功率固定衰减器、第一手动可调衰减器、环形器、第二手动可调衰减器和第二大功率固定衰减器后，发送给着陆巡视器器间通信机，着陆巡视器器间通信机将前向遥控信号解调后输出前向遥控帧数据至着陆巡视器数管分系统测控模拟源，着陆巡视器数管分系统测控模拟源接收前向遥控帧数据并显示数据内容。

返向遥测信息的传输流程为：着陆巡视器数管分系统测控模拟源生成返向遥测数据帧，发送给着陆巡视器器间通信机，着陆巡视器器间通信机将返向遥测数据帧进行调制后通过射频端口发出返向遥测信号，经器间信道衰减模拟子系统的第二大功率固定衰减器、第二手动可调衰减器、环形器、程控可调衰减器和噪声发生器，再经功分器后发送给被测环绕器器间通信机的射频接收端口，被测环绕器器间通信机将返向遥测信号进行解调后将返向遥测数据帧输出至环绕器综电分系统测控模拟源，环绕器综电分系统测控模拟源接收返向遥测数据帧并显示数据内容。

参照图2所示，本发明还提供了一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试方法，包括如下步骤：

S1：将器间信道衰减模拟子系统内的各设备和器件建立连接，连接完成后对器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率和返向链路出口信号信噪比进行标定；

S2：将火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统和着陆巡视器器间通信测试子系统建立连接；

S3：分别通过环绕器器间通信机地检设备和着陆巡视器器间通信机地检设备对火星环绕器器间通信机和着陆巡视器器间通信机加电，并设置器间双向通信码速率为最低档状态；

S4：在环绕器器间通信机地检设备和着陆巡视器器间通信机按照最低档码速率建立正常的双向通信后，设置环绕器器间通信机自主码率切换功能开；

S5：启动器间通信信道模拟软件的控制流程，根据预先设置的衰减参数序列控制程控可调衰减器的衰减值从初始值(例如15dB)逐步(例如1dB步进)减小，减小至设定的最小值(例如0dB)后再逐步增大至初始值，模拟火星环绕器在轨环绕火星飞行时，在两器通信窗口内两器之间通信距离由远及近，再由近及远的过程。

S6：在程控可调衰减器的衰减值变化过程中，监测环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行状态。

进一步地，在S1中，器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率和返向链路出口信号信噪比标定步骤如下：

S101：在前向链路入口端接信号发生器，并在前向链路出口端接频谱分析仪，前向链路出口信号功率标定时的设备组成框图如图3所示；

S102：使信号发生器输出单载波信号，信号的频率等于环绕器器间通信机的前向发射信号频率，信号的功率等于环绕器器间通信机的前向发射信号功率；

S103：调节前向链路中的第一手动可调衰减器和第二手动可调衰减器的衰减值，并在频谱分析仪上测量前向链路出口信号功率，使前向链路出口信号功率为着陆器器间通信机的接收信号功率范围内的中强值，则器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率标定完毕；

S104：在返向链路入口端接信号发生器，并在返向链路出口端接频谱分析仪，返向链路出口信号信噪比标定的设备组成框图如图4所示；

S105：使信号发生器输出单载波信号，信号的频率等于着陆巡视器器间通信机的返向发射信号频率，信号的功率等于着陆巡视器器间通信机的返向发射信号功率；

S106:通过器间信道模拟软件将程控可调衰减器的衰减值设置为器间信道模拟软件的衰减参数序列的初始值；启动噪声发生器的噪声输出，调节噪声发生器的噪声衰减参数和信号衰减参数，并在返向链路出口端的频谱分析仪上测量返向信号的功率大小和信噪比，使信号的功率等于环绕器器间通信机解调门限，信号的信噪比等于环绕器器间通信机的最低档码速率对应的信噪比，则返向链路出口信号信噪比标定完毕。

进一步地，在S6中，环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行状态的监测方法是监测环绕器器间通信机的返向接收码速率遥测状态和接收信噪比估算遥测状态，被测环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行正确的判据为：在程控可调衰减器的衰减值变化过程中，接收信噪比估算遥测状态从双向通信建立时的初始值逐渐减小，减小至最小值后逐渐增大至初始值；返向接收码速率遥测状态从双向通信建立时的最低档码速率逐渐增加，增加至最高档码速率后逐渐减小至最低档码速率。

本发明实施例提供了一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统及方法，能够模拟在轨飞行时的火星环绕器器间通信机和着陆巡视器器间通信机之间通信信道变化状态，在火星环绕器的研制阶段对器间通信机的自主码率切换功能进行测试，充分验证其功能设计的正确性，保证发射入轨后火星环绕器器间通信机与着陆巡视器器间通信机之间能稳定可靠通信。

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及其各个装置、模块、单元以外，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及其各个装置、模块、单元以逻辑门、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功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元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功能的装置、模块、单元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装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块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 (10)

1.一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统，其特征在于，包括：火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统及着陆巡视器器间通信测试子系统；

火星环绕器器间通信测试子系统包括被测环绕器器间通信机、环绕器器间通信机地检设备及环绕器综电分系统测控模拟源；

器间信道衰减模拟子系统包括功分器、频谱监测设备、噪声发生器、大功率固定衰减器、手动可调衰减器、环形器、程控可调衰减器及器间通信信道模拟软件；

着陆巡视器器间通信测试子系统包括着陆巡视器器间通信机、着陆巡视器器间通信机地检设备及着陆巡视器数管分系统测控模拟源；

其中，火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统及着陆巡视器器间通信测试子系统彼此之间进行信号通信。

2.根据权利要求1所述的火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统，其特征在于，所述火星环绕器器间通信测试子系统中，环绕器器间通信机地检设备通过低频电缆与被测环绕器器间通信机互连，为被测环绕器器间通信机提供供电，向被测环绕器器间通信机发送控制指令，并采集被测环绕器器间通信机的工作状态遥测；环绕器综电分系统测控模拟源通过低频电缆与被测环绕器器间通信机互连，模拟环绕器综电分系统向被测环绕器器间通信机发送着陆巡视器遥控指令，经被测环绕器器间通信机和器间信道衰减模拟子系统向着陆巡视器转发，以及接收被测环绕器器间通信机解调输出的着陆巡视器返向遥测数据。

3.根据权利要求2所述的火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统，其特征在于，所述器间信道衰减模拟子系统中功分器的入口端通过高频电缆与噪声发生器互连，两个出口端分别通过两根长度相同、插损性能一致的高频电缆与被测环绕器器间通信机和频谱监测设备互连，将入口端收到的器间返向信号分成功率相同的两路信号，分别发送给被测环绕器器间通信机和频谱监测设备；

噪声发生器用于生成高斯白噪声，对经过的返向链路信号施加噪声；

频谱监测设备接收到的器间返向信号与被测环绕器器间通信机相同，辅助监测被测环绕器器间通信机接收到的信号频谱特性；

大功率固定衰减器对经过的射频信号进行功率衰减，衰减值不能调节；

手动可调衰减器对经过的射频信号功率衰减，衰减值进行步进1dB的调节；

环形器用于实现被测环绕器器间通信机双端口信号与着陆巡视器器间通信机单端口信号之间的适配；

程控可调衰减器在器间通信信道模拟软件的控制下，实现对器间通信信号的可调衰减；

器间通信信道模拟软件用于控制程控可调衰减器，进行衰减值的设置。

4.根据权利要求3所述的火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统，其特征在于，所述着陆巡视器器间通信测试子系统中着陆巡视器器间通信机地检设备通过低频电缆与着陆巡视器器间通信机互连，为着陆巡视器器间通信机提供供电，向着陆巡视器器间通信机发送控制指令，并采集着陆巡视器器间通信机的遥测状态；

着陆巡视器数管分系统测控模拟源通过低频电缆与着陆巡视器器间通信机互连，模拟着陆巡视器数管分系统向器间通信机发送器务遥测数据，经器间通信机和器间信道衰减模拟子系统向环绕器器间通信机转发，以及接收着陆巡视器器间通信机解调出的前向遥控数据。

5.根据权利要求4所述的火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统，其特征在于，所述被测环绕器器间通信机在与着陆巡视器器间通信机进行前向信号和返向信号的通信时，通信码速率多档可调，在双向通信链路建立后，环绕器器间通信机能够检测接收的返向信号信噪比，根据信号信噪比自主切换环绕器器间通信机与着陆巡视器器间通信机之间的返向通信码速率，使返向通信码速率切换至信道状态能承受的多档码速率中的最高速率。

6.根据权利要求1所述的火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统，其特征在于，所述器间信道衰减模拟子系统的器间通信信道模拟软件运行于工控机上，通过千兆网络与程控可调衰减器建立通信，设置程控可调衰减器的衰减值。

7.根据权利要求1所述的火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试系统，其特征在于，所述火星环绕器器间通信测试子系统与着陆巡视器器间通信测试子系统之间的信息传输包括前向遥控信息传输和返向遥测信息传输；

其中前向遥控信息的传输流程为：环绕器综电分系统测控模拟源生成前向遥控数据帧，发送给被测环绕器器间通信机，被测环绕器器间通信机将遥控数据帧进行调制后通过射频发送端口发出前向遥控信号，经器间信道衰减模拟子系统的第一大功率固定衰减器、第一手动可调衰减器、环形器、第二手动可调衰减器和第二大功率固定衰减器后，发送给着陆巡视器器间通信机，着陆巡视器器间通信机将前向遥控信号解调后输出前向遥控帧数据至着陆巡视器数管分系统测控模拟源，着陆巡视器数管分系统测控模拟源接收前向遥控帧数据并显示数据内容；

返向遥测信息的传输流程为：着陆巡视器数管分系统测控模拟源生成返向遥测数据帧，发送给着陆巡视器器间通信机，着陆巡视器器间通信机将返向遥测数据帧进行调制后通过射频端口发出返向遥测信号，经器间信道衰减模拟子系统的第二大功率固定衰减器、第二手动可调衰减器、环形器、程控可调衰减器和噪声发生器，再经功分器后发送给环绕器器间通信机的射频接收端口，环绕器器间通信机将返向遥测信号进行解调后将返向遥测数据帧输出至环绕器综电分系统测控模拟源，环绕器综电分系统测控模拟源接收返向遥测数据帧并显示数据内容。

8.一种火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：将器间信道衰减模拟子系统内的各设备和器件建立连接，连接完成后对器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率和返向链路出口信号信噪比进行标定；

步骤S2：将火星环绕器器间通信测试子系统、器间信道衰减模拟子系统及着陆巡视器器间通信测试子系统建立连接；

步骤S3：分别通过环绕器器间通信机地检设备和着陆巡视器器间通信机地检设备对被测环绕器器间通信机和着陆巡视器器间通信机加电，并设置器间双向通信码速率为最低档状态；

步骤S4：在环绕器器间通信机地检设备和着陆巡视器器间通信机按照最低档码速率建立正常的双向通信后，设置被测环绕器器间通信机自主码率切换功能开；

步骤S5：启动器间通信信道模拟软件的控制流程，根据预先设置的衰减参数序列控制程控可调衰减器的衰减值从初始值逐步减小，减小至设定的最小值后再逐步增大至初始值，模拟火星环绕器在轨环绕火星飞行时，在两器通信窗口内两器之间通信距离由远及近，再由近及远的过程；

步骤S6：在程控可调衰减器的衰减值变化过程中，监测环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行状态。

9.根据权利要求8所述的火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率和返向链路出口信号信噪比标定步骤如下：

步骤S101：在前向链路入口端接信号发生器，并在前向链路出口端接频谱分析仪；

步骤S102：使信号发生器输出单载波信号，信号的频率等于环绕器器间通信机的前向发射信号频率，信号的功率等于环绕器器间通信机的前向发射信号功率；

步骤S103：调节前向链路中的第一手动可调衰减器和第二手动可调衰减器的衰减值，并在频谱分析仪上测量前向链路出口信号功率，使前向链路出口信号功率为着陆器器间通信机的接收信号功率范围内的中强值，则器间信道衰减模拟子系统的前向链路出口信号功率标定完毕；

步骤S104：在返向链路入口端接信号发生器，并在返向链路出口端接频谱分析仪；

步骤S105：使信号发生器输出单载波信号，信号的频率等于着陆巡视器器间通信机的返向发射信号频率，信号的功率等于着陆巡视器器间通信机的返向发射信号功率；

步骤S106：通过器间信道模拟软件将程控可调衰减器的衰减值设置为器间信道模拟软件的衰减参数序列的初始值；

启动噪声发生器的噪声输出，调节噪声发生器的噪声衰减参数和信号衰减参数，并在返向链路出口端的频谱分析仪上测量返向信号的功率大小和信噪比，使信号的功率等于环绕器器间通信机解调门限，信号的信噪比等于环绕器器间通信机的最低档码速率对应的信噪比，则返向链路出口信号信噪比标定完毕。

10.根据权利要求8所述的火星环绕器器间通信机自主码率切换功能测试方法，其特征在于，所述步骤S6中，被测环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行状态的监测方式是：监测被测环绕器器间通信机的返向接收码速率遥测状态和接收信噪比估算遥测状态；

被测环绕器器间通信机的自主码率切换功能执行正确的判据为：在程控可调衰减器的衰减值变化过程中，接收信噪比估算遥测状态从双向通信建立时的初始值逐渐减小，减小至最小值后逐渐增大至初始值；返向接收码速率遥测状态从双向通信建立时的最低档码速率逐渐增加，增加至最高档码速率后逐渐减小至最低档码速率。