CN114567350B - 一种航天测控系统认知干扰防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天测控系统认知干扰防护系统，包括飞行器载应答机和地面测控站，飞行器载应答机和地面测控站均包括天线、信道、干扰认知单元、干扰防护决策单元、干扰防护处理单元、测控业务功能单元、干扰防护效能评估单元和链路信号生成单元。本发明的有益效果：针对航天测控系统构建了“评估(O)‑认知(O)‑决策(D)‑测控(A)”的认知干扰防护架构，可应用于卫星、火箭、导弹、无人机等飞行器测控通信领域，使测控通信系统能够根据复杂干扰环境自适应优化干扰防护策略，提升系统干扰防护能力。

Description

一种航天测控系统认知干扰防护系统

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种无线通信系统的干扰防护架构，尤其涉及一种航天测控系统认知干扰防护系统。

背景技术

航天测控系统包括地面测控站和飞行器载应答机，通过上行测控链路和下行测控链路实现对飞行器的遥测和遥控。测控链路暴露在空间中，且工作距离远，容易受到各类有意、无意干扰，如果不采取有效的干扰防护措施，很小的干扰都将影响测控系统的正常工作。传统的测控系统主要从两个方面获得干扰防护能力：一方面依靠扩频、扩跳频等测控体制，另一方面基于传统抗干扰模型的抗干扰算法，在特定干扰场景下具有一定的被动干扰防护能力。

随着人类从事卫星、载人航天和深空探测三大航天活动的能力不断增强，航天器的种类和数量不断增加。尤其是低成本星座型系统的大量出现，使测控通信系统面临越来越严重的多星同时过境和多星同时测控的形势，资源冲突和争用情况也越来越严重，系统面临的干扰威胁也越来越严重，更多更复杂的系统内外、有意或无意的干扰并存，干扰种类繁多，干扰参数频繁变化，限制了传统抗干扰模型的有效性。被动干扰防护不能满足复杂多变干扰环境下的干扰防护需求。无线通信领域的认知无线电思想为解决复杂多变干扰环境下的测控系统干扰防护问题提供了解决思路。

认知无线电的概念起源于1999年，可以通过学习、理解等方式，自适应的调整内部的通信机理、实施改变特定的无线操作参数，来适应外部无线环境，自主寻找和使用空闲频谱，能帮助用户选择最好的、最适合的服务进行无线传输，甚至能够根据现有的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。

基于认知无线电思想的测控系统认知干扰防护架构能够针对测控链路在复杂电磁环境中面临的干扰防护需求，自适应优化干扰防护策略，提升测控系统干扰防护能力。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种航天测控系统认知干扰防护系统，解决了航天测控系统面临的复杂干扰威胁的问题，通过与环境进行交互，优化系统干扰防护策略，提升系统干扰防护能力。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种航天测控系统认知干扰防护系统，包括飞行器载应答机和地面测控站，两者之间形成上行测控链路和下行测控链路，天线与信道连接，信道与干扰认知单元连接，干扰认知单元与干扰防护决策单元连接，干扰防护决策单元分别与发射端链路信号生成单元、接收端干扰防护处理单元连接，接收端干扰防护处理单元与测控业务功能单元连接，测控业务功能单元分别与干扰防护效能评估单元、发射端干扰防护处理单元连接，干扰防护效能评估单元分别与干扰认知单元、干扰防护决策单元连接，发射端干扰防护处理单元与发射端链路信号生成单元连接，发射端链路信号生成单元与信道连接。

进一步的，所述的飞行器载应答机包括天线一、信道一、干扰认知单元一、干扰防护决策单元一、上行干扰防护处理单元一、测控业务功能单元一、干扰防护效能评估单元一、下行干扰防护处理单元一和下行链路信号生成单元一；地面测控站包括天线二、信道二、干扰认知单元二、干扰防护决策单元二、下行干扰防护处理单元二、测控业务功能单元二、干扰防护效能评估单元二、上行干扰防护处理单元二和上行链路信号生成单元二。

进一步的，对于地面测控站，天线二接收下行测控链路信号后，经信道二后送入干扰认知单元二；干扰认知单元二对下行链路进行处理，获得干扰认知结果，并发送给干扰防护决策单元二；干扰防护决策单元二基于干扰认知单元二输出的干扰认知结果，以及测控系统的业务要求，选择合适的下行链路干扰防护策略，策略包括下行接收端干扰防护策略和下行发射端干扰防护策略两部分，下行接收端干扰防护策略发送给下行干扰防护处理单元二，下行发射端干扰防护策略发送给上行链路信号生成单元二；下行干扰防护处理单元二根据干扰防护决策单元二产生的下行接收端干扰防护策略，进行下行接收端体制/参数的选择和干扰抑制与对消方法的使能；测控业务功能单元二接收经过下行干扰防护处理单元二后的信号实现业务功能；干扰防护效能评估单元二基于测控业务运行情况进行干扰防护效能评估，评估结果送给干扰认知单元二和干扰防护决策单元二形成闭环；上行干扰防护处理单元二接收测控业务功能单元二解析出来的上行发射端干扰防护策略，进行上行发射端体制/参数选择；上行链路信号生成单元二将干扰防护决策单元二发送过来的上行发射端干扰防护策略填充在上行信号帧内，按照上行干扰防护处理单元二选择的上行发射体制/参数进行上行链路信号生成，生成的信号先后通过信道二、天线二发射出去。

进一步的，对于飞行器载应答机，天线一接收上行测控链路信号后，经信道一后送入干扰认知单元一；干扰认知单元一对上行链路进行处理，获得干扰认知结果并发送给干扰防护决策单元一；干扰防护决策单元一基于干扰认知单元一输出的干扰认知结果，以及测控系统的业务要求，选择合适的上行链路干扰防护策略，策略包括上行接收端干扰防护策略和上行发射端干扰防护策略两部分，上行接收端干扰防护策略发送给上行干扰防护处理单元一，上行发射端干扰防护策略发送给下行链路信号生成单元一；上行干扰防护处理单元一根据干扰防护决策单元一产生的上行接收端干扰防护策略，进行上行接收端体制/参数的选择和干扰抑制与对消方法的使能；测控业务功能单元一接收经过上行干扰防护处理单元一后的信号实现业务功能；干扰防护效能评估单元一基于测控业务运行情况进行干扰防护效能评估，评估结果送给干扰认知单元一和干扰防护决策单元一形成闭环；下行干扰防护处理单元一接收测控业务功能单元一解析出来的下行发射端干扰防护策略，进行下行发射端体制/参数选择；下行链路信号生成单元一将干扰防护决策单元一发送过来的下行发射端干扰防护策略填充在下行信号帧内，按照下行干扰防护处理单元一选择的下行发射体制/参数进行下行链路信号生成，生成的信号先后通过信道一、天线一发射出去。

进一步的，所述的干扰认知单元一对上行链路进行频谱感知、干扰检测、分类识别、参数估计处理，干扰认知单元二对下行链路进行频谱感知、干扰检测、分类识别、参数估计处理。

进一步的，接收端体制/参数包括传输体制、工作频率、调制方式、编码方式、传输速率、扩频码率、跳频速率，干扰抑制与对消方法包括空域滤波、时域滤波、频域滤波、射频域对消、数字域对消。

进一步的，所述的测控业务功能单元一实现测距、数传、遥测、遥控的业务功能，测控业务功能单元二实现测角、测速、测距、数传、遥测的业务功能。

本发明的有益效果：针对航天测控系统构建了“评估（O）-认知（O）-决策（D）-测控（A）”的认知干扰防护架构，可应用于卫星、火箭、导弹、无人机等飞行器测控通信领域，使测控通信系统能够根据复杂干扰环境自适应优化干扰防护策略，提升系统干扰防护能力。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，（各非冲突选择）选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

附图说明

图1是本发明的组成原理示意图。

图2是本发明的逻辑示意图。

图中：1-飞行器载应答机，2-地面测控站，11-天线一，12-信道一，13-干扰认知单元一，14-干扰防护决策单元一，15-上行干扰防护处理单元一，16-测控业务功能单元一，17-干扰防护效能评估单元一，18-下行干扰防护处理单元一，19-下行链路信号生成单元一，21-天线二，22-信道二，23-干扰认知单元二，24-干扰防护决策单元二，25-下行干扰防护处理单元二，26-测控业务功能单元二，27-干扰防护效能评估单元二，28-上行干扰防护处理单元二，29-下行链路信号生成单元二。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

实施例1：

参考图1所示，一种航天测控系统认知干扰防护系统，包括飞行器载应答机1和地面测控站2，两者之间形成上行测控链路和下行测控链路。

飞行器载应答机1包括天线一11、信道一12、干扰认知单元一13、干扰防护决策单元一14、上行干扰防护处理单元一15、测控业务功能单元一16、干扰防护效能评估单元一17、下行干扰防护处理单元一18和下行链路信号生成单元一19。天线一11与信道一12连接，信道一12与干扰认知单元一13连接，干扰认知单元一13与干扰防护决策单元一14连接，干扰防护决策单元一14分别与下行链路信号生成单元一19、上行干扰防护处理单元一15连接，上行干扰防护处理单元一15与测控业务功能单元一16连接，测控业务功能单元一16分别与干扰防护效能评估单元一17、下行干扰防护处理单元一18连接，干扰防护效能评估单元一17分别与干扰认知单元一13、干扰防护决策单元一14连接，下行干扰防护处理单元一18与下行链路信号生成单元一19连接，下行链路信号生成单元一19与信道一12连接。

地面测控站2包括天线二21、信道二22、干扰认知单元二23、干扰防护决策单元二24、下行干扰防护处理单元二25、测控业务功能单元二26、干扰防护效能评估单元二27、上行干扰防护处理单元二28和上行链路信号生成单元二29。

天线二21与信道二22连接，信道二22与干扰认知单元二23连接，干扰认知单元二23与干扰防护决策单元二24连接，干扰防护决策单元二24分别与上行链路信号生成单元二29、下行干扰防护处理单元二25连接，下行干扰防护处理单元二25与测控业务功能单元二26连接，测控业务功能单元二26分别与干扰防护效能评估单元二27、上行干扰防护处理单元二28连接，干扰防护效能评估单元二27分别与干扰认知单元二23、干扰防护决策单元二24连接，上行干扰防护处理单元二28与上行链路信号生成单元二29连接，上行链路信号生成单元二29与信道二22连接。

对于地面测控站2，天线二21接收下行测控链路信号后，经信道二22后送入干扰认知单元二23；干扰认知单元二23对下行链路进行频谱感知、干扰检测、分类识别、参数估计等处理，获得干扰认知结果并发送给干扰防护决策单元二24；干扰防护决策单元二24基于干扰认知单元二23输出的干扰认知结果，以及测控系统的业务要求，选择合适的下行链路干扰防护策略，策略包括下行接收端干扰防护策略和下行发射端干扰防护策略两部分，分别发送给下行干扰防护处理单元二25和上行链路信号生成单元二29；下行干扰防护处理单元二25可根据干扰防护决策单元二24产生的下行接收端干扰防护策略，进行下行接收端体制/参数的选择和干扰抑制与对消方法的使能，可选择的接收端体制/参数包括传输体制、工作频率、调制方式、编码方式、传输速率、扩频码率、跳频速率等，可选择的干扰抑制与对消方法包括空域滤波、时域滤波、频域滤波、射频域对消、数字域对消等；测控业务功能单元二26接收经过下行干扰防护处理后的信号实现测角、测速、测距、数传、遥测等业务功能；干扰防护效能评估单元二27基于测控业务运行情况进行干扰防护效能评估，评估结果送给干扰认知单元二23和干扰防护决策单元二24形成闭环；上行干扰防护处理单元二28接收测控业务功能单元二26解析出来的上行发射端干扰防护策略，进行传输体制、工作频率、调制方式、编码方式、传输速率、扩频码率、跳频速率等上行发射端体制/参数选择；上行链路信号生成单元二29将干扰防护决策单元二24发送过来的上行发射端干扰防护策略填充在上行信号帧内，按照上行干扰防护处理单元二28选择的上行发射体制/参数进行上行链路信号生成，生成的信号先后通过信道二22、天线二21发射出去。

对于飞行器载应答机1，天线一11接收上行测控链路信号后，经信道一12后送入干扰认知单元一13；干扰认知单元一13对上行链路进行频谱感知、干扰检测、分类识别、参数估计等处理，获得干扰认知结果并发送给干扰防护决策单元一14；干扰防护决策单元一14基于干扰认知单元一13输出的干扰认知结果，以及测控系统的业务要求，选择合适的上行链路干扰防护策略，策略包括上行接收端干扰防护策略和上行发射端干扰防护策略两部分，分别发送给上行干扰防护处理单元一15和下行链路信号生成单元一19；上行干扰防护处理单元一15可根据干扰防护决策单元一14产生的上行接收端干扰防护策略，进行上行接收端体制/参数的选择和干扰抑制与对消方法的使能，可选择的接收端体制/参数包括传输体制、工作频率、调制方式、编码方式、传输速率、扩频码率、跳频速率等，可选择的干扰抑制与对消方法包括空域滤波、时域滤波、频域滤波、射频域对消、数字域对消等；测控业务功能单元一16接收经过上行干扰防护处理后的信号实现测距、数传、遥测、遥控等业务功能；干扰防护效能评估单元一17基于测控业务运行情况进行干扰防护效能评估，评估结果送给干扰认知单元一13和干扰防护决策单元一14形成闭环；下行干扰防护处理单元一18接收测控业务功能单元一16解析出来的下行发射端干扰防护策略，进行传输体制、工作频率、调制方式、编码方式、传输速率、扩频码率、跳频速率等上行发射端体制/参数选择；下行链路信号生成单元一19将干扰防护决策单元一14发送过来的下行发射端干扰防护策略填充在下行信号帧内，按照下行干扰防护处理单元一18选择的下行发射体制/参数进行下行链路信号生成，生成的信号先后通过信道一12、天线一11发射出去。

参考图2所示，航天测控系统认知干扰防护系统包括上行测控链路认知干扰防护架构和下行测控链路认知干扰防护架构，采用相同的原理。以下行测控链路认知干扰防护架构为例：首先，地面测控站根据天线、信道接收的信号进行干扰认知，获得认知结果；然后，地面测控站根据认知结果进行干扰防护决策获得下行发射端干扰防护策略和下行接收端干扰防护策略；地面测控站将下行发射端干扰防护策略经过上行测控链路反馈对飞行器载应答机，飞行器载应答机从上行测控链路信号中解析出下行发射端干扰防护策略后送给下行干扰防护处理模块，在其控制下产生下行链路信号；地面测控站根据下行接收端干扰防护策略进行下行干扰防护处理；其次，地面测控站运行测控业务功能，将系统和业务的工作信息、业务性能等状态发送给干扰防护效能评估模块；最后，地面测控站将干扰防护效能评估模块的评估结果送给干扰认知和干扰防护决策，对干扰认知算法和干扰防护决策算法进行优化。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种航天测控系统认知干扰防护系统，包括飞行器载应答机（1）和地面测控站（2），两者之间形成上行测控链路和下行测控链路，其特征在于：飞行器载应答机（1）包括天线一（11）、信道一（12）、干扰认知单元一（13）、干扰防护决策单元一（14）、上行干扰防护处理单元一（15）、测控业务功能单元一（16）、干扰防护效能评估单元一（17）、下行干扰防护处理单元一（18）和下行链路信号生成单元一（19）；

天线一与信道一连接，信道一与干扰认知单元一连接，干扰认知单元一与干扰防护决策单元一连接，干扰防护决策单元一分别与下行链路信号生成单元一、上行干扰防护处理单元一连接，上行干扰防护处理单元一与测控业务功能单元一连接，测控业务功能单元一分别与干扰防护效能评估单元一、下行干扰防护处理单元一连接，干扰防护效能评估单元一分别与干扰认知单元一、干扰防护决策单元一连接，下行干扰防护处理单元一与下行链路信号生成单元一连接，下行链路信号生成单元一与信道一连接；

地面测控站（2）包括天线二（21）、信道二（22）、干扰认知单元二（23）、干扰防护决策单元二（24）、下行干扰防护处理单元二（25）、测控业务功能单元二（26）、干扰防护效能评估单元二（27）、上行干扰防护处理单元二（28）和上行链路信号生成单元二（29）；

天线二与信道二连接，信道二与干扰认知单元二连接，干扰认知单元二与干扰防护决策单元二连接，干扰防护决策单元二分别与上行链路信号生成单元二、下行干扰防护处理单元二连接，下行干扰防护处理单元二与测控业务功能单元二连接，测控业务功能单元二分别与干扰防护效能评估单元二、上行干扰防护处理单元二连接，干扰防护效能评估单元二分别与干扰认知单元二、干扰防护决策单元二连接，上行干扰防护处理单元二与上行链路信号生成单元二连接，上行链路信号生成单元二与信道二连接。

2.根据权利要求1所述的航天测控系统认知干扰防护系统，其特征在于：对于地面测控站（2），天线二（21）接收下行测控链路信号后，经信道二（22）后送入干扰认知单元二（23）；干扰认知单元二（23）对下行链路进行处理，获得干扰认知结果，并发送给干扰防护决策单元二（24）；干扰防护决策单元二（24）基于干扰认知单元二（23）输出的干扰认知结果，以及测控系统的业务要求，选择下行链路干扰防护策略，策略包括下行接收端干扰防护策略和下行发射端干扰防护策略两部分，下行接收端干扰防护策略发送给下行干扰防护处理单元二（25），下行发射端干扰防护策略发送给上行链路信号生成单元二（29）；下行干扰防护处理单元二（25）根据干扰防护决策单元二（24）产生的下行接收端干扰防护策略，进行下行接收端体制/参数的选择和干扰抑制与对消方法的使能；测控业务功能单元二（26）接收经过下行干扰防护处理单元二（25）后的信号实现业务功能；干扰防护效能评估单元二（27）基于测控业务运行情况进行干扰防护效能评估，评估结果送给干扰认知单元二（23）和干扰防护决策单元二（24）形成闭环；上行干扰防护处理单元二（28）接收测控业务功能单元二（26）解析出来的上行发射端干扰防护策略，进行上行发射端体制/参数选择；上行链路信号生成单元二（29）将干扰防护决策单元二（24）发送过来的上行发射端干扰防护策略填充在上行信号帧内，按照上行干扰防护处理单元二（28）选择的上行发射体制/参数进行上行链路信号生成，生成的信号先后通过信道二（22）、天线二（21）发射出去。

3.根据权利要求1所述的航天测控系统认知干扰防护系统，其特征在于：对于飞行器载应答机（1），天线一（11）接收上行测控链路信号后，经信道一（12）后送入干扰认知单元一（13）；干扰认知单元一（13）对上行链路进行处理，获得干扰认知结果并发送给干扰防护决策单元一（14）；干扰防护决策单元一（14）基于干扰认知单元一（13）输出的干扰认知结果，以及测控系统的业务要求，选择上行链路干扰防护策略，策略包括上行接收端干扰防护策略和上行发射端干扰防护策略两部分，上行接收端干扰防护策略发送给上行干扰防护处理单元一（15），上行发射端干扰防护策略发送给下行链路信号生成单元一（19）；上行干扰防护处理单元一（15）根据干扰防护决策单元一（14）产生的上行接收端干扰防护策略，进行上行接收端体制/参数的选择和干扰抑制与对消方法的使能；测控业务功能单元一（16）接收经过上行干扰防护处理单元一（15）后的信号实现业务功能；干扰防护效能评估单元一（17）基于测控业务运行情况进行干扰防护效能评估，评估结果送给干扰认知单元一（13）和干扰防护决策单元一（14）形成闭环；下行干扰防护处理单元一（18）接收测控业务功能单元一（16）解析出来的下行发射端干扰防护策略，进行下行发射端体制/参数选择；下行链路信号生成单元一（19）将干扰防护决策单元一（14）发送过来的下行发射端干扰防护策略填充在下行信号帧内，按照下行干扰防护处理单元一（18）选择的下行发射体制/参数进行下行链路信号生成，生成的信号先后通过信道一（12）、天线一（11）发射出去。

4.根据权利要求2或3所述的航天测控系统认知干扰防护系统，其特征在于：所述的干扰认知单元一（13）对上行链路进行频谱感知、干扰检测、分类识别、参数估计处理，干扰认知单元二（23）对下行链路进行频谱感知、干扰检测、分类识别、参数估计处理。

5.根据权利要求2或3所述的航天测控系统认知干扰防护系统，其特征在于：接收端体制/参数包括传输体制、工作频率、调制方式、编码方式、传输速率、扩频码率、跳频速率，干扰抑制与对消方法包括空域滤波、时域滤波、频域滤波、射频域对消、数字域对消。

6.根据权利要求2或3所述的航天测控系统认知干扰防护系统，其特征在于：所述的测控业务功能单元一（16）实现测距、数传、遥测、遥控的业务功能，测控业务功能单元二（26）实现测角、测速、测距、数传、遥测的业务功能。