CN114614882B - 一种Cn频段导通一体化星基收发终端系统 - Google Patents

一种Cn频段导通一体化星基收发终端系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Cn频段导通一体化星基收发终端系统，包括C1频段发射天线、Cn频段接收天线、频综及射频信道处理模块、基带信号生成模块、基带信号接收处理模块和上位机单元；发射天线发射上行通信信号；接收天线接收卫星下行导通一体化信号；通信链路是将要发送的电文送给基带信号生成模块进行信道编码、扩频调制和DA数模转换，由频综及射频信道处理模块对中频信号变频与滤波处理后送给发射天线；导通链路是将卫星下行的信号进行下变频与滤波处理并送给基带信号接收处理模块进行AD数模转换后对导航通信一体化信号进行处理而后由上位机单元处理；能够在同一台终端设备上同时实现导航和通信功能，降低了用户终端设备的复杂度。

Description

一种Cn频段导通一体化星基收发终端系统
技术领域
本发明涉及卫星导航和卫星通信系统，具体是一种Cn频段导通一体化星基收发终端系统。
背景技术
导航卫星是从卫星上连续发射无线电信号，为地面、海洋、空中和空间用户导航定位的人造地球卫星。导航卫星装有专用的无线电导航设备，用户接收导航卫星发来的无线电导航信号，通过时间测距或多普勒测速分别获得用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航参数，并根据卫星发送的时间、轨道参数，求出在定位瞬间卫星的实时位置坐标，从而定出用户的地理位置坐标(二维或三维坐标)和速度矢量分量。由数颗导航卫星构成导航卫星网(导航星座)，具有全球和近地空间的立体覆盖能力，实现全球无线电导航。
卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间的通信。
卫星导航系统多通过中轨道卫星和地球同步卫星星座来实现对用户的PVT服务，其数据通信业务主要用于发送导航电文。而卫星通信系统多通过对球同步卫星来实现对用户的高速率通信业务。但是，目前尚没有能够同时实现导航和通信功能的导航通信一体化终端系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Cn频段导通一体化星基收发终端系统，能够在同一台终端设备上同时实现导航和通信功能，降低了用户终端设备的复杂度。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种Cn频段导通一体化星基收发终端系统，包括C1频段发射天线、Cn频段接收天线、频综及射频信道处理模块、基带信号生成模块、基带信号接收处理模块和上位机单元；
所述C1频发射天线用于通信链路的终端上行通信信号的发射；所述Cn频段接收天线用于接收导通链路的卫星下行导通一体化信号；
所述频综及射频信道处理模块用于将Cn频段接收天线接收的卫星下行导通一体化信号进行下变频与滤波处理；或用于将基带信号生成模块的输出模拟中频信号进行上变频与滤波处理，功率放大送给C1频段发射天线发射至卫星；采用外部参考时钟或内部高稳晶振作为时钟源，进行倍频或分频，为终端系统各模块提供同源的工作时钟；
所述基带信号生成模块用于将上位机单元下发的导航电文、通信电文进行信道编码、扩频调制和中频载波调制；经调制后的中频信号经选通器选择，输出当前配置下的中频数字信号，再经过DA转换模块输出模拟中频信号给频综及射频信道处理模块发射；
所述基带信号接收处理模块用于将频综及射频信道处理模块输出的模拟中频信号经AD转换模块转换为数字信号，并将数字中频信号在基带信号接收处理模块中进行数字下变频，对将经过下变频的近零频基带信号进行数字处理，包括捕获、跟踪、同步、信道译码、观测量提取处理，并将导航电文、导航观测量、通信电文送给上位机单元；
所述上位机单元用于发送和接收电文，对提取的观测量和电文进行解算处理，负责与外部的通信接口，负责终端相关配置的下发与状态显示
通信链路是先通过上位机单元的控制与分析模块将要发送的电文送给基带信号生成模块进行信道编码、基带扩频调制和DA数模转换，再将中频信号送入频综及射频信道处理模块对其进行上变频与滤波处理以及功率放大后将信号送给C1频段发射天线，由C1频段发射天线发射至卫星；
导通链路是将Cn频段接收天线接收的卫星下行的导通一体化信号经过低噪放放大和滤波后送入频综及射频信道处理模块对其进行下变频与滤波处理，并送给基带信号接收处理模块进行AD数模转换后输出中频信号；并对数字采样后的导航支路和通信支路的信号分别进行捕获、跟踪、位同步、信道译码、帧同步和电文提取，同时对测距支路的伪码距观测量和载波观测量提取，完成测距功能；对数字采样后的通信支路信号进行捕获、跟踪、位同步、信道译码、帧同步、通信电文提取、完成通信功能。
进一步，所述基带信号接收处理模块先对数字中频信号进行数字下变频，并对下变频的近零频数字基带信号进行捕获、跟踪处理；然后分别对数字采样后的导航支路的导航电文和通信支路的通信电文进行位/帧同步、信道译码，并将电文送给上位机单元解算处理；同时对测距支路的伪码距观测量和载波观测量提取进行观测量提取，并将结果送给上位机单元处理。
进一步，所述上位机单元是单板计算机。
进一步，所述接收天线是全向天线。
进一步，所述C1频段发射天线包括滤波器、波导和极化可调极化器。
本发明具有如下有益效果：
本发明基于卫星的导航通信一体化终端系统先通过上位机单元的控制与分析模块将要发送的电文送给基带信号生成模块进行信道编码、基带扩频调制和DA数模转换，再将中频信号送入频综及射频信道处理模块对其进行上变频与滤波处理以及功率放大后的信号送给发射天线，由发射天线发射至卫星；导通链路是将卫星下行的导通一体化信号经过低噪放放大和滤波后送入频综及射频信道处理模块对其进行下变频与滤波处理，并送给基带信号接收处理模块进行AD数模转换后输出中频信号；并对数字采样后的导航支路和通信支路的信号分别进行捕获、跟踪、位同步、信道译码、帧同步和电文提取，同时对测距支路的伪码距观测量和载波观测量提取，完成测距功能。可见，本发明是一种基于全新的导通一体化信号体制，能够在同一台终端设备上实现卫星导航的功能、双向卫星通信的功能，降低了用户终端设备的复杂度。
附图说明
图1：本发明的硬件结构框图；
图2：本发明的基带处理流程图；
图3：本发明的系统框图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明，但不作为对本发明的限定。
如图1和图3所示，图3中本发明为右侧部分，左侧部分为地面站基带系统，本发明Cn频段导通一体化星基收发终端系统，包括C1频段发射天线、Cn频段接收天线、频综及射频信道处理模块、基带信号生成模块、基带信号接收处理模块和上位机单元；所述上位机单元是单板计算机；
所述C1频段发射天线用于通信链路的终端上行通信信号的发射，其包括滤波器、波导和极化可调极化器等；所述Cn频段接收天线为全向天线，用于接收导通链路的卫星下行导通信号。
所述频综及射频信道处理模块用于将Cn频段接收天线接收的卫星下行导通一体化信号进行下变频与滤波处理，AD转换模块，输出数字中频信号给基带信号接收处理模块；或用于将基带信号生成模块的输出模拟中频信号进行上变频与滤波处理，功率放大送给C1频段发射天线发射至卫星；并可采用外部1路10MHz参考时钟或内部高稳晶振10MHz作为时钟源，进行频率分配，输出多路680MHz和多路10MHz，为终端系统射频、ADDA模块、基带处理等提供同源的工作时钟；
所述基带信号生成模块用于将上位机单元下发的导航电文、通信电文进行信道编码、扩频调制和中频载波调制；经调制后的中频信号经选通器选择，输出当前配置下的中频数字信号，再经过DA转换模块输出模拟中频信号给频综及射频信道处理模块发射；
所述基带信号接收处理模块用于将频综及射频信道处理模块输出的模拟中频信号经AD转换模块转换为数字信号，并将数字中频信号在基带信号接收处理模块中进行数字下变频，对将经过下变频的近零频基带信号进行数字处理，包括捕获、跟踪、同步、信道译码、观测量提取处理，并将导航电文、导航观测量、通信电文送给上位机单元；
所述上位机单元用于发送和接收电文，对提取的观测量和电文进行解算处理，负责与外部的通信接口，负责终端相关配置的下发与状态显示；
所述通信发射链路将控制与分析模块将要发送的电文送给基带信号生成模块，进行LDPC/Polar信道编码、基带进行BPSK扩频调制、DA数模转换，将140MHz中频信号送入频综及射频信道处理模块，在频综及射频信道处理模块内进行上变频与滤波处理，功率放大，再将6045MHz附近的射频信号送给发射天线，由C1频段发射天线发射至卫星。
所述导通链路接Cn频段全向接收天线接收卫星下行的导通一体化信号，经过低噪放放大、滤波后送入射频接收模块，5022.93MHz的射频信号进行下变频与滤波处理后输出中频信号，140MHz中频信号送给基带接收处理模块，进行AD数模转换，对数字采样后的导航支路信号进行捕获、跟踪、位同步、信道译码、帧同步、导航电文提取、码伪距观测量提取、载波观测量提取、完成测距功能。
如图2所示，所述的基带信号生成模块用于执行以下步骤：
步骤一、上位机单元下发的通信电文进入基带信号生成模块进行信道编码、扩频调制和中频载波调制；
步骤二、经调制后的中频信号经选通器选择，输出当前配置下的中频数字信号，再经过DA转换模块输出模拟中频信号给频综及射频信道处理模块发射。
所述的基带信号接收处理模块用于执行以下步骤：
步骤一、频综及射频信道处理模块将下变频的模拟导通一体化信号送给AD转换模块，输出数字中频信号，数字中频信号送入基带信号接收处理模块进行数字下变频；
步骤二、经过下变频的近零频数字基带信号进行捕获、跟踪处理；
步骤三、对导航支路信号进行导航电文同步、译码、提取，并将电文送给上位机单元解算处理；对测距支路进行观测量提取后将结果送给上位机单元处理；对通信支路信号进行通信电文同步、译码、提取，并将通信电文送给上位机单元。
本发明基于卫星环境进行了试验验证，C/N0在45dB/Hz的条件下，测距精度优于0.2m(1σ)，通信误码率优于1e-5。

Claims (5)

1.一种Cn频段导通一体化星基收发终端系统，其特征在于，包括C1频段发射天线、Cn频段接收天线、频综及射频信道处理模块、基带信号生成模块、基带信号接收处理模块和上位机单元；
所述C1频段发射天线用于通信链路的终端上行通信信号的发射；所述Cn频段接收天线用于接收导通链路的卫星下行导通一体化信号；
所述频综及射频信道处理模块用于将Cn频段接收天线接收的卫星下行导通一体化信号进行下变频与滤波处理；或用于将基带信号生成模块的输出模拟中频信号进行上变频与滤波处理，功率放大送给C1频段发射天线发射至卫星；采用外部参考时钟或内部高稳晶振作为时钟源，进行倍频或分频，为终端系统各模块提供同源的工作时钟；
所述基带信号生成模块用于将上位机单元下发的导航电文、通信电文进行信道编码、扩频调制和中频载波调制；经调制后的中频信号经选通器选择，输出当前配置下的中频数字信号，再经过DA转换模块输出模拟中频信号给频综及射频信道处理模块发射；
所述基带信号接收处理模块用于将频综及射频信道处理模块输出的模拟中频信号经AD转换模块转换为数字信号，并将数字中频信号在基带信号接收处理模块中进行数字下变频，对将经过下变频的近零频基带信号进行数字处理，包括捕获、跟踪、同步、信道译码、观测量提取处理，并将导航电文、导航观测量、通信电文送给上位机单元；
所述上位机单元用于发送和接收电文，对提取的观测量和电文进行解算处理，作为负责与外部的通信接口，负责终端相关配置的下发与状态显示；
通信链路是先通过上位机单元的控制与分析模块将要发送的电文送给基带信号生成模块进行信道编码、基带扩频调制和DA数模转换，再将中频信号送入频综及射频信道处理模块对其进行上变频与滤波处理以及功率放大后将信号送给C1频段发射天线，由C1频段发射天线发射至卫星；
导通链路是将Cn频段接收天线接收的卫星下行的导通一体化信号经过低噪放大和滤波后送入频综及射频信道处理模块对其进行下变频与滤波处理，并送给基带信号接收处理模块进行AD数模转换后输出中频信号；并对数字采样后的导航支路和通信支路的信号分别进行捕获、跟踪、位同步、信道译码、帧同步和电文提取，同时对测距支路的伪码距观测量和载波观测量提取，完成测距功能；对数字采样后的通信支路信号进行捕获、跟踪、位同步、信道译码、帧同步、通信电文提取、完成通信功能。
2.根据权利要求1所述的Cn频段导通一体化星基收发终端系统，其特征在于，所述基带信号接收处理模块先对数字中频信号进行数字下变频，并对下变频的近零频数字基带信号进行捕获、跟踪处理；然后分别对数字采样后的导航支路的导航电文和通信支路的通信电文进行位/帧同步、信道译码，并将电文送给上位机单元解算处理；同时对测距支路的伪码距观测量和载波观测量提取进行观测量提取，并将结果送给上位机单元处理。
3.根据权利要求1或2所述的Cn频段导通一体化星基收发终端系统，其特征在于，所述上位机单元是单板计算机。
4.根据权利要求1或2所述的Cn频段导通一体化星基收发终端系统，其特征在于，所述接收天线是全向天线。
5.根据权利要求1或2所述的Cn频段导通一体化星基收发终端系统，其特征在于，所述C1频段发射天线包括滤波器、波导和极化可调极化器。
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