CN114826460A - 一种卫星通信模拟教学链路计算仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星通信模拟教学链路计算仿真系统，包括前端、后端和数据库；所述前端的HTML页面通过AJAX调用后端的RESTFUL API接口，并使用JSON数据进行数据交互；所述前端包括主站位置信息、远端站位置信息、主站与卫星间上下行链路、远端站与卫星间上下行链路、主站配置信息、远端站配置信息、卫星参数配置信息；所述后端包括网络规划模块、地面站设备仿真模块和地面站链路计算模块。优点是：能够提供直观的卫星通信链路组成、提供地面站各项参数的配置输入条件、能够直观的呈现星地链路质量、能够与其他模拟系统快速融合，为演习任务提供数据基础。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫星通信模拟教学链路计算仿真系统。
背景技术
卫星移动通信系统以其覆盖范围广、不受地理条件约束和用户限制等优势，逐渐成为国内外研究的热点。“远洋航行、空间探索、应急救灾”等方面对卫星移动通信的需求也越来越多，于此同时越来越多的人参与到卫星通信等相关专业的学习、研究。从而对卫星通信教学实验提出了较大的挑战—如何让学员快速的了解卫星移动通信系统上下行链路构成、如何根据卫星的特点进行地面链路配置、在重大任务保障过程中如何提前预测通信链路质量等；上述问题的实质是要求教学系统中提供直观的卫星通信链路组成、提供地面站各项参数的配置输入条件、能够直观的呈现星地链路质量、能够与其他模拟系统快速融合，为演习任务提供数据基础。但是，目前针对上述问题并没有相应的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卫星通信模拟教学链路计算仿真系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种卫星通信模拟教学链路计算仿真系统，包括前端、后端和数据库；所述前端的HTML页面通过AJAX调用后端的RESTFUL API接口，并使用JSON数据进行数据交互；
所述前端包括主站位置信息、远端站位置信息、主站与卫星间上下行链路、远端站与卫星间上下行链路、主站配置信息、远端站配置信息、卫星参数配置信息；
后端；所述后端包括网络规划模块、地面站设备仿真模块和地面站链路计算模块；
所述网络规划模块用于根据前端的配置信息，将包括类型以及经纬度信息在内的地面站基础参数发送给地面站设备仿真模块、将卫星参数发送到地面站链路计算模块，并将相应参数信息存储到数据库；
所述地面站设备仿真模块用于构建相应类型的主站以及远端站设备模型，以仿真地呈现地面站设备的拓扑图；
所述地面站链路计算模块；用于根据相关参数信息计算相应的待计算参数。
优选的，
上行链路为远端站或主站发射到卫星的接收链路；
下行链路为卫星发射到主站或远端站的接收链路；
主站配置信息包括主站的工作状态信息、天线口径、天线功放输出功率、天线发射增益、天线接收增益、天线波导损耗、主站G/T值、天气信息；
远端站配置信息包括远端站天线口径、天线功放输出功率、天线发射增益、天线接收增益、天线波导损耗、远端站G/T值；
卫星参数配置信息包括转发器、转发器品质因数、转发器增益计算常数、转发器衰减控制器常数、上行载波频率、下行载波频率、星地距离、大气损耗、转发器输入回退、转发器输出回退、卫星转发器带宽、强向链路带宽、回传链路带宽。
优选的，前端与后端进行数据交互包括如下步骤，
S1、前端通过POST请求将地面站基础参数、卫星参数通过JSON格式传给后端的网络规划模块，网络规划模块将地面站基础参数和卫星参数分别传递给地面站设备仿真模块和地面站链路计算模块；后端将卫星参数存入数据库；地面站设备仿真模块根据地面站基础参数构建地面站设备拓扑图，并通过网络规划模块反馈给前端以展示，前端通过POST请求对地面站设备进行相关配置；
S2、前端通过GET请求获取后端以JSON格式呈现的地面站设备参数，用于呈现给用户作链路计算参考；
S3、用户在前端的界面填写待计算参数提交后，前端发起POST链路计算请求，网络规划模块将链路计算请求以JSON形式传递给地面站链路计算模块，地面站链路计算模块根据卫星参数以及地面站参数计算链路信息，并将计算结果通过网络规划模块反馈给前端；
S4、前端通过GET请求从后端获取以JSON格式传输的计算成功后的星地链路涉及的地面站与卫星相关数据。
优选的，所述地面站链路计算模块的输出包括，
主站计算输出；主站计算输出包括天线功放输出功率和主站EI RP值；
远端站计算输出；远端站计算输出包括天线功放输出功率和远端站EI RP值；
卫星计算输出；卫星计算输出包括转发器单载波输入饱和通量密度、上下行自由空间损耗、上下行空间损耗、多载波功率回退CBO；
链路计算输出；链路计算输出包括卫星落地EI RP值、下行链路载躁比、卫星转发器上行载躁比、地面站接收载躁比、信息速率。
优选的，所述前端能够展示链路态势图，所述链路态势图包括主站仿真图、远端站仿真图、卫星仿真图以及主站、远端站和卫星之间的链路关系图；用户通过鼠标点击卫星、主站、端站即可跳转呈现卫星、主站、端站相应的配置信息。
本发明的有益效果是：能够提供直观的卫星通信链路组成、提供地面站各项参数的配置输入条件、能够直观的呈现星地链路质量、能够与其他模拟系统快速融合，为演习任务提供数据基础。
附图说明
图1是本发明实施例中系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中数据交互的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本实施例中提供了一种卫星通信模拟教学链路计算仿真系统，包括前端、后端和数据库；所述前端的HTML页面通过AJAX调用后端的RESTFUL API 接口，并使用JSON数据进行数据交互；
所述前端包括主站位置信息、远端站位置信息、主站与卫星间上下行链路、远端站与卫星间上下行链路、主站配置信息、远端站配置信息、卫星参数配置信息；
后端；所述后端包括网络规划模块、地面站设备仿真模块和地面站链路计算模块；
所述网络规划模块用于根据前端的配置信息，将包括类型以及经纬度信息在内的地面站基础参数发送给地面站设备仿真模块、将卫星参数发送到地面站链路计算模块，并将相应参数信息存储到数据库；
所述地面站设备仿真模块用于构建相应类型的主站以及远端站设备模型，以仿真地呈现地面站设备的拓扑图；
所述地面站链路计算模块；用于根据相关参数信息计算相应的待计算参数。
本实施例中，系统基于新的分布式架构、丰富便捷的接口，将卫星通信上下行链路仿真所需的输入输出参数、仿真结果进行直观的结构化呈现，学员可以直观的感受地面站、卫星参数对卫星通信链路的影响。该发明以CS架构，提供丰富的后端接口(POST、GET)、前端用户界面，学员可通过界面直观的感受卫星通信系统链路的组成。前端用户界面包含地面站配置，使用者通过界面对模拟地面站设备、天气等信息进行配置，后端通过计算反馈用户当前配置链路是否达到信息传输通信指标。
后端通过RESTful API与前端或外系统进行数据交互；RESTful API是以请求方式GET、POST、PUT等为动作，URL为动作请求的资源标准来设计。前端使用AJAX 技术使Javascript通过XMLHttpRequest对象直接与后端服务器进行交互。通过 HTTP Request不但可以在协议请求中加入Request Method:GET(POST、PUT、 DELETE)来模拟多种HTTP请求，还可以做到异步发送请求到后端服务器，且在免刷新情况下接受后端返回的信息，自动重新加载页面。对服务器返回的数据进行动态渲染，在同一界面中展示给用户。
前端通过POST请求将地面站相关参数如功率、天线增益等通过JSON格式传给后端地面站设备仿真模块，将卫星相关参数如频段、频点等传给后端链路模块，后端再存入数据库；前端通过GET请求获取后端以JSON格式呈现的地面站相关参数，用于呈现给用户作链路计算参考；用户在界面填写待计算参数提交后前端发起POST请求以JSON形式将参数传给后端链路模块；态势页面上前端通过GET请求获取以JSON格式传输的计算成功后的星地链路涉及的地面站与卫星相关数据，包括经纬高、类型、名称及链路状态等。
后端基于微服务架构设计，包括网络规划模块、地面站设备仿真模块、地面站链路模块。微服务架构，将单个系统分解为多个独立的“微服务”，从而解决单个系统的复杂性问题。每个服务都有一个定义清楚的边界，通过RPC或者消息驱动AP I与外接沟通单个微服务更容易开发和维护。
本系统支持教学模式及联合演训模式；其中教学模式，地面站参数信息、卫星参数等信息由用户通过界面配置到后端并保存到数据库；联合演训模式，是由外系统调用已有的卫星、地面站信息进行相应任务仿真。
当本系统工作在独立运行模式的情况下，链路计算所需的卫星计算输出、地面站计算输出、环境信息由相关的岗位人员对相应的信息进行配置，并计算相应结果。岗位人员通过对参数的配置了解熟悉相应的计算方法。在联合演训模式下，外系统将卫星及地面站参数信息配置到本系统，本系统根据所配置的信息及信息速率信息进行计算判断，回馈外系统链路计算的结果。
本实施例中，上行链路为远端站或主站发射到卫星的接收链路；下行链路为卫星发射到主站或远端站的接收链路；
主站配置信息包括主站的工作状态信息、天线口径、天线功放输出功率(W)、天线发射增益、天线接收增益、天线波导损耗、主站G/T值、天气信息(包括上行雨衰和下行雨衰)；
远端站配置信息包括远端站天线口径、天线功放输出功率、天线发射增益、天线接收增益、天线波导损耗、远端站G/T值；
卫星参数配置信息包括转发器EIRP、转发器品质因数(G/T)、转发器增益计算常数Const、转发器衰减控制器常数Attn、上行载波频率、下行载波频率、星地距离、大气损耗、转发器输入回退IBO、转发器输出回退OBO、卫星转发器带宽、强向链路带宽、回传链路带宽。
如图2所示，本实施例中，前端与后端进行数据交互包括如下步骤，
S1、前端通过POST请求将地面站基础参数、卫星参数通过JSON格式传给后端的网络规划模块，网络规划模块将地面站基础参数和卫星参数分别传递给地面站设备仿真模块和地面站链路计算模块；后端将卫星参数存入数据库；地面站设备仿真模块根据地面站基础参数构建地面站设备拓扑图，并通过网络规划模块反馈给前端以展示，前端通过POST请求对地面站设备进行相关配置；
S2、前端通过GET请求获取后端以JSON格式呈现的地面站设备参数，用于呈现给用户作链路计算参考；
S3、用户在前端的界面填写待计算参数提交后，前端发起POST链路计算请求，网络规划模块将链路计算请求以JSON形式传递给地面站链路计算模块，地面站链路计算模块根据卫星参数以及地面站参数计算链路信息，并将计算结果通过网络规划模块反馈给前端；
S4、前端通过GET请求从后端获取以JSON格式传输的计算成功后的星地链路涉及的地面站与卫星相关数据。
地面站设备仿真模块根据接收到的地面站基础信息，仿真呈现地面站设备拓扑图，拓扑图中包括天线、滤波器、放大器、调制解调器、合路器、分路器等部件以及相关部件的连接关系。通过地面站设备拓扑图可以使学员更加直观的获知地面站的各个设备、设备之间的连接关系、设备间信号传输路线以及各个设备在信号传输过程中所实现的功能。
本实施例中，所述地面站链路计算模块的输出包括，
1、主站计算输出；主站计算输出包括天线功放输出功率(dBW)和主站EIRP 值；
主站功放输出功率(dbW)＝10*log(天线功放输出功率(w))；
主站EIRP＝天线功放输出功率(dbW)+天线发射增益+天线波导损耗L；
2、远端站计算输出；远端站计算输出包括天线功放输出功率(dBW)和远端站EIRP值；
远端站功放输出功率(dbW)＝10*log(天线功放输出功率(w))；
远端站EIRP＝天线功放输出功率(dbW)+天线发射增益+天线波导损耗L；
3、卫星计算输出；卫星计算输出包括转发器单载波输入饱和通量密度(SFD)、上下行自由空间损耗、上下行空间损耗、多载波功率回退CBO；
SDF(dB)＝转发器衰减控制量常数Attn+转发器增益计算常数Const-转发器品质因数(G/T)；
上行自由空间损耗(dB)＝32.45+20.0*Math.log(星地距离) +20.0*Math.log(上行频率)；
下行自由空间损耗(dB)＝32.45+20.0*Math.log(星地距离) +20.0*Math.log(下行频率)；
上行空间损耗＝上行自由空间损耗+大气损耗；
下行空间损耗＝下行自由空间损耗+大气损耗；
多载波功率回退CBO＝10*log(卫星转发器带宽/前向链路带宽)；
卫星转发器饱和最小EIRP＝SDF-10*log(4π/λ2)+上行空间损耗-转发器输入回退-多载波功率回退+上行雨衰。
4、链路计算输出；链路计算输出包括卫星落地EIRP值、下行链路载躁比、卫星转发器上行载躁比、地面站接收载躁比、信息速率；
远端站接收载躁比及速率计算方法：
主站EIRP大于等于卫星转发器饱和最小EIRP值，卫星落地EIRP＝转发器 (EIRP)-转发器输出回退OBO
若主站EIRP小于卫星转发器饱和最小EIRP，卫星落地EIRP＝转发器(EIRP)- 转发器输出回退OBO-卫星转发器饱和最小EIRP+主站(EIRP)
下行链路载躁比＝卫星落地EIRP-下行空间损耗Ld+远端站(G/T)-噪声带宽 BN-卫星损耗L0-玻尔兹曼常数K
主站EIRP大于等于卫星转发器饱和最小EIRP值,卫星转发器上行载躁比＝卫星转发器饱和最小EIRP饱和-上行空间损耗Lu+转发器品质因数(G/T)星-噪声带宽BN-卫星损耗L0-玻尔兹曼常数K-上行雨衰LRU
若主站EIRP小于卫星转发器饱和最小EIRP，卫星转发器上行载躁比＝主站(EIRP)-上行空间损耗Lu+转发器品质因数(G/T)星-噪声带宽BN-卫星损耗L0-玻尔兹曼常数K-上行雨衰LRU
远端站接收载躁比＝下行链路载噪比(C/N)*卫星转发器上行载噪比 (C/N)/(下行链路载噪比(C/N)+卫星转发器上行载噪比(C/N))
信息速率＝带宽/1.2*频谱效率。
远端站接收载躁比及速率计算方法：
远端站EIRP大于等于卫星转发器饱和最小EIRP值，卫星落地EIRP＝转发器(EIRP)-转发器输出回退OBO；
若远端站EIRP小于卫星转发器饱和最小EIRP，卫星落地EIRP＝转发器(EIRP)- 转发器输出回退OBO-卫星转发器饱和最小EIRP+主站(EIRP)；
下行链路载躁比＝卫星落地EIRP-下行空间损耗Ld+远端站(G/T)-噪声带宽 BN-卫星损耗L0-玻尔兹曼常数K；
远端站EIRP大于等于卫星转发器饱和最小EIRP值,卫星转发器上行载躁比＝卫星转发器饱和最小EIRP饱和-上行空间损耗Lu+转发器品质因数(G/T)星-噪声带宽BN-卫星损耗L0-玻尔兹曼常数K-上行雨衰LRU
若远端站EIRP小于卫星转发器饱和最小EIRP，卫星转发器上行载躁比＝主站(EIRP)-上行空间损耗Lu+转发器品质因数(G/T)星-噪声带宽BN-卫星损耗L0-玻尔兹曼常数K-上行雨衰LRU；
远端站接收载躁比＝下行链路载噪比(C/N)*卫星转发器上行载噪比 (C/N)/(下行链路载噪比(C/N)+卫星转发器上行载噪比(C/N))；
信息速率＝带宽/1.2*频谱效率。
后端返回各项计算结果，并根据信息速率是否满足，提示用户当前链路是否满足链路通信要求。
本实施例中，所述前端能够展示链路态势图，所述链路态势图包括主站仿真图、远端站仿真图、卫星仿真图以及主站、远端站和卫星之间的链路关系图；用户通过鼠标点击卫星、主站、端站即可跳转呈现卫星、主站、端站相应的配置信息。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明提供了一种卫星通信模拟教学链路计算仿真系统，该系统能够提供直观的卫星通信链路组成、提供地面站各项参数的配置输入条件、能够直观的呈现星地链路质量、能够与其他模拟系统快速融合，为演习任务提供数据基础。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种卫星通信模拟教学链路计算仿真系统，其特征在于：包括前端、后端和数据库；所述前端的HTML页面通过AJAX调用后端的RESTFUL API接口，并使用JSON数据进行数据交互；
所述前端包括主站位置信息、远端站位置信息、主站与卫星间上下行链路、远端站与卫星间上下行链路、主站配置信息、远端站配置信息、卫星参数配置信息；
后端；所述后端包括网络规划模块、地面站设备仿真模块和地面站链路计算模块；
所述网络规划模块用于根据前端的配置信息，将包括类型以及经纬度信息在内的地面站基础参数发送给地面站设备仿真模块、将卫星参数发送到地面站链路计算模块，并将相应参数信息存储到数据库；
所述地面站设备仿真模块用于构建相应类型的主站以及远端站设备模型，以仿真地呈现地面站设备的拓扑图；
所述地面站链路计算模块；用于根据相关参数信息计算相应的待计算参数。
2.根据权利要求1所述的卫星通信模拟教学链路计算仿真系统，其特征在于：
上行链路为远端站或主站发射到卫星的接收链路；
下行链路为卫星发射到主站或远端站的接收链路；
主站配置信息包括主站的工作状态信息、天线口径、天线功放输出功率、天线发射增益、天线接收增益、天线波导损耗、主站G/T值、天气信息；
远端站配置信息包括远端站天线口径、天线功放输出功率、天线发射增益、天线接收增益、天线波导损耗、远端站G/T值；
卫星参数配置信息包括转发器EIRP、转发器品质因数、转发器增益计算常数Const、转发器衰减控制器常数Attn、上行载波频率、下行载波频率、星地距离、大气损耗、转发器输入回退IBO、转发器输出回退OBO、卫星转发器带宽、强向链路带宽、回传链路带宽。
3.根据权利要求1所述的卫星通信模拟教学链路计算仿真系统，其特征在于：前端与后端进行数据交互包括如下步骤，
S1、前端通过POST请求将地面站基础参数、卫星参数通过JSON格式传给后端的网络规划模块，网络规划模块将地面站基础参数和卫星参数分别传递给地面站设备仿真模块和地面站链路计算模块；后端将卫星参数存入数据库；地面站设备仿真模块根据地面站基础参数构建地面站设备拓扑图，并通过网络规划模块反馈给前端以展示，前端通过POST请求对地面站设备进行相关配置；
S2、前端通过GET请求获取后端以JSON格式呈现的地面站设备参数，用于呈现给用户作链路计算参考；
S3、用户在前端的界面填写待计算参数提交后，前端发起POST链路计算请求，网络规划模块将链路计算请求以JSON形式传递给地面站链路计算模块，地面站链路计算模块根据卫星参数以及地面站参数计算链路信息，并将计算结果通过网络规划模块反馈给前端；
S4、前端通过GET请求从后端获取以JSON格式传输的计算成功后的星地链路涉及的地面站与卫星相关数据。
4.根据权利要求3所述的卫星通信模拟教学链路计算仿真系统，其特征在于：所述地面站链路计算模块的输出包括，
主站计算输出；主站计算输出包括天线功放输出功率和主站EIRP值；
远端站计算输出；远端站计算输出包括天线功放输出功率和远端站EIRP值；
卫星计算输出；卫星计算输出包括转发器单载波输入饱和通量密度、上下行自由空间损耗、上下行空间损耗、多载波功率回退CBO；
链路计算输出；链路计算输出包括卫星落地EIRP值、下行链路载躁比、卫星转发器上行载躁比、地面站接收载躁比、信息速率。
5.根据权利要求1所述的卫星通信模拟教学链路计算仿真系统，其特征在于：所述前端能够展示链路态势图，所述链路态势图包括主站仿真图、远端站仿真图、卫星仿真图以及主站、远端站和卫星之间的链路关系图；用户通过鼠标点击卫星、主站、端站即可跳转呈现卫星、主站、端站相应的配置信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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