CN116155422A - 一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统 - Google Patents

一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统 Download PDF

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Abstract

一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括交换机、与交换机实现接口通信的LabVIEWServer服务器、资源服务器、2台Web浏览终端；LabVIEWServer服务器用于星载一体化测控数传终端和卫星地面测控数传站的测控数传传输全链路的创建，设备组件、测控体制的设置；资源服务器用于指标存储；Web浏览终端用于用户远程登录LabVIEWServer服务器进行任务场景计算需求提交；本申请从商用LEO卫星星地直传测控数传通道全链路一体化建设顶层设计高度出发，统一规划测控数传链路架构、数据格式、指标体系与接口类型。

Description

一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统
技术领域
本发明属于仿真测试的技术领域，尤其涉及一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统。
背景技术
目前，商用卫星星载测控终端和地面测控数传站的工程研制，都需要经过漫长地技术调研、可行性论证、项目立项与研制等技术及工程管理环节，投入的经费、人力多，且耗时长。例如某高分卫星的星上数据，涉及到复杂的载荷相机的全色/多光谱格式，使得地面测控数传站数据处理软件开需要花费较长周期；其次对于新研制的星载测控终端和卫星地面测控数传站的功能性能鉴定，必须借助于第三方测量设备。通常卫星星载测控数传终端和卫星地面站隶属于不同的研制方，卫星测控数传终端属于卫星总体方或外协单位，卫星地面站隶属于第三方的租赁方。星载设备与地面站对接试验要受到部门、地域等制约，跨部门间协调起来流程多、效率低。其次，新研的卫星星载测控数传设备标准不统一，在部件调试、单元测试、分系统测试技术壁垒重重，使测控设备的可重复使用性差。
发明内容
为了对卫星星载测控数传设备的系统级功能仿真与设备级系统验证，为此，本发明提出了一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统，具体方案如下：
一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括交换机、与交换机实现接口通信的LabVIEWServer服务器、资源服务器、2台Web浏览终端；
所述LabVIEWServer服务器用于星载一体化测控数传终端和卫星地面测控数传站的测控数传传输全链路的创建，设备组件、测控体制的设置；
资源服务器用于星载测控数传链路参数、遥测数字模拟源、遥控数字模拟源的指标存储；卫星地面测控数传站的遥测通道、测距、测速通道组件参数；遥控指令码、数字功放的各类参数数据的存储、编辑与调用；
Web浏览终端配置2台互为冷备份使用，用于用户远程登录LabVIEWServer服务器进行任务场景计算需求提交；远程监视各部件参数、状态信息以及故障报警指示信息；提交参数修改需求，保存各重要的仿真信息。
具体地说，所述星载一体化测控数传终端包括星载数传通道模块；星载数传通道模块包括：
数据处理器，用于处理星务模拟数据、经过数据压缩器3A压缩后的遥测数据、数据固存器3B中的数据，并且数据处理器将处理后的数据返回到数据固存器3B中；
对地通道调制单元，用于对数据处理器输出的AOS格式的数据流做PCM-QPSK调制模拟，输出波形为已调正弦波经输入组合的开关矩阵单元控制输出给对应的不同通道;
组合，用于模拟调制后的射频信号的带通滤波；通带按照有关研制文档要求选取，输出波形为1A/1B调制器、2A/2B调制器调制的各种已调正弦波；
固放，包括三个且分别与开关矩阵的三路输出端对应连接；用于模拟调制后的射频信号放大的过程；
滤波器，包括三个且分别与三个固放的输出端对应连接；用于模拟射频信号的滤波和输出；
波导开关，共三个，第二个滤波器与第一个波导开关连接，第一波导开关输出两路分别与第二个波导开关和第三个波导开关的输入端连接，第二个波导开关和第三个波导开关的另一输入端分别对应于第一个滤波器和第三个滤波器的输出端连接；用于模拟射频信号的选路发射；
天线，包括两路，一路天线将第二个波导开关和三个波导开关合成数据传输出去，另一路开关将第二个波导开关和三个波导开关合成的数据传输出去。
具体地说，星载数传通道模块工作过程如下：
星载星务数据和载荷的遥测数据，用模拟数据文件替代，以二进制数据流发出，依次经过数据压缩3A、固态存储器3B、数据处理器14、对地通道调制单元形成已调载波，然后经过组合16的带通滤波器的1/2带通滤波器和矩阵开关、固放放大和通带滤波器的滤波，再经微波开关通道选择向外发射出去，发射天线采用一对正交的左右旋圆极天线向外发射数传射频信号。
具体地说，所述星载一体化测控数传终端包括星载测控通道模块；所述星载测控通道模块包括：
遥控接收天线，用于模拟X频段星载遥控接收天线，用放大器倍数等效天线增益；数据来源于地面站模拟生成的遥控发射的射频指令、注入数据；
低噪声放大器，接收遥控接收天线信号，用于模拟遥控接收通道的低噪声放大器；
滤波器，接收低噪声放大器信号，用于模拟窄带滤波器，中心频率为f0；
下变频器，接收滤波器信号，用于模拟射频信号下变为中频信号；
频综器：与下变频信号交互，用于模拟频综，为遥控通道的下变频器本振和遥测提供单载波信号；
滤波放大器：接收下变频器信号，用于模拟遥控中频信号的滤波与放大过程；
A/D转换：接收滤波放大器信号，用于模拟将遥控的中频模拟信号变换为数字信号；
星载捕获跟踪回路：接收A/D转换转换信号，用于模拟星载接收机对地面发射的捕获信号的扫描跟踪与锁定过程；
多普勒频率计算模块：用于模拟测距信号中的多普勒信号解算原理，公式为
Figure SMS_1
其中fd：低轨卫星相对于地面站运动时产生的多普勒频率；c电磁波传播速度，vr：卫星相对于地面站运动的速度，根据卫星遥测实际速度的最大值确定fd的范围，f0：地面站向卫星发射的PN伪码测距信号；
测距：接收多普勒频率计算模块信号，用于模拟卫星星载测距工作过程；
信标调制：接收星载捕获跟踪回路信号，模拟星载信标式电路的工作过程；
解调器：接收上行的回路信号，用于模拟遥控的PM解调过程，信号由中频信号解调出带有遥控指令的载波信号；
指令形成器：接收解调器信号，用于模拟遥控指令的译码过程，指令采取3判1决策；
执行机构：接收指令形成器的信号，用于模拟遥控指令控制姿轨控发动机燃料回路的电磁阀电压开关的过程；
数字处理单元：接收用于模拟遥控指令执行机构反馈的模拟信号的处理过程，模拟信号由模拟状态经过A/D转换电路，变换成数字信号，为送入遥测采编器做准备；
遥测参数：模拟卫星上的压力、温度、振动常规参数的原始状态特征信息；
电压适配器/电压调节器：接收遥测参数的信号，用于模拟遥测传感器、数字处理单元输出的非标准+5V的参数电压的标准化过程；
遥测编码与副载波调制：接收数字处理单元和电压适配器/电压调节器信号，用于模拟卫星遥测参数、数字处理单元输出信息的数字化编码过程，形成一系列二进制的数字流；
测控信号合成器：获取测距、信标调制、遥测编码与副载波调制信号，用于模拟测距、测速与遥测各路副载波信息汇总一起；
副载波调制器：接收测控信号合成器和频综器的信号，用于模拟多路副载波强信号调制频综输出的单载波形成PM的已调载波过程；
放大器：接收副载波调制器信号，用于模拟真实的遥测发射机；
功分器：接收放大器信号，用于模拟2W遥测射频信号经过真实的功分；
发射天线：接收功分器的信号，用放大器等效遥测发射天线增益。
具体地说，所述卫星地面测控数传站包括：
调制/解调器：用于模拟遥测与数传通道接收数据的解调过程，遥控指令的调制和样本数据生成过程；
遥测/数传/跟踪组合：用于模拟解调后的遥测数据、数传数据和跟踪角误差视频信息的曲线显示、二进制文件记录样式；
中频矩阵开关：与调制/解调器和遥测/数传/跟踪组合连接；
遥控70MHz中频信号：与中频矩阵开关连接，用于模拟遥控中频基带的中频信号上变频X频段射频的过程；
遥控上变频器：接收遥控70MHz中频信号34，用于模拟X频段遥控信号由中频经过与本振混频，形成X频段射频信号；
耦合器：用于模拟遥控射频信号经过1/10 的耦合过程；耦合器用衰减器等效法模拟；
极化控制开关：接收遥控上变频器的信号经过耦合器的信号，用于模拟跟踪、数传双通道下传收的左/右旋圆极化接收过程；
X频段遥控信号功放器：接收遥控上变频器的信号经过耦合器的信号用于模拟遥控小环自检的射频耦合信号的放大过程；
收/发天线X频段：用于模拟地面站的接收天线和发射天线的工作过程；
下行通道低噪声放大器：接收收/发天线X频段信号经过X频段遥控信号功放器处理后的耦合器耦合后的信号，接收用于模拟下行信道对接收天线收到的微弱信号进行抑制噪声的放大过程；
二功分器：接收两路下行通道低噪声放大器的信号，用于模拟下行接收通道的信号经过二功分器衰减后信号功率变化情况；
遥测70MHz中频信号：接收二功分器分出来的一路信号，用于模拟典型的下行遥测接收信号输入下变频器，经过混频、放大后输出中频信号的过程；
数传中频信号：接收二功分器分出来的另一路信号，用于模拟下行数传接收信号输入下变频器，经过X频段射频下变频为中频信号的混频、放大后输出中频信号的过程。
具体地说，所述卫星地面测控数传站工作过程如下：
卫星地面测控数传站天线接收星载设备发射的X频段射频模拟信号，信号依次经过低噪声放大器、功分器、测控与数传共用接收通道的下变频、形成遥测70MHz中频信号、数传中频信号，在解调器31中进行解调，形成数传、跟踪、遥测、测距、测速信号。
具体地说，所述星务模拟数据包括辅助数据和图像数据，所述辅助数据包括两大部分，一部分是服务分系统辅助数据，另一部分是相机分系统辅助数据；服务分系统辅助数据由星务分系统转发给相机分系统，用于表征成像时刻卫星状态，包括卫星时间、姿态数据、轨道数据以及与图像质量相关的BAPTA转速、数传状态、数据记录状态信息；相机分系统辅助数据用于表征成像时刻相机的状态，包括相机成像时刻、增益状态、积分级数、相机实际执行的积分时间代码情况信息。
具体地说，所述数据编排格式在一个行周期内，图像数据每路传输48字节辅助数据和6144像元图像数据；辅助数据有效位数为8，图像数据有效位数为14；其中，辅助数据先于图像数据输出，图像数据像元输出排列如下
Figure SMS_2
一个辅助数据格式内48字节内容编排如下：
第0字节为行数据头标识字，每个通道每行都固定不变；
第1字节为相机片号标识；
第2~5字节为行号标识；
第6字节为帧计数，在00H~07H之间循环；
第7~10字节为内部时间计数值；
第11~31字节按下面的格式要求进行编排；
第32~47字节填充暗像元数据。
本发明的有益效果在于：本申请从商用LEO卫星星地直传测控数传通道全链路一体化建设顶层设计高度出发，统一规划测控数传链路架构、数据格式、指标体系与接口类型。
附图说明
图1为仿真测试系统硬件图；
图2为星载数传通道模块的结构图；
图3为辅助数据与图像数据的结构图；
图4为星载测控通道模块的结构图；
图5为卫星地面测控数传站的结构图；
图6为图像数据传输流结构图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括交换机300、通过双绞网线RJ45与交换机300实现接口通信的LabVIEWServer服务器100、资源服务器200、2台Web浏览终端400，用于模拟星载一体化测控数传终端与卫星地面测控数传站。软件部分包括Windows Server 2012 R2、NI LabVIEW2021软件，终端的Windows 10与NI LabVIEW 2021软件。
所述LabVIEWServer服务器用于星载一体化测控数传终端和卫星地面测控数传站的测控数传传输全链路的创建，设备组件、测控体制的选型等。
所述资源服务器200用于星载测控数传链路参数、遥测数字模拟源、遥控数字模拟源的指标存储；卫星地面测控数传站遥测遥控通道、测距与测速通道组件参数，遥控指令码等各类参数数据的存储、编辑与调用。
所述终端配置2台互为冷备份使用，主要用于用户远程登录LabVIEWServer服务器进行任务场景计算需求提交；远程监视各部件参数、状态信息以及故障报警指示信息；提交参数修改需求，保存各重要的仿真信息。
交换机300采用16口类型，用于服务器、终端之间的数据交换服务。
所述星载一体化测控数传仿真终端用于模拟商用卫星上载荷、测控组合输出数据的收集、压缩、格式重编、SQPSK调制、双传输通道调制逻辑控制、干扰模拟、固放放大、天线发射的数传过程；遥控指令的上传接收、下变频、模数转换、数字PSK解调形成控制指令，测距信息的形成与算法；遥测下行敏感信息采编、测控信息的合成、调制、放大（固态）、功分与发射。
所述卫星地面测控数传站用于下行数传载波的接收、功分、射频采集、数字下变频为中频、解扰码、综合基带信号生成、中频矩阵开关通路选择、码速率数据流数字解调方式可选、数据磁盘阵列存贮与对外传输；上行遥控指令的地面加载、调制、上变频、放大及不同大气空间的上传过程；下行遥测已调载波信号与数传下行载波以不用的通道接收，信号从功分器输出后，经过采集、下变频为中频信号、综合基带信号生成、中频矩阵开关通路选择、数字解调、数据存贮与传输。
所述星载一体化测控数传仿真终端包括星载数传通道模块、星载测控通道模块，具体如下：
星载数传通道模块
启动星载数传通道模块工作的步骤为：
启动系统，运行LabVIEWServer服务器100上的LabVIEW 软件，运行DataTransfer.vi任务场景程序；从Web浏览终端400上访问地址栏输入自建的局域网网址“http://192.168.1.1/.monitor DataTransfer”访问服务器的程序，“.monitor”表示网页动态刷新前面板数据。
如图2所示，星载数传通道模块包括
数据处理器14，用于处理星务数据11、经过数据压缩器3A压缩后的遥测数据12、数据固存器3B中的数据，并且数据处理器14将处理后的数据返回到数据固存器3B中；
具体地说，星务数据11包括两大部分，一部分是服务分系统辅助数据，另一部分是相机分系统辅助数据，服务分系统辅助数据由星务分系统转发给相机分系统，主要用于表征成像时刻卫星状态，主要包括卫星时间、姿态数据、轨道数据以及与图像质量相关的控制系统图像质量驱动转速、数传状态、数据记录状态等信息。相机分系统辅助数据主要用于表征成像时刻相机的状态，包括相机成像时刻、增益状态、积分级数、相机实际执行的积分时间代码情况
信息。数据结构为行（字节）*列（字节）：8*48。数据存储在资源服务器200的数据文件中。图2中的实线表示主数据、虚线表示备份数据。通过UDP协议和双绞线与LabVIEWServer服务器100通信。遥测数据为相机分系统数据。用于模拟卫星上的相机A与相机B的全色/多光谱遥测数据，数据结构为行（字节）*列（字节）：8*6144。所述星务模拟数据和遥测数据组成数据结构，从左至右编排为辅助数据（含1ACFFC1D同步字）、图像数据，数据结构为行（字节）*列（字节）：8*6192。模拟数据以文件形式存储在资源服务器200中。通过UDP协议和双绞线与LabVIEWServer服务器100通信。辅助数据与图形数据的结构见下图3所示。数据压缩器3A用于对相机的数据流按3:1比例压缩或无损压缩过程模拟，数据输入输出形态二进制数字流。固态存储器3B用于对相机的数据流进行固态存储过程模拟，数据格式为十六进制文件数据。
对地通道调制单元15，主要用于对数据处理器14输出的AOS格式的数据流做PCM-QPSK调制模拟，输出波形为已调正弦波，经开关矩阵单元6控制输出给对应的不同通道,AOS格式为一种卫星接口数据格式,包括A1调制器、1B调制器、A2调制器、B2调制器，数据处理器14传输到所述调制单元15的A1调制器、1B调制器中，数据处理器14将对应的数据传输到所述调制单元15的A2调制器、B2调制器中;
带通滤波器16，用于模拟调制后的射频信号的带通滤波；通带按照有关研制文档要求选取。输出波形为1A/1B、2A/2B的各种已调正弦波；
固放17，包括三个且分别与开关的三路输出端对应连接；用于模拟调制后的射频信号放大的过程。通过UDP协议通信，放大倍数取25dB，输出波形为已调正弦波；
滤波器18，包括三个且分别与三个固放的输出端对应连接；用于模拟射频信号的滤波和输出。输出波形为已调正弦波；
波导开关19，包括三个，第二个滤波器与第一个波导开关连接，第一波导开关输出两路分别与第二个波导开关和第三个波导开关的输入端连接，第二个波导开关和第三个波导开关的另一输入端分别对应与第一个滤波器和第三个滤波器的输出端连接；用于模拟射频信号的选路发射。输出波形为已调正弦信号。
天线110，包括两路，一路天线将第二个波导开关和三个波导开关中接收第一个滤波器与第三个滤波器数据传输出去，另一路开关将第二个波导开关和三个波导开关中接收第二个滤波器的数据传输出去。用放大器等效天线增益，增益≥15dBi，模拟卫星发射天线的增益。输出波形为已调正弦波。
星载数传通道模块工作过程如下：
星载星务数据11和载荷遥测数据12，用模拟数据文件替代，以二进制数据流发出，依次经过数据压缩3A、固态存储器3B、数据处理器14、对地通道调制单元15形成已调载波，然后经过带通滤波器16的1\2带通滤波器和矩阵开关、固放17放大和通带滤波器18的带通滤波，然后经波导开关19通道选择向外发射出去，发射天线采用一对正交的左右旋极天线110向外发射数传射频信号。
星载测控通道模块
启动星载测控通道模块工作的步骤为：
启动服务器、终端设备，运行LabVIEWServer服务器100上的LabVIEW 软件，运行TemteryandControl.vi任务场景程序。从Web浏览终端400上访问地址栏输入“http://192.168.1.1/.monitor TemteryandControl”访问服务器的程序。
如图4所示，星载测控通道模块包括
遥控接收天线21：用于模拟X频段星载遥控接收天线，增益为-2dBi@±65°，用放大器倍数等效天线增益；组件输入口为PCM-PSK-PM的已调载波数据文件；数据来源于地面站模拟生成的遥控发射的射频波形数据，与卫星地面测控数传站的通信协议为UDP协议。
低噪声放大器22：接收遥控接收天线21信号，用于模拟遥控接收通道的低噪声放大器，放大系数取25dB，组件输出信号为低噪声的已调放大载波信号。
滤波器23：接收低噪声放大器22信号，用于模拟窄带滤波器，中心频率为f0，射频带宽：1dB带宽不大于375MHz（单通道），3dB带宽不大于400MHz（单通道）。
下变频器24：接收滤波器23信号，用于模拟射频信号下变为中频信号，组件输出为70MHzU/C中频已调载波。
频综器25：与下变频24信号交互，用于模拟频综，为遥控通道的下变频器本振和遥测提供单载波信号。输出口为X频段的82XXMHz的单载波的正弦波信号。
滤波放大器26：接收下变频器24信号，用于模拟遥控中频信号的滤波与放大过程。输出波形为已调中频载波。放大倍数为30dB~35dB。
A/D转换27：接收滤波放大器26信号，用于模拟将遥控的中频模拟信号变换为数字信号，采用16通道，量化等级为8比特。
星载捕获跟踪回路28：接收A/D转换27转换信号，用于模拟星载接收机对地面发射的捕获信号的扫描跟踪与锁定过程。
多普勒频率计算模块29：用于模拟信标信号中的多普勒信号解算原理，公式为
Figure SMS_3
其中fd：低轨卫星相对于地面站运动时产生的多普勒频率，单位与f0（MHz）一致。c电磁波传播速度，vr：卫星相对于地面站运动的速度，不低于7.3km/s，根据卫星遥测实际速度的最大值确定fd的范围。f0：地面站向卫星发射的PN测距信号。支持卫星扩频TT&C测距体制及测速精度要求，其多普勒频率及其变化范围控制在以下范围内：多普勒范围±600kHz、多普勒变化率±15Hz/s（采样率20Hz，C/N0=50dBHz、伪码速率5Mchip/s、信息速率2kbit/s)；多普勒范围±90kHz、多普勒变化率±5Hz/s（采样率2Hz，C/N0=50dBHz、伪码速率5Mchip/s、信息速率2kbit/s）。
测距210：接收多普勒频率计算模块29信号，用于模拟卫星星载测距工作过程。
信标调制211：接收星载捕获跟踪回路28信号，模拟星载信标式测角、测速电路的工作过程。
解调器212：接收上行的回路28信号，用于模拟遥控的PM解调过程，信号由70MHz的中频信号解调出带有遥控指令的载波信号。
指令形成器213：接收解调器212信号，用于模拟遥控指令的译码过程，指令采取3判1决策。
执行机构214：接收指令形成器213的信号，用于模拟遥控指令控制姿轨控发动机燃料回路的电磁阀电压开关的过程。
数字处理单元217：接收用于模拟遥控指令执行机构214反馈的模拟信号的处理过程。该信号由模拟状态经过A/D转换电路，变换成数字信号，为送入遥测采编器做准备。
遥测参数218：模拟卫星上的压力、温度、振动常规参数的原始状态特征信息。数据以文件的形态存储在资源服务器200内。下表1为遥测包帧长格式，表2为包主导头与数据域结构。表1如下：
Figure SMS_4
表2如下：
Figure SMS_5
电压适配器/电压调节器219：接收遥测参数218的信号，用于模拟遥测传感器、数字处理单元输出的非标准+5V的参数电压的标准化过程。电压适配器是将传感器输出的非电量信息电压化处理，为信号的数字化做准备的装置；电压调节器是将参数的测量值与给定值进行比较，得出偏差后根据一定的调节规律产生输出信号推动负反馈消除误差电路，使该参数的输出值保持在给定值或者按照预定的规律变化的控制器。
遥测编码与副载波调制220：接收数字处理单元217和电压适配器/电压调节器219信号，用于模拟卫星遥测参数、数字处理单元输出信息的数字化编码过程，形成一系列二进制的数字流。
测控信号合成器221：获取测距210、信标调制211、遥测编码与副载波调制220信号，用于模拟测距、测速与遥测各路副载波信息汇总一起，输出的信号形式为多路副载波耦合形态。
副载波调制器222：接收测控信号合成器221和频综器25的信号，用于模拟多路副载波强信号调制频综输出的单载波形成PM的已调载波过程。
放大器223：接收副载波调制器222信号，用于模拟真实的遥测发射机，输出功率取2W。
功分器224：接收放大器223信号，用于模拟2W遥测射频信号经过真实的功分后，每个输出口功率电平为-1dBW（含1dB的插损）。
发射天线225：接收功分器224的信号，用放大器等效遥测发射天线增益，增益为-2dBi@±65°。产品接口类型SMA。仿真用UDP协议实现数据的传输。
图中星上数传组合215和电源216为星载测控通道模块的外部结构，所述星上数传组合215为星载数传通道模块，负责星上载荷数据和其他辅助信息的编码、组帧、调制、传输；电源216，为星载测控通道模块整体供电。
卫星地面测控数传站
卫星地面测控数传站工作步骤为：
启动服务器、终端设备，运行LabVIEWServer服务器100上的NI LabVIEW 2021软件，运行StationTTC.vi任务场景程序。从Web浏览终端400上访问地址栏输入“http://192.168.1.1/.monitor StationTTC”访问服务器的程序。
如图5所示，卫星地面测控数传站包括
调制/解调器31：用于模拟遥测与数传通道接收数据的解调过程，遥控指令的调制和样本数据生成过程。
遥测/数传/跟踪组合32：用于模拟解调后的遥测数据32-1、数传数据32-2和跟踪角误差32-3视频信息的曲线显示、二进制文件记录样式。
中频矩阵开关33：与调制/解调器31和遥测/数传/跟踪组合32连接，用于模拟实物中频矩阵开关的12-1、12-2、13-1、13-2以及4-1、4-2通道互相冗余备份能力。设置故障通道，用其他备份通道进行工作。
遥控70MHz中频信号34：与中频矩阵开关33连接，用于模拟遥控中频基带的中频信号上变频X频段射频的过程。
遥控上变频器38：接收遥控70MHz中频信号34，用于模拟X频段遥控信号由中频经过与本振混频，形成X频段射频信号，输出信号的频率为X频段。输入信号的频率为70MHz的中频信号。
耦合器36：用于模拟遥控射频信号经过1/10 的耦合过程。耦合器用衰减器等效法模拟。输出信号的功率电平比输入的信号功率电平低10dB。
极化控制开关37：接收遥控上变频器38的信号经过耦合器36的信号，用于模拟跟踪、数传双通道下传收的左/右旋圆极化接收过程。极化类型在线极化/左旋圆极化/右旋圆极化之间可选，验证接收信号的变化情况。
X频段遥控信号功放器35：接收遥控上变频器38的信号经过耦合器36的信号用于模拟遥控小环自检的射频耦合信号的放大过程。X频段遥控信号功放器35的饱和输出功率参数设计为25dBW，当用户选用多载波调制方式时，为了使放大器工作于线性段，就可以设置输出功率回退量（具体数值按有关公式计算）。输出信号为X频段射频已调载波。
收/发天线X频段313：用于模拟地面站的接收天线和发射天线的工作过程。包括和差信号方向图、波束宽度、差波束零深指标计算。
X频段上行： EIRP≥69.5+20lg(f/f0)dBW，f0=82XXMHz；
EIRP为有效全向辐射功率；
X频段接收G/T：≥30.5+20log(f/f0)dB/K( f0=82XXMHz)。
X频段接收G/T表征天线品质因数。
下行通道低噪声放大器39：接收收/发天线X频段313信号经过X频段遥控信号功放器35处理后的耦合器36耦合后的信号，接收用于模拟下行信道对接收天线收到的微弱信号进行抑制噪声的放大过程。放大倍数选25dB。
二功分器310：接收两路下行通道低噪声放大器39的信号，用于模拟下行接收通道的信号经过二功分器衰减后信号功率变化情况。若输入信号功率为0dBW，两个端口输出信号功率电平为-4dBW，包括1dB的插损。
遥测70MHz中频信号311：接收二功分器310分出来的一路信号，用于模拟典型的下行遥测接收信号输入下变频器，经过混频、放大后输出为70MHz中频信号的过程。
数传中频信号312：接收二功分器310分出来的另一路信号，用于模拟典型的下行数传接收信号输入下变频器，频率为1.2GHz，经过X频段射频下变频为中频信号的混频、放大后输出为70MHz中频信号的过程。
所述卫星地面测控数传站工作过程如下：
卫星地面测控数传站天线313接收星载设备发射的X频段射频模拟信号，信号依次经过低噪声放大器39、功分器310、测控与数传共用接收通道的下变频、形成形成遥测70MHz中频信号311、数传中频信号312，在解调器31中进行解调，形成数传、跟踪、遥测、测距、测速信号。遥控指令的模拟数据存储在资源服务器200内，供仿真过程调用。
卫星的数据有辅助数据和图像数据。辅助数据包括两大部分，一部分是服务分系统辅助数据，另一部分是相机分系统辅助数据。星务分系统是星上的星务计算机及其配套分系统，为实体卫星系统上，负责调度其它分系统工作，能够管理星载数传通道的工作。仿真的数据格式是星务分系统转发给相机分系统后组帧好的数据结构，相机分系统指可见光和多光谱相机组成的载荷分系统。服务分系统辅助数据由星务分系统转发给相机分系统，主要用于表征成像时刻卫星状态，主要包括卫星时间、姿态数据、轨道数据以及与图像质量相关的BAPTA转速、数传状态、数据记录状态信息。相机分系统辅助数据主要用于表征成像时刻相机的状态，包括相机成像时刻、增益状态、积分级数、相机实际执行的积分时间代码情况信息。
卫星的图像数据为卫星真实产生数据，为用户的数据资产数据编排格式。
在一个行周期内，图像数据每路传输48字节辅助数据（占用48个像元位置）和6144像元图像数据。辅助数据有效位数为8，图像数据有效位数为14（数传取高10bit进行下传即可）。其中，辅助数据先于图像数据输出，图像数据像元输出排列如下表3所示：
表3 图像数据传输流结构如下：
Figure SMS_6
一个辅助数据格式内48字节内容编排如下：
第0字节为行数据头标识字，每个通道每行都固定不变；
第1字节为相机片号标识；
第2~5字节为行号标识；
第6字节为帧计数，在00H~07H之间循环；
第7~10字节为内部时间计数值；
第11~31字节按下面的格式要求进行编排；
第32~47字节填充暗像元数据。
数传图像数据为某一卫星拍照并下传的真实原码数据，数据虽然有扰码加密措施，但对加扰算法实施专利保护，避免数字资产的损失，加扰算法工作流程如图6所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统，其特征在于，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括交换机（300）、与交换机（300）实现接口通信的LabVIEWServer服务器（100）、资源服务器（200）、2台Web浏览终端（400）；
所述LabVIEWServer服务器（100）用于星载一体化测控数传终端和卫星地面测控数传站的测控数传传输全链路的创建，设备组件、测控体制的设置；
资源服务器（200）用于星载测控数传链路参数、遥测数字模拟源、遥控数字模拟源的指标存储；卫星地面测控数传站的遥测通道、测距、测速通道组件参数；遥控指令码、数字功放的各类参数数据的存储、编辑与调用；
Web浏览终端（400）配置2台互为冷备份使用，用于用户远程登录LabVIEWServer服务器（100）进行任务场景计算需求提交；远程监视各部件参数、状态信息以及故障报警指示信息；提交参数修改需求，保存各重要的仿真信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统，其特征在于，所述星载一体化测控数传终端包括星载数传通道模块；星载数传通道模块包括：
数据处理器（14），用于处理星务模拟数据（11）、经过数据压缩器3A压缩后的遥测数据（12）、数据固存器3B中的数据，并且数据处理器（14）将处理后的数据返回到数据固存器3B中；
对地通道调制单元（15），用于对数据处理器（14）输出的AOS格式的数据流做PCM-QPSK调制模拟，输出波形为已调正弦波经输入组合（16）的开关矩阵单元控制输出给对应的不同通道;
组合（16），用于模拟调制后的射频信号的带通滤波；通带按照有关研制文档要求选取，输出波形为1A/1B调制器、2A/2B调制器调制的各种已调正弦波；
固放（17），包括三个且分别与开关矩阵（16）的三路输出端对应连接；用于模拟调制后的射频信号放大的过程；
滤波器（18），包括三个且分别与三个固放的输出端对应连接；用于模拟射频信号的滤波和输出；
波导开关（19），共三个，第二个滤波器与第一个波导开关连接，第一波导开关输出两路分别与第二个波导开关和第三个波导开关的输入端连接，第二个波导开关和第三个波导开关的另一输入端分别对应于第一个滤波器和第三个滤波器的输出端连接；用于模拟射频信号的选路发射；
天线（110），包括两路，一路天线将第二个波导开关和三个波导开关合成数据传输出去，另一路开关将第二个波导开关和三个波导开关合成的数据传输出去。
3.根据权利要求2所述的一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统，其特征在于，星载数传通道模块工作过程如下：
星载星务数据（11）和载荷的遥测数据（12），用模拟数据文件替代，以二进制数据流发出，依次经过数据压缩3A、固态存储器3B、数据处理器14、对地通道调制单元（15）形成已调载波，然后经过组合16的带通滤波器的1/2带通滤波器和矩阵开关、固放（17）放大和通带滤波器（18）的滤波，再经微波开关通道选择向外发射出去，发射天线采用一对正交的左右旋圆极天线（110）向外发射数传射频信号。
4.根据权利要求2所述的一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统，其特征在于，所述星载一体化测控数传终端包括星载测控通道模块；所述星载测控通道模块包括：
遥控接收天线（21），用于模拟X频段星载遥控接收天线，用放大器倍数等效天线增益；数据来源于地面站模拟生成的遥控发射的射频指令、注入数据；
低噪声放大器（22），接收遥控接收天线（21）信号，用于模拟遥控接收通道的低噪声放大器；
滤波器（23），接收低噪声放大器（22）信号，用于模拟窄带滤波器，中心频率为f0；
下变频器（24），接收滤波器（23）信号，用于模拟射频信号下变为中频信号；
频综器（25）：与下变频（24）信号交互，用于模拟频综，为遥控通道的下变频器本振和遥测提供单载波信号；
滤波放大器（26）：接收下变频器（24）信号，用于模拟遥控中频信号的滤波与放大过程；
A/D转换（27）：接收滤波放大器（26）信号，用于模拟将遥控的中频模拟信号变换为数字信号；
星载捕获跟踪回路（28）：接收A/D转换（27）转换信号，用于模拟星载接收机对地面发射的捕获信号的扫描跟踪与锁定过程；
多普勒频率计算模块（29）：用于模拟测距信号中的多普勒信号解算原理，公式为
Figure QLYQS_1
其中fd：低轨卫星相对于地面站运动时产生的多普勒频率；c电磁波传播速度，vr：卫星相对于地面站运动的速度，根据卫星遥测实际速度的最大值确定fd的范围，f0：地面站向卫星发射的PN伪码测距信号；
测距（210）：接收多普勒频率计算模块（29）信号，用于模拟卫星星载测距工作过程；
信标调制（211）：接收星载捕获跟踪回路（28）信号，模拟星载信标式电路的工作过程；
解调器（212）：接收上行的回路（28）信号，用于模拟遥控的PM解调过程，信号由中频信号解调出带有遥控指令的载波信号；
指令形成器（213）：接收解调器（212）信号，用于模拟遥控指令的译码过程，指令采取3判1决策；
执行机构（214）：接收指令形成器（213）的信号，用于模拟遥控指令控制姿轨控发动机燃料回路的电磁阀电压开关的过程；
数字处理单元（217）：接收用于模拟遥控指令执行机构（214）反馈的模拟信号的处理过程，模拟信号由模拟状态经过A/D转换电路，变换成数字信号，为送入遥测采编器做准备；
遥测参数（218）：模拟卫星上的压力、温度、振动常规参数的原始状态特征信息；
电压适配器/电压调节器（219）：接收遥测参数（218）的信号，用于模拟遥测传感器、数字处理单元输出的非标准+5V的参数电压的标准化过程；
遥测编码与副载波调制（220）：接收数字处理单元（217）和电压适配器/电压调节器（219）信号，用于模拟卫星遥测参数、数字处理单元输出信息的数字化编码过程，形成一系列二进制的数字流；
测控信号合成器（221）：获取测距（210）、信标调制（211）、遥测编码与副载波调制（220）信号，用于模拟测距、测速与遥测各路副载波信息汇总一起；
副载波调制器（222）：接收测控信号合成器（211）和频综器（25）的信号，用于模拟多路副载波强信号调制频综输出的单载波形成PM的已调载波过程；
放大器（223）：接收副载波调制器（222）信号，用于模拟真实的遥测发射机；
功分器（224）：接收放大器（223）信号，用于模拟2W遥测射频信号经过真实的功分；
发射天线（225）：接收功分器（224）的信号，用放大器等效遥测发射天线增益。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统，其特征在于，所述卫星地面测控数传站包括：
调制/解调器（31）：用于模拟遥测与数传通道接收数据的解调过程，遥控指令的调制和样本数据生成过程；
遥测/数传/跟踪组合（32）：用于模拟解调后的遥测数据（32-1）、数传数据（32-2）和跟踪角误差（32-3）视频信息的曲线显示、二进制文件记录样式；
中频矩阵开关（33）：与调制/解调器（31）和遥测/数传/跟踪组合（32）连接；
遥控70MHz中频信号（34）：与中频矩阵开关（33）连接，用于模拟遥控中频基带的中频信号上变频X频段射频的过程；
遥控上变频器（38）：接收遥控70MHz中频信号34，用于模拟X频段遥控信号由中频经过与本振混频，形成X频段射频信号；
耦合器（36）：用于模拟遥控射频信号经过1/10 的耦合过程；耦合器用衰减器等效法模拟；
极化控制开关（37）：接收遥控上变频器（38）的信号经过耦合器（36）的信号，用于模拟跟踪、数传双通道下传收的左/右旋圆极化接收过程；
X频段遥控信号功放器（35）：接收遥控上变频器（38）的信号经过耦合器（36）的信号用于模拟遥控小环自检的射频耦合信号的放大过程；
收/发天线X频段（313）：用于模拟地面站的接收天线和发射天线的工作过程；
下行通道低噪声放大器（39）：接收收/发天线X频段（313）信号经过X频段遥控信号功放器（35）处理后的耦合器（36）耦合后的信号，接收用于模拟下行信道对接收天线收到的微弱信号进行抑制噪声的放大过程；
二功分器（310）：接收两路下行通道低噪声放大器（39）的信号，用于模拟下行接收通道的信号经过二功分器衰减后信号功率变化情况；
遥测70MHz中频信号（311）：接收二功分器（310）分出来的一路信号，用于模拟典型的下行遥测接收信号输入下变频器，经过混频、放大后输出中频信号的过程；
数传中频信号（312）：接收二功分器（310）分出来的另一路信号，用于模拟下行数传接收信号输入下变频器，经过X频段射频下变频为中频信号的混频、放大后输出中频信号的过程。
6.根据权利要求5所述的一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统，其特征在于，所述卫星地面测控数传站工作过程如下：
卫星地面测控数传站天线（313）接收星载设备发射的X频段射频模拟信号，信号依次经过低噪声放大器（39）、功分器（310）、测控与数传共用接收通道的下变频、形成遥测70MHz中频信号（311）、数传中频信号（312），在解调器31中进行解调，形成数传、跟踪、遥测、测距、测速信号。
7.根据权利要求2所述的一种基于LabView的卫星测控设备仿真测试系统，其特征在于，所述星务模拟数据（11）包括辅助数据和图像数据，所述辅助数据包括两大部分，一部分是服务分系统辅助数据，另一部分是相机分系统辅助数据；服务分系统辅助数据由星务分系统转发给相机分系统，用于表征成像时刻卫星状态，包括卫星时间、姿态数据、轨道数据以及与图像质量相关的BAPTA转速、数传状态、数据记录状态信息；相机分系统辅助数据用于表征成像时刻相机的状态，包括相机成像时刻、增益状态、积分级数、相机实际执行的积分时间代码情况信息。
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