CN116318342B - 低轨卫星信号监测方法以及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明的低轨卫星信号监测方法以及设备，其中，监测方法包括：建立载波底数据库；进行载波检测，将采集到数据的频率与载波底数据库的数据进行比对。本发明的低轨卫星信号监测设备，包括处理器以及存储器，所述处理器用于执行存储在存储器中的以下程序模块：计算模块；处理模块，用于进行载波检测，进行解调，信道译码，并对译码后的数据进行分析比对，确定是否符合特定信号的突发帧结构，如果符合，将相关数据保存。本发明的技术方案可以对卫星平台信号的监测，获得目标平台信号的各种信息，实现对各类低轨卫星信号的实时监测，满足用户对低轨卫星信号的监测识别需求。
Description
技术领域
本发明涉及信息连接装置，特别是涉及一种低轨卫星信号监测方法以及设备。
背景技术
随着卫星通信技术的发展，大量中低轨道卫星星座系统得到实际应用，特别是以OneWeb、StarLink为代表的新兴低轨(LEO)卫星通信星座迅猛发展，建立了覆盖全球的卫星通信网络，可向全球提供高速卫星互联网接入服务，为用户提供了通过卫星实现各类信息传递的便利手段。
低轨卫星不同于同步轨道静止卫星，在地面某一监测点来看，卫星是快速运动的，地面观察点接收天线需要跟随卫星的运动轨迹而转动，从而保持卫星信号的实时接收。在此过程中，卫星的运动轨迹内空中各种信号与卫星信号一起均被天线接收，不易分离出卫星信号。
另外，低轨卫星相对于传统的同步轨道卫星而言，在某一监测区域，卫星可视时间很短。低轨卫星轨道的高度一般在几百公司到一千公里之间，根据星座轨道高度的不同每颗卫星的过顶时间持续仅几分钟到十几分钟，在这么短的时间内，传统的卫星信号监测设备无法实现对低轨卫星信号的监测识别，这为用户实施低轨卫星信号监测带来了极大困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种低轨卫星信号监测方法以及设备。
本发明的低轨卫星信号监测方法，包括：
计算卫星到达监测点上空并能够接收到该卫星转发信号的时间T0以及该卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1；
背景信号监测分析入库，建立载波底数据库；
在时间T0到达后，进行载波检测，将采集到数据的频率与载波底数据库的数据进行比对，判断是否为新增信号，如果是新增信号，判断是否符合特定信号的调制参数，如果符合，进行解调，再对解调后的数据进行信道编码方式的识别，判断是否符合特定信号的信道编码特征，如果符合，完成信道译码，并对译码后的数据进行分析比对，确定是否符合特定信号的突发帧结构，如果符合，将相关数据保存；
在时间T1到达后，结束监测。
本发明的低轨卫星信号监测方法，其中，背景信号监测分析入库，建立载波底数据库包括：在时间T0之前，在卫星运行轨迹范围内进行信号扫描采集，多次对卫星通信频段内的信号进行持续监测，建立该频段内的载波底数库，用于数据的检索和比对。
本发明的低轨卫星信号监测方法，其中，背景信号监测分析入库，建立载波底数据库还包括：对于接收到的信号数据，通过基于时频特征的信号检测与识别算法，完成载波的捕获，实现突发信号的载波频率、带宽和信噪比的测量检测与参数估计；同时对信号的调制方式、调制速率进行测量，实现信号的软件解调，实现信道编码方式的盲识别和信道快速译码，实现信源内容的分析；同时将各项结果存入数据库。
本发明的低轨卫星信号监测方法，其中，计算卫星到达监测点上空并能够接收到该卫星转发信号的时间T0以及该卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1包括：得到所述卫星的运行轨道根数，计算生成所述卫星最近一天的轨道星历文件，生成卫星到达监测点上空并能够接收到所述卫星转发信号的时间T0以及所述卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1。
本发明的低轨卫星信号监测设备，包括处理器以及存储器，存储器用于存储对卫星运行轨迹不同区域进行背景信号监测分析获得的载波底数据，所述处理器用于执行存储在存储器中的以下程序模块：
计算模块，用于计算卫星到达监测点上空并能够接收到该卫星转发信号的时间T0以及该卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1；
处理模块，用于在时间T0到达后，进行载波检测，将采集到数据的频率与载波底数据库的数据进行比对，判断是否为新增信号，如果是新增信号，判断是否符合特定信号的调制参数，如果符合，进行解调，再对解调后的数据进行信道编码方式的识别，判断是否符合特定信号的信道编码特征，如果符合，完成信道译码，并对译码后的数据进行分析比对，确定是否符合特定信号的突发帧结构，如果符合，将相关数据保存。
本发明的低轨卫星信号监测设备，其中，还包括：
变频模块，用于将输入的L频段信号进行射频发大，使其变频为中频信号；
A/D采集处理模块，用于将中频信号进行模数变换，形成数字信号，并经由其FPGA进行信号处理，实现采集后数据的FFT变换和多路DDC信道化处理。
本发明的低轨卫星信号监测设备，其中，处理模块包括信号频谱显示模块、载波检测模块、信号分析处理模块、软件解调模块、编码识别与协议识别模块以及目标信号控守模块。
本发明的低轨卫星信号监测设备，其中，包括第一接收通道以及第二接收通道，所述第一接收通道包括第一变频模块、第一A/D采集处理模块、第一处理器，所述第二接收通道包括第二变频模块、第二A/D采集处理模块、第二处理器，所述第一处理器与第二处理器通过通信网络连接，所述第一变频模块、第一A/D采集处理模块、第一处理器，第二变频模块、第二A/D采集处理模块、第二处理器分别与所述存储器信号连接。
本发明的技术方案针对传统卫星信号监测设备对低轨卫星信号的监测识别不足的缺陷，提出一种低轨卫星信号监测方法，并在此基础上开发出低轨卫星信号监测设备，可以通过技术手段实现对卫星平台信号的监测，获得目标平台信号的各种信息，实现对各类低轨卫星信号的实时监测，满足用户对低轨卫星信号的监测识别需求。
附图说明
图1为本发明的低轨卫星信号监测方法的流程图；
图2为本发明的低轨卫星信号监测设备的框架结构示意图；
图3为本发明的低轨卫星信号监测设备的具体结构示意图；
图4为本发明的低轨卫星信号监测设备的信号实时监测处理的工作流程图；
图5为本发明的低轨卫星信号监测设备的实时监控处理的工作流程图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，本发明的低轨卫星信号监测方法，包括：
计算卫星到达监测点上空并能够接收到该卫星转发信号的时间T0以及该卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1；
背景信号监测分析入库，建立载波底数据库；
在时间T0到达后，进行载波检测，将采集到数据的频率与载波底数据库的数据进行比对，判断是否为新增信号，如果是新增信号，判断是否符合特定信号的调制参数，如果符合，进行解调，再对解调后的数据进行信道编码方式的识别，判断是否符合特定信号的信道编码特征，如果符合，完成信道译码，并对译码后的数据进行分析比对，确定是否符合特定信号的突发帧结构，如果符合，将相关数据保存；
在时间T1到达后，结束监测。
本发明的低轨卫星信号监测方法，其中，背景信号监测分析入库，建立载波底数据库包括：在时间T0之前，在卫星运行轨迹范围内进行信号扫描采集，多次对卫星通信频段内的信号进行持续监测，建立该频段内的载波底数库，用于数据的检索和比对。
本发明的低轨卫星信号监测方法，其中，背景信号监测分析入库，建立载波底数据库还包括：对于接收到的信号数据，通过基于时频特征的信号检测与识别算法，完成载波的捕获，实现突发信号的载波频率、带宽和信噪比的测量检测与参数估计；同时对信号的调制方式、调制速率进行测量，实现信号的软件解调，实现信道编码方式的盲识别和信道快速译码，实现信源内容的分析；同时将各项结果存入数据库。
本发明的低轨卫星信号监测方法，其中，计算卫星到达监测点上空并能够接收到该卫星转发信号的时间T0以及该卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1包括：得到所述卫星的运行轨道根数，计算生成所述卫星最近一天的轨道星历文件，生成卫星到达监测点上空并能够接收到所述卫星转发信号的时间T0以及所述卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1。
本发明的低轨卫星信号监测设备，包括处理器以及存储器，存储器用于存储对卫星运行轨迹不同区域进行背景信号监测分析获得的载波底数据，所述处理器用于执行存储在存储器中的以下程序模块：
计算模块，用于计算卫星到达监测点上空并能够接收到该卫星转发信号的时间T0以及该卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1；
处理模块，用于在时间T0到达后，进行载波检测，将采集到数据的频率与载波底数据库的数据进行比对，判断是否为新增信号，如果是新增信号，判断是否符合特定信号的调制参数，如果符合，进行解调，再对解调后的数据进行信道编码方式的识别，判断是否符合特定信号的信道编码特征，如果符合，完成信道译码，并对译码后的数据进行分析比对，确定是否符合特定信号的突发帧结构，如果符合，将相关数据保存。
本发明的低轨卫星信号监测设备，其中，还包括：
变频模块，用于将输入的L频段信号进行射频发大，使其变频为中频信号；
A/D采集处理模块，用于将中频信号进行模数变换，形成数字信号，并经由其FPGA进行信号处理，实现采集后数据的FFT变换和多路DDC信道化处理。
本发明的低轨卫星信号监测设备，其中，处理模块包括信号频谱显示模块、载波检测模块、信号分析处理模块、软件解调模块、编码识别与协议识别模块以及目标信号控守模块。
结合图4所示，本发明的低轨卫星信号监测设备，其中，包括第一接收通道以及第二接收通道，所述第一接收通道包括第一变频模块、第一A/D采集处理模块、第一处理器，所述第二接收通道包括第二变频模块、第二A/D采集处理模块、第二处理器，所述第一处理器与第二处理器通过通信网络连接，所述第一变频模块、第一A/D采集处理模块、第一处理器，第二变频模块、第二A/D采集处理模块、第二处理器分别与所述存储器信号连接。
本发明的技术方案，针对传统卫星信号监测设备无法实现对低轨卫星信号的监测识别的不足，提出一种基于双通道接收处理平台、低轨卫星信号分析识别算法的低轨移动卫星信号监测设备，实现对各类低轨卫星信号的实时监测，满足用户对低轨卫星信号的监测识别需求。
为实现对低轨卫星的信号监测，首先需得到卫星进出站时间。通过相关网站下载该卫星的运行轨道根数，预先存入数据库，执行任务时调用卫星轨道根数，再调用轨道预报两行根数算法模块，计算生成该卫星最近一天的轨道星历文件，生成该卫星全天各时间段的进站时间和出站时间，引导信号监测设备对卫星信号进行监测识别。
信号监测流程如下：
第一步：确定卫星临空时间。在实施监测任务前，通过软件算法模块计算确定需监测的卫星到达监测点上空并能够接收到该卫星转发信号的时间T0，以及该卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1；
第二步：背景信号监测分析入库，建立载波底数据库。在时间T0之前，可在卫星运行轨迹范围内进行信号扫描采集，多次对卫星通信频段内的信号进行持续监测，建立该频段内的载波底数据库，以备数据的检索和比对。对于接收到的信号数据，设备通过基于时频特征的信号检测与识别算法，完成载波的快速捕获，实现突发信号的载波频率、带宽和信噪比等参数的测量检测与参数估计，实现突发数据的采集。同时对信号的调制方式、调制速率等参数进行精确测量，实现信号的快速软件解调，实现信道编码方式的盲识别和信道快速译码，实现信源内容的分析；同时将各项结果存入数据库。
第三步：卫星信号监测。在时间T0到达后，设备再次完成载波检测，根据采集数据的频率，与数据库进行比对，判断是否为新增信号，如果是新增信号，通过对调制方式和速率等参数的测量，确定是否符合特定信号的调制参数；如果符合，正确解调，再对解调后的数据进行信道编码方式的识别，判断是否符合特定信号的信道编码特征，如果符合，完成信道译码，并对译码后的数据进行分析比对，确定是否符合特定信号的突发帧结构，如果符合，完成记录、入库；
第四步：完成本次卫星信号监测任务。在时间T1到达后，标志设备完成了一轮对该类特定信号的监测，设备进行下一个循环，对该卫星进行下一次监测流程。
本发明的低轨卫星信号监测设备由变频模块、采集处理模块、计算处理模块、低轨卫星信号监测处理软件组成，实现信号变频、A/D采集、数据存储、频谱显示、信号监测、突发检测、信号调制识别、信号解调、编码识别及译码、协议识别、目标信号控守等功能。
本发明的低轨卫星信号监测设备中两个接收通道各自独立，均可实现低轨卫星信号监测与处理，当侦测到目标信号时，各通道可实时转入控守模式，实现目标信号的控守处理。
变频模块将输入的L频段信号进行射频发大，使其变频为中频信号；
A/D采集处理模块将中频信号进行模数变换、形成数字信号，并经由其FPGA进行信号处理，实现采集后数据的FFT变换和多路DDC信道化处理；
低轨卫星信号监测处理软件完成信号频谱显示、载波检测、信号分析处理、软件解调、编码识别与协议识别、目标信号控守等功能。
计算处理模块为系统的软件承载平台，为运行低轨卫星信号监测处理软件提供支撑。
结合图5所示，本发明的低轨卫星信号监测设备信号处理流程如下：
变频模块首先完成射频信号的放大、变频，然后A/D采集芯片完成信号的中频采集，中频采集数据经由FPGA处理，实现数据的多分辨率FFT时频变换以及多路DDC功能；2个接收处理通道相互独立，均可根据用户监测任务需要对接收频率及带宽进行设置，为频谱监测提供大带宽及高效计算，在频谱监视模式下，可对宽带信号实现实时轮询监视。
FFT变换后的数据送入载波检测模块进行信号检测，并送入频谱展示模块进行显示。当载波检测模块检测到有效载波后，计算机模块可根据检测结果(中心频率、带宽、信噪比、滚降系数等)引导接收模块进行频率调整设置并完成信号采集，计算机模块启动体制/调制识别算法，对数据进行体制识别和调制识别，并根据识别结果进行解调，同时将解调结果保存入库。
本发明的低轨卫星信号监测设备采用双通道独立接收采集处理架构，每通道独立实现信号的接收、采集、处理和控守。
本发明的技术方案采用双通道接收处理技术实现双路信号的采集处理，利用专用低轨卫星信号分析识别算法及软件，实现低轨移动卫星信号检测、载波识别、调制识别、编码识别以及解调译码等操作，适应信号能力强。
系统建立载波底数据库，在对卫星信号监测前，通过对卫星运行轨迹不同区域进行背景信号监测分析，获得背景信号，将背景信号存入载波底数据库。低轨卫星出现后，设备对卫星信号进行全程监测分析，并将监测结果与底数据库中的背景信号进行比对，剔除背景信号，最终分析识别出低轨卫星信号。
本发明的技术方案的有益效果在于：
本发明的技术方案针对传统卫星信号监测设备对低轨卫星信号的监测识别不足的缺陷，提出一种低轨卫星信号监测方法，并在此基础上开发出低轨卫星信号监测设备，可以通过技术手段实现对卫星平台信号的监测，获得目标平台信号的各种信息，实现对各类低轨卫星信号的实时监测，满足用户对低轨卫星信号的监测识别需求。
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为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种低轨卫星信号监测方法，其特征在于，包括：
计算卫星到达监测点上空并能够接收到该卫星转发信号的时间T0以及该卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1；
背景信号监测分析入库，建立载波底数据库；
在时间T0到达后，进行载波检测，将采集到数据的频率与载波底数据库的数据进行比对，判断是否为新增信号，如果是新增信号，判断是否符合特定信号的调制参数，如果符合，进行解调，再对解调后的数据进行信道编码方式的识别，判断是否符合特定信号的信道编码特征，如果符合，完成信道译码，并对译码后的数据进行分析比对，确定是否符合特定信号的突发帧结构，如果符合，将相关数据保存；
在时间T1到达后，结束监测。
2.根据权利要求1所述的低轨卫星信号监测方法，其特征在于，背景信号监测分析入库，建立载波底数据库包括：在时间T0之前，在卫星运行轨迹范围内进行信号扫描采集，多次对卫星通信频段内的信号进行持续监测，建立该频段内的载波底数库，用于数据的检索和比对。
3.根据权利要求2所述的低轨卫星信号监测方法，其特征在于，背景信号监测分析入库，建立载波底数据库还包括：对于接收到的信号数据，通过基于时频特征的信号检测与识别算法，完成载波的捕获，实现突发信号的载波频率、带宽和信噪比的测量检测与参数估计；同时对信号的调制方式、调制速率进行测量，实现信号的软件解调，实现信道编码方式的盲识别和信道快速译码，实现信源内容的分析；同时将各项结果存入数据库。
4.根据权利要求3所述的低轨卫星信号监测方法，其特征在于，计算卫星到达监测点上空并能够接收到该卫星转发信号的时间T0以及该卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1包括：得到所述卫星的运行轨道根数，计算生成所述卫星最近一天的轨道星历文件，生成卫星到达监测点上空并能够接收到所述卫星转发信号的时间T0以及所述卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1。
5.一种低轨卫星信号监测设备，其特征在于，包括处理器以及存储器，存储器用于存储对卫星运行轨迹不同区域进行背景信号监测分析获得的载波底数据，所述处理器用于执行存储在存储器中的以下程序模块：
计算模块，用于计算卫星到达监测点上空并能够接收到该卫星转发信号的时间T0以及该卫星离开监测点上空不能够接收该卫星转发信号的时间T1；
处理模块，用于在时间T0到达后，进行载波检测，将采集到数据的频率与载波底数据库的数据进行比对，判断是否为新增信号，如果是新增信号，判断是否符合特定信号的调制参数，如果符合，进行解调，再对解调后的数据进行信道编码方式的识别，判断是否符合特定信号的信道编码特征，如果符合，完成信道译码，并对译码后的数据进行分析比对，确定是否符合特定信号的突发帧结构，如果符合，将相关数据保存。
6.根据权利要求5所述的低轨卫星信号监测设备，其特征在于，还包括：
变频模块，用于将输入的L频段信号进行射频放大，使其变频为中频信号；
A/D采集处理模块，用于将中频信号进行模数变换，形成数字信号，并经由其FPGA进行信号处理，实现采集后数据的FFT变换和多路DDC信道化处理。
7.根据权利要求6所述的低轨卫星信号监测设备，其特征在于，处理模块包括信号频谱显示模块、载波检测模块、信号分析处理模块、软件解调模块、编码识别与协议识别模块以及目标信号控守模块。
8.根据权利要求7所述的低轨卫星信号监测设备，其特征在于，包括第一接收通道以及第二接收通道，所述第一接收通道包括第一变频模块、第一A/D采集处理模块、第一处理器，所述第二接收通道包括第二变频模块、第二A/D采集处理模块、第二处理器，所述第一处理器与第二处理器通过通信网络连接，所述第一变频模块、第一A/D采集处理模块、第一处理器，第二变频模块、第二A/D采集处理模块、第二处理器分别与所述存储器信号连接。
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Non-Patent Citations (1)
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| 卫星通信网络信号智能监测系统;魏昕, 罗丰;现代电子技术;20060301(15);全文 * |
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| CN116318342A (zh) | 2023-06-23 |
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