CN117040583A - 一种基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法，针对预设卫星测控系统；方法包括通过平台仓对地测控天线与地面测试设备建立通信链路；通过地面测试设备发上行遥控，平台仓对地测控天线与USB应答机接收处理实现平台舱遥控测试；通过平台仓对地测控天线下传星上遥测数据，地面测试设备接收处理实现平台舱遥测测试；通过地面测试设备发上行遥控，平台仓对地测控天线与USB应答机接收处理后，传给载荷舱实现载荷舱遥控测试；将载荷舱遥测信息传输给平台舱，由平台仓对地测控天线下传载荷舱遥测数据，地面测试设备接收处理实现载荷舱遥测测试。本发明能改善微小卫星总体设计，适应动态通信环境，实现数据实时交互并提高信息传输效率。

Description

一种基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法

技术领域

本发明属于卫星测控领域，具体涉及一种基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法。

背景技术

由于分离式微小卫星采用载荷舱与平台舱可分离的构型，可胜任更加多样化的在轨任务，因而成为近年来相关领域的关注热点。

但是，解决分离式卫星两舱分离时两舱舱间通信、对地通信问题以及测试问题，尤其是如何改善微小卫星总体设计，以及在测试时如何适应动态通信环境、实现数据实时交互、提高信息传输效率等，仍是困扰业内的一些关键问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法，针对预设卫星测控系统；所述预设卫星测控系统包括分离的载荷舱部分和平台仓部分；所述载荷舱部分包括载荷舱数据处理设备、载荷舱无线通信设备和载荷舱无线通信天线；所述平台仓部分包括平台仓数据处理设备、平台仓无线通信设备、平台仓无线通信天线、USB应答机、多端口网络和平台仓对地测控天线；所述方法包括：

通过所述平台仓对地测控天线与地面测试设备建立通信链路；

完成平台舱无线测试，包括通过所述地面测试设备发上行遥控，所述平台仓对地测控天线与所述USB应答机进行接收处理来实现平台舱遥控测试；以及通过所述平台仓对地测控天线下传星上遥测数据，所述地面测试设备进行接收处理来实现平台舱遥测测试；

完成载荷舱无线测试，包括通过所述地面测试设备发上行遥控，所述平台仓对地测控天线与所述USB应答机进行接收处理后，通过两仓通信链路传输给所述载荷舱部分来实现载荷舱遥控测试；以及通过所述两仓通信链路将载荷舱遥测信息传输给所述平台舱部分，由所述平台仓对地测控天线下传载荷舱遥测数据，所述地面测试设备进行接收处理来实现载荷舱遥测测试；其中，所述两仓通信链路基于两仓的无线通信设备和无线通信天线构建；所述USB应答机为全数字化USB应答机，且对接收数据的译码处理采用基于归一化参数动态调整的动态译码方法。

在本发明的一个实施例中，所述USB应答机用于通过所述平台仓对地测控天线对地进行测控，包括平台仓上行遥控、平台仓下行遥测、载荷舱上行遥控和载荷舱下行遥测。

在本发明的一个实施例中，所述USB应答机，包括：

射频接收模块、基带模块、遥控FPGA模块、管理模块、电源模块和射频发射模块；

其中，所述射频接收模块用于：接收上行射频信号进行处理，输出上行中频信号至所述基带模块；所述基带模块用于：生成自身遥测信息给所述管理模块，并从所述上行中频信号中解调出遥控基带信息和测距音信息分别提供给所述遥控FPGA模块和所述射频发射模块，还用于接收星上遥测数据传输给所述射频发射模块；所述遥控FPGA模块用于：生成FPGA自身遥测信息并对所述遥控基带信息进行处理得到遥控数据和遥控指令，将所述遥控数据传输给预设管理系统，将所述FPGA自身遥测信息和所述遥控指令传输给所述管理模块，还用于接收所述预设管理系统传输的星上遥测数据输出给所述基带模块；所述管理模块用于：生成自身遥测信息并接收所述遥控FPGA模块和所述基带模块输出的自身遥测信息和遥控指令，并将所有遥测信息传输至所述预设管理系统处理，将所述遥控指令至少传输至所述基带模块和所述遥控FPGA模块以作为操控指令；所述电源模块用于提供各模块需要的不同电压值；所述射频发射模块用于接收所述测距音信息、所述基带模块输出的星上遥测数据，进行处理后生成下行射频信号并向地面发送。

在本发明的一个实施例中，所述基带模块基于ASIC芯片实现且包括PROM配置芯片，根据任务需求设定所述PROM配置芯片中的配置信息。

在本发明的一个实施例中，所述射频接收模块采取二次变频，其中一本振采用锁相倍频方式，二本振由提供的高稳时钟信号经分频器及锁相倍频后产生。

在本发明的一个实施例中，所述射频发射模块采取二次变频，其中一本振是晶振输出的分路信号产生，二本振为锁相倍频信号。

在本发明的一个实施例中，所述动态译码方法，包括：

对待译码信息进行数据预处理后，确定所述待译码信息对应的权重参数组、截止参数和调整参数，其中，每一权重参数组包含从首次之后各迭代序号对应的权重参数；

根据迭代序号和所述截止参数的大小关系，确定迭代序号对应的归一化参数；

根据所述迭代序号对应的归一化参数和之前迭代得到的变量节点的信息，进行校验节点和变量节点的信息更新，并计算判决节点的信息以及完成译码，得到译码数据；

在满足终止译码条件时将所述译码数据作为译码结果；否则，返回所述根据迭代序号和所述截止参数的大小关系，确定迭代序号对应的归一化参数的步骤继续迭代。

在本发明的一个实施例中，所述确定所述待译码信息对应的权重参数组、截止参数和调整参数，包括：

利用计算得到的所述待译码信息的噪声方差，得到所述待译码信息的信噪比；

在预先确定的信噪比与权重参数组、截止参数和调整参数的参数对应关系中，确定所述待译码信息的信噪比所对应的权重参数组、截止参数和调整参数。

在本发明的一个实施例中，所述参数对应关系的确定过程，包括：

针对预先设置的多个信噪比中的每个信噪比，为该信噪比获取多个样本待译码信息；其中，所述多个信噪比中相邻信噪比的步长相等；

针对该信噪比的每个样本待译码信息，利用BP译码算法和MS译码算法分别计算各迭代序号时校验节点信息矩阵中的信息原始均值和信息估计均值，并利用每一迭代序号时的信息原始均值和信息估计均值得到该样本待译码信息对应于该迭代序号的权重参数；

将该信噪比的所有样本待译码信息得到的各迭代序号的权重参数中，相同迭代序号对应的权重参数求取均值，得到该信噪比对应的权重参数组；

将该信噪比对应的权重参数组中最小权重参数对应的迭代序号，作为该信噪比对应的截止参数；

根据该信噪比对应的权重参数组、截止参数以及所述截止参数对应的信息原始均值和信息估计均值，利用调整参数确定公式，确定该信噪比对应的调整参数；

由各信噪比及对应的权重参数组、截止参数和调整参数构成所述参数对应关系。

在本发明的一个实施例中，所述根据迭代序号和所述截止参数的大小关系，确定迭代序号对应的归一化参数，包括：

迭代序号为一时，归一化参数为预定值；

迭代序号大于一且小于或等于所述截止参数时，归一化参数为所述权重参数组中该迭代序号对应的权重参数和上一迭代序号对应的归一化参数之和；

迭代序号大于所述截止参数时，归一化参数为迭代序号等于所述截止参数时的归一化参数和所述调节参数的乘积。

与现有技术相比，本发明实施例的预设卫星测控系统中，卫星的载荷舱和平台舱可以共用一套测控天线(即平台仓对地测控天线)接收地面测试设备的上行遥控信息，无需为载荷舱单独配备测控天线，因此可有效降低卫星重量，有利于微小卫星的总体设计；并且，本发明实施例提供的基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法能够实时接收载荷舱的遥测数据，处理后再通过平台舱射频无线转发至地面测试设备实现载荷舱数据星地传输，并能够利用载荷舱、平台舱之间无线星间通信信道，实现载荷舱与平台舱之间数据的实时交互，因而能够提高信息传输效率，解决两舱舱间通信、对地通信问题以及测试问题。以及，本发明实施例平台仓部分的USB应答机采用全数字化USB应答机，因而集成度较高，能够减小体积、降低重量，更适合微小卫星，且调试简单、通用性强、灵活性高。同时，本发明实施例的USB应答机在译码处理时采用基于归一化参数动态调整的动态译码方法，能够动态调整归一化参数，更好地适应动态通信环境，减小误码率、提高译码效率。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所提供的预设卫星测控系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的USB应答机的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的动态译码方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法，针对预设卫星测控系统，如图2所示，所述预设卫星测控系统包括分离的载荷舱部分和平台仓部分；所述载荷舱部分包括载荷舱数据处理设备、载荷舱无线通信设备和载荷舱无线通信天线；所述平台仓部分包括平台仓数据处理设备、平台仓无线通信设备、平台仓无线通信天线、USB应答机、多端口网络和平台仓对地测控天线；该基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法可以包括如下步骤：

S1，通过所述平台仓对地测控天线与地面测试设备建立通信链路；

S2，完成平台舱无线测试，包括通过所述地面测试设备发上行遥控，所述平台仓对地测控天线与所述USB应答机进行接收处理来实现平台舱遥控测试；以及通过所述平台仓对地测控天线下传星上遥测数据，所述地面测试设备进行接收处理来实现平台舱遥测测试；

S3，完成载荷舱无线测试，包括通过所述地面测试设备发上行遥控，所述平台仓对地测控天线与所述USB应答机进行接收处理后，通过两仓通信链路传输给所述载荷舱部分来实现载荷舱遥控测试；以及通过所述两仓通信链路将载荷舱遥测信息传输给所述平台舱部分，由所述平台仓对地测控天线下传载荷舱遥测数据，所述地面测试设备进行接收处理来实现载荷舱遥测测试；其中，所述两仓通信链路基于两仓的无线通信设备和无线通信天线构建；所述USB应答机为全数字化USB应答机，且对接收数据的译码处理采用基于归一化参数动态调整的动态译码方法。

该预设卫星测控系统是针对分离式微小卫星设计的一种卫星测控系统。为了便于理解本发明实施例方案，以下结合图2所示的该预设卫星测控系统，对本发明实施例的基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法进行具体说明。

本发明实施例的卫星被划分为平台仓和载荷舱两个分离的部分。具体的无线测试分为平台舱无线测试和载荷舱无线测试两部分。在进行测试之前，需要先搭建卫星和地面测试设备的通信链路，在S1中，该通信链路具体是通过所述平台仓对地测控天线与地面测试设备的地面测控天线进行通信实现的；其中，所述平台仓对地测控天线可以包括对地面测控天线和对天面测控天线。

两仓通信链路用于载荷舱对地测控。具体的，载荷舱无线测试通过两仓通信链路与平台仓数据处理设备进行数据传输后，再通过USB应答机和平台仓对地测控天线实现对地测控。

其中，所述USB应答机用于通过所述平台仓对地测控天线对地进行测控，包括平台仓上行遥控、平台仓下行遥测、载荷舱上行遥控和载荷舱下行遥测。

针对S2，包括平台仓上行遥控和平台仓下行遥测。

平台舱遥控测试的过程是由地面测试设备通过地面测控天线发送上行遥控信号，卫星的对地测控天线，即平台仓对地测控天线在接收到上行遥控指令后将其经多端口网络传输给USB应答机进行处理，并将处理结果再传输给平台仓数据处理设备进行计算，最后将计算结果传输给平台仓内各个单独机器；

具体的，该部分是平台仓上行遥控，具体是平台仓对地测控天线接收地面测试设备的遥控信号后传输至USB应答机，USB应答机主要对遥控信号进行解调与译码处理，形成PCM数据后传输给平台仓数据处理设备，由平台仓数据处理设备实现对平台舱各个单独机器的遥控操作。

平台舱遥测测试的过程是由平台仓内各个单独机器将数据发送给平台仓数据处理设备进行计算，再将计算结果传输给USB应答机进行处理，并将处理得到的星上遥测数据经多端口网络传输给平台仓对地测控天线向外发送，由地面测控天线接收并传输给地面测试设备。

具体的，该部分是平台舱下行遥测，具体是由平台仓数据处理设备采集平台舱各单独机器的遥测数据后，进行格式编排、加扰，之后传输给USB应答机进行编码、调制、上变频处理后通过平台仓对地测控天线发送至地面测试设备。

在完成S2后，平台舱遥测遥控链路均实现连通，之后可以执行S3步骤。

针对S3，包括载荷舱上行遥控和载荷舱下行遥测。

载荷舱遥控测试的过程是由地面测试设备通过地面测控天线发送上行遥控信号，平台仓对地测控天线在接收到上行遥控指令后将其经多端口网络传输给USB应答机进行处理，并将处理结果再传输给平台仓数据处理设备进行计算，最后将计算结果利用由平台仓无线通信设备、平台仓无线通信天线、载荷仓无线通信天线和载荷仓无线通信设备构成的两仓通信链路传输给载荷仓数据处理设备进行计算，最后将计算结果传输给载荷仓内各个单独机器；

具体的，该部分是载荷舱上行遥控，具体是先通过平台仓对地测控天线和USB应答机接收地面测试设备的遥控信息，由USB应答机进行解调与译码处理后形成PCM数据给平台仓数据处理设备进行处理，再经过平台仓无线通信设备调制后由平台仓无线通信天线传输给载荷舱，载荷仓无线通信天线接收来自平台舱的遥控信号传输给载荷仓无线通信设备进行解调，再由载荷仓数据处理设备实现对载荷舱各单独机器的遥控操作。

载荷舱遥测测试的过程是由载荷仓内各个单独机器将数据发送给载荷仓数据处理设备进行计算，再将计算得到的载荷舱遥测信息利用由载荷仓无线通信设备、载荷仓无线通信天线、平台仓无线通信天线和平台仓无线通信设备构成的两仓通信链路传输给平台仓数据处理设备进行计算，然后将计算结果传输给USB应答机进行处理，并将处理后的载荷仓遥测数据经多端口网络传输给平台仓对地测控天线向外发送，由地面测控天线接收并传输给地面测试设备。

具体的，该部分是载荷舱下行遥测，具体是由载荷仓数据处理设备采集载荷舱各单独机器的遥测数据后进行格式编排、加扰，之后通过载荷仓无线通信设备进行调制后通过载荷仓无线通信天线传输给平台仓无线通信设备，平台仓无线通信设备进行解调后形成PCM数据传给平台仓数据处理设备，再由平台仓数据处理设备处理后传输给USB应答机进行编码、调制、上变频处理后，通过平台仓对地测控天线发送至地面测试设备。

以下对本发明实施例中的USB应答机进行简要说明。

请参见图3，可选的一种实施方式中，所述USB应答机，包括：

射频接收模块、基带模块、遥控FPGA模块、管理模块、电源模块和射频发射模块；其中：

①所述射频接收模块用于：接收上行射频信号进行处理，输出上行中频信号至所述基带模块。

具体的，射频接收模块接收包括遥控信号和测距音信号在内的上行射频信号，进行滤波、低噪声放大、AD转换处理后，输出上行中频信号。

射频接收模块采用二次变频方案实现上行射频信号下变频和自动增益控制。其中，所述射频接收模块采取二次变频，其中一本振采用锁相倍频方式，即锁相倍频信号；二本振由提供的高稳时钟信号经分频器及锁相倍频后产生，其中，高稳时钟信号由基带模块提供。

②所述基带模块用于：生成自身遥测信息给所述管理模块，并从所述上行中频信号中解调出遥控基带信息和测距音信息分别提供给所述遥控FPGA模块和所述射频发射模块，还用于接收星上遥测数据传输给所述射频发射模块。

具体的，基带模块接收上行中频信号数据流完成遥控信号和测距音信号的捕获、跟踪，解调出遥控基带信息和测距音信息，并将遥控基带信息发送给遥控FPGA模块，将测距音信息发送给射频发射模块。并且，采集自身遥测信息并进行PM调制，发送给射频发送模块。基带模块还接收所述遥控FPGA模块转发的星上遥测数据将其输出至射频发射模块。

其中，所述基带模块基于ASIC芯片实现且包括PROM配置芯片，根据任务需求设定所述PROM配置芯片中的配置信息。所述配置信息包括锁频环频率控制初始字、测距音信号调制指数、星上遥测数据调制指数、锁定判决门限、位同步速率、AD转换和DA转换的时钟频率；所述锁频环频率为基带模块生成的本地中频载波频率，所述锁定判决门限为基带模块判断锁频环和锁相环是否锁定的阈值，所述位同步速率为遥控基带信息和星上遥测数据的码速率；所述AD转换和DA转换的时钟频率分别为射频接收模块和射频发射模块上的AD转换器和DA转换器的时钟频率。

③所述遥控FPGA模块用于：生成FPGA自身遥测信息并对所述遥控基带信息进行处理得到遥控数据和遥控指令，将所述遥控数据传输给预设管理系统，将所述FPGA自身遥测信息和所述遥控指令传输给所述管理模块，还用于接收所述预设管理系统传输的星上遥测数据输出给所述基带模块。

遥控FPGA模块将基带模块解调出的遥控基带信息进行处理，完成遥控指令译码、上注数据的解扰和CRC校验后输出给预设管理系统，比如星务管理系统等，同时输出自身遥测信息、遥控指令给管理模块。

④所述管理模块用于：生成自身遥测信息并接收所述遥控FPGA模块和所述基带模块输出的自身遥测信息和遥控指令，并将所有遥测信息传输至所述预设管理系统处理，将所述遥控指令至少传输至所述基带模块和所述遥控FPGA模块以作为操控指令。

具体的，管理模块完成遥控直接指令处理、应答机和自身遥测采集、接收星务间接指令及在轨自主管理功能；集成有AD、8051单片机、串口、CAN总线、OC驱动等接口。

⑤所述电源模块用于提供各模块需要的不同电压值。

电源模块完成一次电源、二次电源管理及抗浪涌电路功能。可以产生+12V、□12V、+5.2V二次电源，二次电源分别经过电源滤波处理后供USB应答机的其它模块使用。

⑥所述射频发射模块用于接收所述测距音信息、所述基带模块输出的星上遥测数据，进行处理后生成下行射频信号并向地面发送。

具体的，射频发射模块对基带模块输出的星上遥测数据进行DA转换、滤波放大、功放处理后生成下行射频信号。

具体的，射频发射模块采用二次变频方案实现下行中频信号的上变频；基带ASIC模块完成上行中频遥控信号的捕获解调、遥测信号的调制下发、测距音信号的跟踪转发等功能，输出下行调制中频信号。

其中，所述射频发射模块采取二次变频，其中一本振是晶振输出的分路信号产生，二本振为锁相倍频信号。

本发明实施例采用的全数字化USB应答机结构简单，集成度高，对小卫星的适配度较高，具体采用ASIC芯片实现全数字化基带信号处理，具有调试简单、通用性强、灵活性高的优点。并且，基带模块参数可配置，使得参数更改简单、调试方便、工程易实现。另外，遥控FPGA模块的遥控和遥测接口采用数字化格式且管理模块集成各类接口，便于集成、简化调试、减小体积、降低重量。

以下对本发明实施例采用的基于归一化参数动态调整的动态译码方法进行说明。

在USB应答机的译码方法中普遍采用LDPC译码算法，其中NMS算法是近年来被广泛使用的一种译码方法，但其使用的是固定的归一化因子，无法更好地匹配动态变化的译码系统，因此会影响译码性能，使得误码率较高，译码效率较低。

针对卫星测控领域对译码性能的高要求背景，本发明实施例针对上述问题提出了一种基于归一化参数动态调整的动态译码方法，以下简称动态译码方法。参见图4，该动态译码方法包括以下步骤。

A1，对待译码信息进行数据预处理后，确定所述待译码信息对应的权重参数组、截止参数和调整参数，其中，每一权重参数组包含从首次之后各迭代序号对应的权重参数；

本领域技术人员可以理解的是，LDPC码作为线性分组码中的一种，其发送码字是由信息码字与生成矩阵相乘得到的，生成矩阵可由校验矩阵H经过变换而得来，假设校验矩阵H的维度为m*n。而在译码环节，可以预先获取到编码所用的校验矩阵H，辅助完成译码过程。

所述待译码信息是编码后的发送码字经过信道传输，加入噪声污染后的一个序列，可以表示为Y＝[y₁,...,y_i,...y_n]，序列中y_i的数值范围为[-1,1]，序列长度为n，其中m和n均为自然数。

对待译码信息进行数据预处理可以采用BP算法的初始化方式完成，目的是对所述待译码信息的每一位数据y_i，计算出该数据对应的译码数据c_i初始为0的概率P_i(0)和初始为1的概率P_i(1)，再对两概率的比值求对数解，得到初始化序列P＝[P₁,...P_i,...P_n]，其中P_i表示初始化序列中的第i个。进而利用P_i对相应位置的变量节点进行初始赋值。

P_i的计算方法可以具体包括以下步骤：

1)，计算所述待译码信息的噪声方差。

噪声方差σ²是利用对所述待译码信息Y＝[y₁,...,y_i,...y_n]求取数值方差得到的。

2)，利用所述待译码信息中各数据与所述噪声方差的比值，分别得到对应位置的变量节点的初始信息。

将所述待译码信息Y＝[y₁,...,y_i,...y_n]中每一数据分别与所述噪声方差σ²求取比值，得到并将其作为第i个变量节点的初始信息。

本领域技术人员可以理解的是，校验矩阵H中每一行对应一校验节点，每一列对应一变量节点。因此校验节点个数为m，变量节点个数与所述待译码信息的长度n相同。为便于理解，通常基于校验矩阵H将校验节点的信息采用校验节点信息矩阵表示，将变量节点的信息采用变量节点信息矩阵表示，校验节点信息矩阵和变量节点信息矩阵与所述校验矩阵H的维度相同，通过不断更新校验节点信息矩阵和变量节点信息矩阵中的元素值进行译码迭代。

因此，得到n个变量节点的初始信息之后，可以将获得的每个变量节点的信息依次填充到所述校验矩阵H中的对应列中，具体是将H中第i列的数值1均更换为P_i，其中1≤i≤n，以得到初始的变量节点信息矩阵。

针对确定所述待译码信息对应的权重参数组、截止参数和调整参数；

其中，每一权重参数组包含从首次之后各迭代序号对应的权重参数。

可选的一种实施方式中，确定所述待译码信息对应的权重参数组、截止参数和调整参数，包括以下步骤：

(1)，利用计算得到的所述待译码信息的噪声方差，得到所述待译码信息的信噪比；

所述待译码信息的噪声方差可以在P_i的计算过程中得到。

噪声方差可以表征信噪比，两者具有一定的函数关系。可以利用现有的函数关系，通过所述噪声方差得到所述待译码信息的信噪比。比如一种现有的函数关系中，信噪比SNR与噪声方差σ²的关系为：

其中，r为信道编码码率，M为M进制调制。

(2)，在预先确定的信噪比与权重参数组、截止参数和调整参数的参数对应关系中，确定所述待译码信息的信噪比所对应的权重参数组、截止参数和调整参数。

所述参数对应关系中，每一信噪比对应一权重参数组、一截止参数和一调整参数。且每一权重参数组包含从首次之后各迭代序号对应的权重参数。

确定所述待译码信息对应的权重参数组、截止参数和调整参数，是在所述参数对应关系中，查找到与所述待译码信息的信噪比最接近的一个信噪比，继而找到对应的权重参数组、截止参数和调整参数。

其中，所述参数对应关系的确定过程，包括：

①针对预先设置的多个信噪比中的每个信噪比，为该信噪比获取多个样本待译码信息；其中，所述多个信噪比中相邻信噪比的步长相等；

由于信噪比表征的是信号与噪声的比值，可以有效衡量待译码信息的信息状况，因此，本发明实施例可以预先以一定的信噪比步长设置多个信噪比，比如信噪比步进可以为0.5、1等数值，具体可以根据译码要求确定。

获取同一信噪比的多个样本待译码信息时，这些样本待译码信息各不相同。为了简化样本待译码信息的获取难度，可以通过向信道添加不同噪声、改变信道输入信号的大小，或者改变调制方式等手段，利用少量的几种输入信号变换得到不同的样本待译码信息。

②针对该信噪比的每个样本待译码信息，利用BP译码算法和MS译码算法分别计算各迭代序号时校验节点信息矩阵中的信息原始均值和信息估计均值，并利用每一迭代序号时的信息原始均值和信息估计均值得到该样本待译码信息对应于该迭代序号的权重参数；

该步骤可以包括以下步骤：

a1，针对迭代序号为d时，利用BP译码算法计算校验节点信息矩阵中的信息原始值：

其中，2≤d≤max，max表示预设的最大迭代序号；i和j分别表示校验节点信息矩阵中的第i列和第j行，1≤i≤n，1≤j≤m；表示迭代序号为d时校验节点信息矩阵中第i列第j行的元素，为信息原始值；/>表示迭代序号为d时校验节点信息矩阵中第i列第j行的元素，为信息估计值；tanh表示双曲正切函数；∏表示连乘符号；sign()表示符号函数；min()表示求最小值；E()表示求平均；*表示乘号；/>表示迭代序号为(d-1)时变量节点信息矩阵中第k列第j行的元素；k≠i表示计算/>时，k依次选取迭代序号为(d-1)时变量节点信息矩阵中除了第i列之外的其余列。可以理解的是，代序号为d即表示第d次迭代。

采用BP译码算法是由于其算法准确率非常高，结果与原始数据最为接近。该步骤实际上是利用BP译码算法完成译码迭代，抽取每一次迭代时校验节点信息矩阵中的元素作为信息原始值。

a2，利用MS译码算法计算校验节点信息矩阵中的信息估计值：

MS译码算法是对BP算法大量且复杂的函数连乘运算简化为符号函数运算和单一的最小值相乘运算得到的，算法复杂度降低的同时，牺牲掉了部分准确性，因此，本发明实施例将其结果作为信息估计值。

其中，表示第d次迭代时校验节点信息矩阵中第i列第j行的元素，表示信息估计值；sign()表示符号函数；min()表示求最小值。

该步骤实际上是利用MS码算法完成译码迭代，抽取每一次迭代时校验节点信息矩阵中的元素作为信息估计值。

a3，计算校验节点信息矩阵的信息原始均值：

针对每一次迭代，利用a1得到的校验节点信息矩阵中的信息原始值，依据公式(5)可以得到一个信息原始均值E^d(g)。其中，E()表示求平均。

a4，计算校验节点信息矩阵的信息估计均值：

同样的，针对每一次迭代，利用a2得到的校验节点信息矩阵中的信息估计值，依据公式(6)可以得到一个信息估计均值

a5，计算权重参数为：

可以理解的是，针对迭代次数d∈[2,max]，可以得到该样本待译码信息对应的多个权重参数构成的一个数值组η₂,...η_l,...η_max。

③将该信噪比的所有样本待译码信息得到的各迭代序号的权重参数中，相同迭代序号对应的权重参数求取均值，得到该信噪比对应的权重参数组；

针对该信噪比，每个样本待译码信息可以得到一个数值组η₂,...η_l,...η_max。那么，可以将多个数值组中，相同迭代序号d的多个η_d求取均值，以得到一个最终的η_d，因此，可以最终得到一个数值组η₂,...η_l,...η_max作为该信噪比对应的权重参数组。

以下表所示的两个样本待译码信息得到的数值组为例说明。其中第一行的η_1d等的下标1表示第一组，第二行的η_2d的下标2表示第二组。

表1

则对两组数据中同一l的权重参数分别求取平均值，最终得到该信噪比对应的权重参数组为

④将该信噪比对应的权重参数组中最小权重参数对应的迭代序号，作为该信噪比对应的截止参数；

可以设最终得到的权重参数组为ψ＝{η₂,η₃,……,η_max}，求取其中最小的权重参数，将其表征迭代序号的下标值作为该信噪比对应的截止参数p，比如权重参数组中最小的权重参数为η₃，则p＝3。

⑤根据该信噪比对应的权重参数组、截止参数以及所述截止参数对应的信息原始均值和信息估计均值，利用调整参数确定公式，确定该信噪比对应的调整参数；

其中，所述调整参数确定公式，包括：

其中，τ为确定的调整参数；该信噪比对应的权重参数组中所述截止参数之后的部分为ζ＝{η_p+1,η_p+2,……,η_max}；p为所述截止参数；E(ζ)表示ζ中各权重参数的均值。E^p(g)和E^p(g)的计算方式请参见公式(5)和(6)。可以理解的是，在该信噪比下，所述权重参数组、所述截止参数和所述调整参数是对应的。

⑥由各信噪比及对应的权重参数组、截止参数和调整参数构成所述参数对应关系。

具体的，所述参数对应关系可以为表格等形式。

A2，根据迭代序号和所述截止参数的大小关系，确定迭代序号对应的归一化参数；

在现有技术中，译码过程可以简单的分为初始化、校验节点更新、变量节点更新和尝试判决几个环节，其中，在判决不通过时，会再次进行迭代，完成校验节点更新-变量节点更新-尝试判决的过程，因此，校验节点更新-变量节点更新-尝试判决的过程可以视为一个迭代周期。本发明实施例中，相比于现有的NMS算法，主要区别在于用于校验节点更新的归一化参数在迭代过程中是动态调整的，在本发明实施例中，每一次迭代时，首先确定该次迭代的归一化参数，再进行校验节点更新等后续步骤。

具体的，A2可以包括：

①迭代序号为一时，归一化参数为预定值；

具体的，针对迭代序号d＝1，归一化参数α₁为预定值。该预定值可以是随机选取的，比如0.5等等，也可以利用其余译码算法的归一化参数值作为该预定值，比如利用NMS算法中固定的归一化参数等等。

可选的另一种实施方式中，归一化参数α₁可以为通过密度进化理论获取的固定值。具体获取过程请参见相关技术理解，在此不做详细说明。

②迭代序号大于一且小于或等于所述截止参数时，归一化参数为所述权重参数组中该迭代序号对应的权重参数和上一迭代序号对应的归一化参数之和；

具体的，针对迭代次数2≤d≤p，归一化参数α_d为：

α_d＝η_d+α_d-1 (9)

η_d为确定的权重参数组中该迭代序号对应的权重参数；α_d-1为上一迭代序号的归一化参数。

③迭代序号大于所述截止参数时，归一化参数为迭代序号等于所述截止参数时的归一化参数和所述调节参数的乘积。

具体的，针对迭代次数d>p，归一化参数α_d为:

α_d＝τα_p (10)

其中，τ为确定的调整参数，α_p为迭代序号等于所述截止参数时的归一化参数。

A3，根据所述迭代序号对应的归一化参数和之前迭代得到的变量节点的信息，进行校验节点和变量节点的信息更新，并计算判决节点的信息以及完成译码，得到译码数据；

首先，根据所述迭代序号对应的归一化参数和之前迭代得到的变量节点的信息，进行校验节点的信息更新。具体的：

第d次迭代时，校验节点信息矩阵中，每个节点的元素根据第d-1次迭代过程中变量节点信息矩阵中的元素和该次迭代的归一化参数进行更新。具体是对NMS的校验节点更新公式进行利用本发明实施例的动态归一化参数进行修正，得到第d次迭代时，校验节点信息矩阵中的元素：

关于NMS的校验节点更新公式的具体更新过程请参见相关现有技术，公式中的参数请参见前文相关解释，在此不做赘述。

其次，根据校验节点的信息更新得到变量节点的信息。具体的：

第d次迭代时，变量节点信息根据第d次迭代过程中校验节点信息矩阵进行更新。

其中，表示第d次迭代时第i个变量节点的信息；/>表示第d次迭代时，求取校验节点信息矩阵中第i列中除第j个元素以外的所有元素和，即k≠j表示k的取值为[1,m]中除j以外的各个数值。

关于变量节点更新的具体过程请参见相关现有技术，公式中的参数请参见前文相关解释，在此不做赘述。

再次，根据校验节点的信息计算判决节点的信息。

具体的，判决节点共有n个，第i个判决节点的信息以Q_i表示。在第d次的迭代过程中，每一个判决节点的信息通过该次迭代中所有校验节点的信息获得。

其中：

其中，表示第d次迭代时第i个判决节点的信息；/>代表求取校验节点信息矩阵的第i列中共j个元素的和。

关于判决节点的信息的具体生成过程请参见相关现有技术，在此不做赘述。

然后，根据判决节点的信息完成译码，得到译码数据。

具体的，利用预设的判决门限值对每个判决节点的信息进行译码判决，其中，判决门限值可以为0等数值。

在判决时，若大于判决门限值，则译码数据中第i位为1，若/>小于或等于判决门限值，则译码数据中第i位为0，因此可以得到该次迭代的译码数据Q，该译码数据为n位。

A4，在满足终止译码条件时将所述译码数据作为译码结果；否则，返回所述根据迭代序号和所述截止参数的大小关系，确定迭代序号对应的归一化参数的步骤继续迭代。

该步骤是利用所述译码数据及预先获取的校验矩阵判断是否满足终止译码条件。具体的，判断是否存在，或者当前迭代序号达到最大迭代序号，其中，表示矩阵的转置。若是，则判定满足终止译码条件，此时，将所述译码数据作为译码结果。若否，即且当前迭代次数未达到最大迭代次数时，则不满足终止译码条件，则返回A2继续迭代。

需要说明的是，校验节点信息矩阵的更新和变量节点信息矩阵的具体更新可以参见相关现有技术理解，在此不做赘述。

相比于现有的NMS算法使用固定的归一化因子，本发明实施例所提供的动态译码方法，在译码迭代的过程中根据迭代序号和所述截止参数的大小关系，确定迭代序号对应的归一化参数，以此来动态调整归一化参数；并利用调整的归一化参数动态更新校验节点的信息，能够使更新后的校验节点信息更贴近原始信息。因此，本发明实施例能够适应迭代过程中变量节点和校验节点互传消息的动态变化状况，更好地匹配译码系统，降低误码率。并且，进一步的，当迭代序号大于截止参数时，又将归一化参数调整为迭代序号等于所述截止参数时的归一化参数和所述调节参数的乘积，为一个固定值，因此，针对置信度低的码块被反复迭代仍无法收敛的情况，能够加速收敛，将偏离原始数据的估算值校正为贴近原始数据，因此，能够提升译码性能。

综上，与现有技术相比，本发明实施例的预设卫星测控系统中，卫星的载荷舱和平台舱可以共用一套测控天线(即平台仓对地测控天线)接收地面测试设备的上行遥控信息，无需为载荷舱单独配备测控天线，因此可有效降低卫星重量，有利于微小卫星的总体设计；并且，本发明实施例提供的基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法能够实时接收载荷舱的遥测数据，处理后再通过平台舱射频无线转发至地面测试设备实现载荷舱数据星地传输，并能够利用载荷舱、平台舱之间无线星间通信信道，实现载荷舱与平台舱之间数据的实时交互，因而能够提高信息传输效率，解决两舱舱间通信、对地通信问题以及测试问题。以及，本发明实施例平台仓部分的USB应答机采用全数字化USB应答机，因而集成度较高，能够减小体积、降低重量，更适合微小卫星，且调试简单、通用性强、灵活性高。同时，本发明实施例的USB应答机在译码处理时采用基于归一化参数动态调整的动态译码方法，能够动态调整归一化参数，更好地适应动态通信环境，减小误码率、提高译码效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法，其特征在于，针对预设卫星测控系统；所述预设卫星测控系统包括分离的载荷舱部分和平台仓部分；所述载荷舱部分包括载荷舱数据处理设备、载荷舱无线通信设备和载荷舱无线通信天线；所述平台仓部分包括平台仓数据处理设备、平台仓无线通信设备、平台仓无线通信天线、USB应答机、多端口网络和平台仓对地测控天线；所述方法包括：

通过所述平台仓对地测控天线与地面测试设备建立通信链路；

完成平台舱无线测试，包括通过所述地面测试设备发上行遥控，所述平台仓对地测控天线与所述USB应答机进行接收处理来实现平台舱遥控测试；以及通过所述平台仓对地测控天线下传星上遥测数据，所述地面测试设备进行接收处理来实现平台舱遥测测试；

完成载荷舱无线测试，包括通过所述地面测试设备发上行遥控，所述平台仓对地测控天线与所述USB应答机进行接收处理后，通过两仓通信链路传输给所述载荷舱部分来实现载荷舱遥控测试；以及通过所述两仓通信链路将载荷舱遥测信息传输给所述平台舱部分，由所述平台仓对地测控天线下传载荷舱遥测数据，所述地面测试设备进行接收处理来实现载荷舱遥测测试；其中，所述两仓通信链路基于两仓的无线通信设备和无线通信天线构建；所述USB应答机为全数字化USB应答机，且对接收数据的译码处理采用基于归一化参数动态调整的动态译码方法。

2.根据权利要求1所述的基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法，其特征在于，所述USB应答机用于通过所述平台仓对地测控天线对地进行测控，包括平台仓上行遥控、平台仓下行遥测、载荷舱上行遥控和载荷舱下行遥测。

3.根据权利要求1或2所述的基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法，其特征在于，所述USB应答机，包括：

射频接收模块、基带模块、遥控FPGA模块、管理模块、电源模块和射频发射模块；

其中，所述射频接收模块用于：接收上行射频信号进行处理，输出上行中频信号至所述基带模块；所述基带模块用于：生成自身遥测信息给所述管理模块，并从所述上行中频信号中解调出遥控基带信息和测距音信息分别提供给所述遥控FPGA模块和所述射频发射模块，还用于接收星上遥测数据传输给所述射频发射模块；所述遥控FPGA模块用于：生成FPGA自身遥测信息并对所述遥控基带信息进行处理得到遥控数据和遥控指令，将所述遥控数据传输给预设管理系统，将所述FPGA自身遥测信息和所述遥控指令传输给所述管理模块，还用于接收所述预设管理系统传输的星上遥测数据输出给所述基带模块；所述管理模块用于：生成自身遥测信息并接收所述遥控FPGA模块和所述基带模块输出的自身遥测信息和遥控指令，并将所有遥测信息传输至所述预设管理系统处理，将所述遥控指令至少传输至所述基带模块和所述遥控FPGA模块以作为操控指令；所述电源模块用于提供各模块需要的不同电压值；所述射频发射模块用于接收所述测距音信息、所述基带模块输出的星上遥测数据，进行处理后生成下行射频信号并向地面发送。

4.根据权利要求3所述的基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法，其特征在于，所述基带模块基于ASIC芯片实现且包括PROM配置芯片，根据任务需求设定所述PROM配置芯片中的配置信息。

5.根据权利要求4所述的基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法，其特征在于，所述射频接收模块采取二次变频，其中一本振采用锁相倍频方式，二本振由提供的高稳时钟信号经分频器及锁相倍频后产生。

6.根据权利要求5所述的基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法，其特征在于，所述射频发射模块采取二次变频，其中一本振是晶振输出的分路信号产生，二本振为锁相倍频信号。

7.根据权利要求1所述的基于动态译码的卫星测控系统无线测试方法，其特征在于，所述动态译码方法，包括：

对待译码信息进行数据预处理后，确定所述待译码信息对应的权重参数组、截止参数和调整参数，其中，每一权重参数组包含从首次之后各迭代序号对应的权重参数；

根据迭代序号和所述截止参数的大小关系，确定迭代序号对应的归一化参数；

根据所述迭代序号对应的归一化参数和之前迭代得到的变量节点的信息，进行校验节点和变量节点的信息更新，并计算判决节点的信息以及完成译码，得到译码数据；

在满足终止译码条件时将所述译码数据作为译码结果；否则，返回所述根据迭代序号和所述截止参数的大小关系，确定迭代序号对应的归一化参数的步骤继续迭代。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述确定所述待译码信息对应的权重参数组、截止参数和调整参数，包括：

利用计算得到的所述待译码信息的噪声方差，得到所述待译码信息的信噪比；

在预先确定的信噪比与权重参数组、截止参数和调整参数的参数对应关系中，确定所述待译码信息的信噪比所对应的权重参数组、截止参数和调整参数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述参数对应关系的确定过程，包括：

针对预先设置的多个信噪比中的每个信噪比，为该信噪比获取多个样本待译码信息；其中，所述多个信噪比中相邻信噪比的步长相等；

针对该信噪比的每个样本待译码信息，利用BP译码算法和MS译码算法分别计算各迭代序号时校验节点信息矩阵中的信息原始均值和信息估计均值，并利用每一迭代序号时的信息原始均值和信息估计均值得到该样本待译码信息对应于该迭代序号的权重参数；

将该信噪比的所有样本待译码信息得到的各迭代序号的权重参数中，相同迭代序号对应的权重参数求取均值，得到该信噪比对应的权重参数组；

将该信噪比对应的权重参数组中最小权重参数对应的迭代序号，作为该信噪比对应的截止参数；

根据该信噪比对应的权重参数组、截止参数以及所述截止参数对应的信息原始均值和信息估计均值，利用调整参数确定公式，确定该信噪比对应的调整参数；

由各信噪比及对应的权重参数组、截止参数和调整参数构成所述参数对应关系。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据迭代序号和所述截止参数的大小关系，确定迭代序号对应的归一化参数，包括：

迭代序号为一时，归一化参数为预定值；

迭代序号大于一且小于或等于所述截止参数时，归一化参数为所述权重参数组中该迭代序号对应的权重参数和上一迭代序号对应的归一化参数之和；

迭代序号大于所述截止参数时，归一化参数为迭代序号等于所述截止参数时的归一化参数和所述调节参数的乘积。